Witam dzisiaj przedstawiam wam mój ostatni projekt z którym walczę już kilka miesięcy, jest to zintegrowany odbiorniki USB_SPDIF wzmacniacz słuchawkowy oraz wzmacniacz głośnikowy.
Projekt powstawał w całości od zera, począwszy od obudowy, która powstała z aluminiowej blachy docinanej na wymiar.
Wzmacniacz z założenia miał posiadać:
- odbiornik usb_spdif (zastosowano gotowy moduł)
- odbiornik spdif (min. 4 wejścia w tym usb) - WM8805
- bardzo dobrej jakości przetwornik DAC - WM8742
- wzmacniacz słuchawkowy ( zastosowano układ na elementach dyskretnych o topologii diamentu) - na dzień dzisiejszy nie w pełni uruchomiony, problemy z dużą ilością harmonicznych !!!
- wzmacniacz głośnikowy (wstępnie zastosowano moduł wzmacniacza cyfrowego klasy-D, na układach Tripath, z uwagi na powstałą pętle masy która powstała zrezygnowano z tego modułu, zastosowano wzmacniacz na układach TDA2050)
- układ zabezpieczający kolumny przed stukami i napięciem stałym (układ UPC1237)
- zasilanie niesymetryczne (z uwagi na dostępny transformator z pojedynczym odczepem ok 20V)
- sterowanie całością za pomocą mikroprocesora ATmega328
- wyświetlanie informacji na standardowym wyświetlaczu alfanumerycznym 16x2 ze sterownikiem HD44780
- wprowadzanie komend za pomocą obrotowego enkodera z przyciskiem
- zabezpieczenie termiczne wzmacniacza z sygnalizacją na wyświetlaczu
- komunikacja z PC po UART
aktualizacja software po UART (w przyszłości)
I Etap - Powstawanie obudowy i pasowanie gotowych modułów.
Transformator izolowany blachą aluminiową
Pionowo zamocowana płytka to moduł USB_SPDIF, niebieska płytka to moduł wzmacniacza klasy D (wymieniony na wzmacniacz na układach TDA2050 w późniejszym etapie projektu)
Zamontowanie wyświetlacza
Przedni i tylni panel zaprojektowany w fantastycznym darmowym programie LibreCAD, który w zupełności zastępuje AutoCADa w takich pracach, polecam ten program.
Panel przedni wykonany będzie z anodowanego na czarno aluminium.
II Etap - Projektowanie głównej płyty wzmacniacza
Cały projekt urządzenia powstał w Altiumie
Projekt podzielony jest na kilka modułów funkcjonalnych
Za sterowanie całością odpowiada Atmega328, sterowanie odbywa się głównie po szynie I2C.
Wyświetlacz typu HD44780 również sterowany jest poprzez I2C, został zastosowany ekspander PCF...
Z uwagi na różne poziomy napięć sterujący (procesor i lcd - 5v, odbiornik spdif i dac - 3.3v), zastosowano konwerter poziomów napięć na tranzystorach .... w postać gotowego modułu.
Pomiar temperatur z czujników D18S20 (2 szt.) odbywa się poprzez interfejs OneWire
Układ zasilacza generuje cztery rodzaje napięć stałych:
- 20v niestabilizowane do zasilania wzmacniacza głośnikowego, wzmacniacza słuchawkowego i układu zabezpieczenia głośników
- 5v stabilizowane do zasilania cyfrowej logiki: procesor, wyświetlacz
- 3.3v stabilizowane zasilanie cyfrowej logik: odbiornika spdif i części cyfrowej daca
- 5v stabilizowane do zasilania analogowej części DACa oraz bufora
Układ odbiornika spdif, to klasyczny układ pochodzący z noty katalogowej WM8805. Jest to specjalizowany odbiornik spdif z własnym generatorem MCLK, rozwiązanie takie charakteryzuje się bardzo dobrym parametrem jitter. Układ posiada 8 wejść, w projekcie wykorzystuje 4. Maksymalna częstotliwość próbkowania to 192kHz oraz 24 bity.
Przetwornika DAC WM8742, układ pochodzący z noty katalogowej, sterowanie software`owe. Układ skonfigurowany jest tak by odbierał sygnał cyfrowy w formacie I2S, o maksymalnych parametrach 192kHz oraz 24 bity. Bufor wykonany na elementach dyskretnych (para tranzystorów BC550). Na poniższym wykresie charakterystyka przenoszenia bufora.
Wzmacniacz słuchawkowy
Ze wzmacniaczem mam na razie spore problemy, generuje zbyt dużo harmonicznych, prace nad jego usprawnieniem trwają.
Układ zabezpieczenia głośników przed podaniem napięcia stałego. Układ ten jest także odpowiedzialny za opóźnione załączanie głośników a także za szybkie odcięcie podczas wyłączania urządzenie.
Wzmacniacz głośnikowy klasyczny układ na TDA2050, wybrałem te układy ponieważ mogą pracować z zasilaniem niesymetrycznym oraz posiadają przystępne parametry.
Moduł wzmacniacza głośnikowego z przykręconym radiatorem
Wygląd zaprojektowanej płyty PCB
III Etap -Wykonanie obwodów drukowanych domową metodą (tzw. na żelazko) oraz montaż elementów
Gotowa płytka przygotowana do trawienia z naniesionymi ewentualnymi poprawkami (toner nie dokładnie się przykleił do miedzi)
Czas na trawienie (temperatura ok 50`C, kąpiel z bąbelkami w celu równomiernego trawienia)
Lutowanie układów SMD w obudowach SSOP wymaga znacznej precyzji - odstęp między nóżkami to 0,35 mm
Wstępne zamontowanie całości w obudowie
Etap IV - Przygotowanie software`u
Oprogramowanie powstało w środowisku Atmel Studio 7.0, w całości zostało napisane w C, z minimalnymi wstawkami assemblera.
Wykorzystałem gotowe biblioteki interfejsów I2C oraz OneWire, oraz do obsługi wyświetlacza LCD po I2C, które nieznacznie zmodyfikowałem dla swoich celów.
Sterowanie odbiornikiem Spdif, DAC`iem oraz enkoderem zostało napisane przezemnie.
Cały projekt dostępny jest do pobrania na dole postu.
Z uwagi na brak zastosowanego w projekcie zewnętrznego rezonatora, układ pracuje na wewnętrznym generatorze RC z częstotliwością 8MHz. Wewnętrzny oscylator nie jest zbyt precyzyjnym rozwiązaniem, zastosowano software`wą kalibracje oscylatora, poprzez wpisanie odpowiednie wartości do rejestru OSCCAL (w moim przypadku jest to wartość 110), dzięki temu zabiegowi, niema problemów przy komunikacji poprzez asynchroniczny interfejs jakim jest UART, czy OneWire.
Zastosowany enkoder o wartości 4zł, stał się bardzo problematyczny w jego software`owej obsłudze. Z przeprowadzonych doświadczeń ustaliłem iż dla takiego typu enkodera odczyt jego wartości odbywać się będzie co 2 ms. Funkcja związana z odczytem zawarta jest w przerwaniu z uwagi czas, który to ma istotne znaczenie.
Procesor zapamiętuje ustawienia konfiguracyjne w pamięci eeprom, w tej chwili w sposób manualny, poprzez odpowiednie menu, w przyszłości będzie się to odbywać automatycznie przed wyłączeniem urządzenia.
Sterowanie odbiornikiem Spdif ...
Sterowanie DAC`iem ...
Pliki projektu :
Klik
