Простой четырехканальный усилитель с микроконтроллерным управлением - Усилители мощности низкой частоты (ламповые) - Усилители НЧ и все к ним

Простой четырехканальный усилитель с микроконтроллерным управлением
А. БАШИРОВ, С. БАШИРОВ, г. Москва

Появление недорогих микроконтроллеров и аудиопроцессоров с цифровым управлением открыло новые возможности в конст-руировании звукоусилительной аппаратуры. Цифровое управле¬ние имеет ряд несомненных преимуществ перед аналоговым: существенно упрощается проектирование аппаратной части зву¬кового тракта, многократно расширяются возможности по обра¬ботке звукового сигнала (перечень возможных регулировок некоторых аудиопроцессоров содержит десятки пунктов), сер¬висные возможности по управлению параметрами звуковос¬производящей аппаратуры и их визуализации практически не ограничены. Описываемый в статье усилитель 34 — наглядный тому пример. Все необходимые регулировки — громкость, баланс, тембр по низшим и высшим частотам, а также выбор источника сигнала осуществляются четырьмя кнопками на пане¬ли управления усилителем или с пульта ДУ (с него возможно и выключение звука), регулируемый параметр и его текущее зна¬чение отображаются на двустрочном ЖК индикаторе. Усилитель выполнен всего на четырех микросхемах, обладает неплохими характеристиками и легко повторим радиолюбителями средней квалификации.
Предлагаемый четырехканальный усилитель 3Ч содержит три функ-ционально законченных блока: управ¬ления, регулирования громкости и тем¬бра (темброблок) на основе аудиопро-цессора и усилитель мощности. Подобный подход позволяет комбиниро¬вать блоки усилителя в зависимости от конкретной задачи (при условии едино¬го подхода к их проектированию). Разу¬меется, управляющую программу необ-ходимо переписать под конкретный аудиопроцессор.

Как известно, управление цифровы¬ми аудиопроцессорами осуществляет¬ся по так называемой шине !2С (Inter Integrated Circuit) [1]. Разработанная фирмой Philips в начале 90-х годов прош¬лого века для организации связи между
микросхемами в своих телевизорах, она стала фактическим промышленным стандартом. Только самой фирмой Philips создано несколько сотен устройств бытовой и промышленной техники, управляемых по шине l2C. Более 50 крупнейших фирм-произво-

дителей электроники приобрели у фирмы Philips лицензию на ее исполь¬зование в своих устройствах. Сегодня шина l2C широко применяется не только в бытовой аппаратуре (аудио- и видео¬технике), но и в контрольно-измери¬тельной, медицинской и вычислитель¬ной технике. Практически все произво-дители микроконтроллеров (Atmel, Microchip, Texas Instruments и др.) вклю¬чают в состав своих изделий аппарат¬ную поддержку этой шины. Для более ранних моделей ее реализуют про¬граммно.
Схема блока управления описывае¬мого усилителя изображена на рис. 1. Выполнен он на основе микроконтрол¬лера (МК) ATtiny2313 фирмы Atmel [2]. Порт РВ МК отведен для обслуживания двустрочного ЖК индикатора HG1. Для экономии линий этого порта применен четырехразрядный вариант подключе¬ния индикатора к МК.
Линии порта PD используются сле¬дующим образом:
PD0 — для дистанционного управле¬ния. Информация на эту линию посту¬пает с фотоприемника В1;
PD4, PD5 — для реализации прото¬кола шины l2C: PD4 (SDA) — для переда¬чи данных, PD5 (SCL) — тактового сиг¬нала, синхронизирующего прием и передачу информации от МК;
PD1—PD3, PD6 — для кнопочного управления.
Кнопкой SB1 выбирают вход усили¬теля, к которому подключен нужный источник сигнала, кнопками SB2 и SB3 регулируют громкость, баланс и тембр по высшим и низшим частотам, кнопкой SB4 выбирают регулируемый пара¬метр. Для дистанционного управления используют пульт, поддерживающий протокол RC-5 (практически любой пульт фирм Philips, LG). При работе используют кнопки СН (выбор входа), MENU (выбор регулируемого парамет¬ра), VOL ("Больше", "Меньше") и MUTE (выключение звука).
Все режимы работы усилителя и установленные значения параметров сохраняются в памяти микросхемы DS1 с интерфейсом l2C. Они записываются при любом обращении к меню (так же, как это сделано в телевизорах и музы-кальных центрах). После включения питания микроконтроллер считывает содержимое памяти и устанавливает значения параметров, действовавшие перед выключением усилителя. При отсутствии этой информации или нали¬чии случайных данных, не соответ-ствующих параметрам темброблока, автоматически устанавливаются сред¬ние значения громкости, тембра и баланса. По умолчанию включается первый вход (канал 1).
Питается блок управления стабили¬зированным напряжением 5 В, получа¬емым от интегрального стабилизатора DA1. Источник питания подключают к розетке Х2. Через разъем Х1 управляю¬щие сигналы и напряжение питания поступают в темброблок. Разъем Х4 используют для контроля сигналов в процессе эксплуатации.
Рассмотрим схему темброблока (рис. 2). Его основа — микросхема ТЕА6300 [3], представляющая собой
двухканальный (стереофонический) аудиопроцессор с цифровым управле¬нием по шине l2C, предназначенный для применения в бытовой аппаратуре клас¬са Hi-Fi. Схема включения ТЕА6300 — типовая, и особенностей не имеет.
Основные технические характеристики ТЕА6300
Число коммутируемых входов    3
Пределы       регулирования
громкости (шаг), дБ . . .-66...+20 (2) Пределы       регулирования тембра (шаг), дБ:
Пределы изменения (пони¬
жения) уровня сигналов
фронтальных и тыловых
каналов (шаг), дБ     0...-30 (3)
Напряжение питания, В    7...13,2
Потребляемый ток, мА, не более, при напряжении питания, В:
8,5       33
13,2       44
по низшим частотам -12...+15 (3) по высшим частотам-12...+12 (3)

Микросхема имеет низкий уровень шума (аппаратно реализованы алгорит¬мы шумопонижения DOLBY В и С), по-этому вполне подходит для обработки сигнала от CD-проигрывателя. Преду¬смотрены возможность преобразова¬ния стереосигнала в "объемный" (SURROUND; в данном усилителе этот режим включен постоянно) и быстрое выключение звука (Mute).
S_SLAVE ADDRESS_A_ SUBADDRESS_ A_DATA_A_R где S — стартовая комби¬нация; SLAVE ADDRESS — адрес (код) устройства; А — разделитель полей управляющего слова (вы¬сокий уровень, выдавае¬мый устройством как ответ на   правильно   принятый
Протокол управления мик¬росхемой довольно прост. Любая команда состоит из трех байтов, выдаваемых по-следовательно в определен-ном порядке. Управляющее слово имеет вид: байт данных); SUBADDRESS — адрес регистра управления параметром; DATA — данные установки значения параметра; Р — стоповая комбинация, сигнализирующая об окончании выдачи управляющего слова (оно выдается микроконтроллером каждый раз, когда необходимо изменить тот или иной параметр).
Сначала адресуют саму микросхему. Для этого по линии данных в процессор отправляется первый байт с адресом устройства:
1   0   0   0   0   0   0 0, где 1 и О — соответственно его старший и младший разряды (при записи послед¬ний имеет значение 1).
Следующий шаг — адресация внут-реннего регистра ТЕА6300 (табл. 1). Третий байт — значение, записывае-мое в адресованный на втором шаге регистр (табл. 2). Назначение его разрядов следующее: VL0—VL5 уста-навливают уровень громкости левых фронтального и тылового каналов (чем больше числовое значение байта, тем выше громкость), VR0—VR5 — правых; BA0—ВАЗ и TR0—TR3 таким же обра¬зом регулируют уровень НЧ и ВЧ со-ставляющих сигнала; FA0—FA3 пони-жают громкость фронтальных или ты¬ловых каналов в зависимости от значения бита FCH (1 — фронтальные каналы, 0 — тыловые); MFN — включе¬ние/выключение звука для выбранных (фронтальных или тыловых) каналов (1 — звук включен, 0 — выключен); SCA—SCC — выбор входа (источника сигнала); GMU — управление общим отключением звука на выходах QLF, QLR, QRF, QRR (0 — звук включен, 1 — выключен). Знаком "X" помечены раз-ряды, содержание которых на работу устройства не влияет. Значения разря¬дов, определяющих выбор входа, при¬ведены в табл. 3.
В усилителе мощности 3Ч (рис. 3) применена микросхема TDA8567 фирмы Philips [4] в типовом включении. Она содержит четыре усилителя мощ¬ности 3Ч класса Hi-Fi, выполненных по мостовой схеме, и относится к классу интегральных усилителей, практически не требующих применения внешних элементов. В микросхеме предусмо-трены защита от замыкания выходов, термозащита (переключение на пони¬женную мощность в случае перегрева), защита от бросков напряжения, пере¬вод в ждущий режим (Standby) и выклю¬чение входного сигнала (Mute), а также подавление "щелчка" при включении/ выключении питания.
Основные технические характеристики TDA8567
Максимальная      выходная
мощность, Вт    4x25
Коэффициент гармоник, %, при выходной мощности, Вт:
1       0,05
25    10
Входное сопротивление, кОм    30
Рабочий диапазон частот по
уровню -1 дБ, Гц    20...20 000
Коэффициент усиления на¬
пряжения, дБ    26

Сопротивление нагрузки, Ом       4
Повторяющееся      пиковое
значение выходного тока,
А, не более    7,5
Напряжение питания, В    6...18
Ток покоя, мА     230
Блок управления собран на печатной плате (рис. 4) из двусторонне фольги-рованного стеклотекстолита толщиной 1 мм с металлизированными отвер¬стиями (допустимо соединение печат¬ных проводников разных сторон платы проволочными перемычками), тем-броблок и усилитель мощности — на платах (соответственно рис. 5 и 6) из такого же материала, фольгированного с одной стороны.
Платы рассчитаны на применение резисторов С2-23 или МЛТ-0,125, кера¬мических конденсаторов К10-7В и оксидных серии ТК фирмы Jamicon или аналогичных. Фотоприемник В1 — лю¬бой с номинальной частотой повторе¬ния принимаемых ИК импульсов 36 кГц. Кварцевый резонатор — любой на частоту 4 МГц. ЖК индикатор HY-1602В (новое обозначение — ABC016002G) можно заменить любым двустрочным на 16 или 20 знакомест с встроенным контроллером, совместимым с Hitachi HD44780, и знакогенератором кирилли¬цы. Следует, однако, учесть, что цоко-левка некоторых индикаторов отлича¬ется от указанной на рис. 1, поэтому перед монтажом ее необходимо уточ¬нить, воспользовавшись фирменной документацией. Розетка питания Х2 в блоке управления — под штекер мини-джек диаметром 3,5 мм.
Схема соединений блоков усилителя изображена на рис. 7. Здесь: А1 — темб-роблок; А2 — блок управления; A3 — усилитель мощности. Для питания уси¬лителя необходим стабилизированный источник с выходным напряжением 10...12 В при токе до 7,5 А и напряже-нием пульсаций не более 100 мВ.
Между собой блоки усилителя со-единяют жгутами из проводов соответ¬ствующей длины. Концы проводов либо впаивают непосредственно в платы в соответствии с нумерацией отверстий, либо снабжают разъемны¬ми соединителями (розетками с соот¬ветствующим числом контактов). В последнем случае в отверстия плат вставляют и припаивают к печатным проводникам колодки со штырями. Вид усилителя с блоками, состыкован¬ными   таким   образом,   показан   на
рис. 8, а некоторые из отображаемых при регулировках надписей на ЖК индикаторе — на рис. 9.
ЛИТЕРАТУРА
1.    I2C. — <http://www.nxp.com/products/ interface_control/i2c>.
2.    8-bit Microcontroller with 2K Bytes In-System Programmable Flash ATtiny2313. — <http://www.atmel.com/dyn/resources/ prod_documents/doc2543.pdf>.
3.    TEA6300 — Sound fader control circuit — Philips Semiconductors. — <http:// www.alldatasheet.net/datasheet-pdf/ pdf/19735/PHILIPS/TEA6300.html>    или

<http://www.nxp. com/pip/TEA6300_T_CNV_ 2.html>.
4. TDA8567 — 4 x 25 W BTL quad car radio power amplifier — Philips Semiconductors. — <http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/ pdf/19520/PHILIPS/TDA8567.html>.
От редакции. Исходный текст и коды программы микроконтроллера находятся на нашем FTP-сервере по адресу <ftp:// ftp.radio.ru/pub/2008/09/usmkupr.zip>.
Редактор — В. Фролов, графика — В. Фролов, фото — авторов

E-mail отправителя *:
Причина:	Такая схема уже есть на сайте Ненужный материал на сайте! Я против размещения этой статьи на сайте. В комментариях спам или нец-ая брань. Требую удаления материала.
Текст сообщения *:
Номер схемы или Url *: