Dijital Kontrollü 18W Gitar Amfisi: 7 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Birkaç yıl önce, o zamanlar ses sistemime bir tür çözüm olan 5W'lık bir gitar amplifikatörü yaptım ve son zamanlarda, kullanıcı arayüzü için analog bileşenler kullanmadan çok daha güçlü ve yeni bir tane oluşturmaya karar verdim. döner potansiyometreler ve geçiş anahtarları gibi.

Dijital Kontrollü 18W Gitar Amplifikatörü, delay efekt sistemi eklentisine ve devrede neler olup bittiğine dair kesin bilgi sağlayan zarif bir sıvı kristal ekrana sahip, bağımsız, dijital olarak kontrol edilen 18W mono gitar amplifikatörüdür.

Projenin özellikleri:

• Tamamen dijital kontrol: Kullanıcı arabirimi girişi, yerleşik bir anahtara sahip bir döner kodlayıcıdır.
• ATMEGA328P: Bir mikro denetleyicidir (Arduino benzeri sistem olarak kullanılır): Ayarlanabilir tüm parametreler kullanıcı tarafından programlı olarak kontrol edilir.
• LCD: bir kullanıcı arabirimi çıkışı görevi görür, böylece kazanç/hacim/gecikme derinliği/gecikme süresi gibi cihaz parametreleri büyük bir yaklaşıklıkla gözlemlenebilir.
• Dijital Potansiyometreler: Alt devrelerde kullanılarak cihaz kontrolünü tamamen dijital hale getirir.
• Kademeli sistem: Önceden tanımlanmış sistemdeki her devre, yalnızca güç kaynağı hatlarını paylaşan ve arıza durumunda nispeten kolay sorun giderme yapabilen ayrı bir sistemdir.
• Ön amplifikatör: Çok basit şematik tasarım ve minimum parça gereksinimi ile LM386 entegre devresine dayalıdır.
• Gecikme etkisi devresi: PT2399 entegre devresini temel alır, eBay'den ayrı bir IC olarak satın alınabilir (tüm gecikme devresini kendim tasarladım) veya döner potansiyometreleri digipot'larla değiştirme yeteneğine sahip eksiksiz bir modül olarak kullanılabilir.
• Güç amplifikatörü: Çalışması için zaten tüm çevresel devreleri içeren TDA2030 modülüne dayanmaktadır.
• Güç kaynağı: Cihaz, eski harici dizüstü bilgisayar 19V DC güç kaynağı tarafından desteklenmektedir, bu nedenle cihaz, LM7805 için bir ön regülatör olarak, cihazın güç kullanımı sırasında çok daha az ısı yaymasını sağlayan bir kademeli DC-DC modülü içerir.

Tüm kısa bilgileri ele aldıktan sonra, hadi inşa edelim!

Adım 1: Fikir

Blok şemada da görebileceğiniz gibi cihaz, kontrol devresi ve kullanıcı arayüzünde küçük değişikliklerle gitar amplifikatör tasarımına klasik bir yaklaşımla çalışır. Genişleteceğimiz toplam üç devre grubu vardır: Analog, dijital ve güç kaynağı, burada her bir grup ayrı alt devrelerden oluşur (konu ileriki adımlarda iyi açıklanacaktır). Proje yapısını anlamayı çok daha kolay hale getirmek için bu grupları açıklayalım:

1. Analog Kısım: Analog devreler yukarıda görüldüğü gibi blok diyagramın üst yarısında yer almaktadır. Bu kısım, cihazdan geçen tüm sinyallerden sorumludur.

1/4 jak, bir cihazın gitar mono girişidir ve kutu ile lehimli elektronik devre arasındaki sınırda bulunur.

Bir sonraki aşama, bu tür ses uygulamalarında kullanımı son derece kolay olan LM386 entegre devresine dayalı bir ön amplifikatördür. LM386, ana güç kaynağından 5V DC beslenir, burada parametreleri, kazancı ve hacmi dijital potansiyometreler aracılığıyla kontrol edilir.

Üçüncü aşama, harici 18~20V DC güç kaynağı ile çalışan TDA2030 entegre devresine dayalı güç amplifikatörüdür. Bu projede güç amplifikatöründe seçilen kazanç tüm çalışma süresi boyunca sabit kalır. Cihaz tek sarılı PCB olmadığı için TDA2030A montajlı modülün kullanılması ve sadece G/Ç ve güç kaynağı pinlerini bağlayarak prototip bard'a takılması önerilir.

2. Dijital Bölüm: Dijital devreler blok diyagramın alt yarısında yer alır. Kullanıcı arayüzü ve gecikme süresi/derinlik, hacim ve kazanç gibi analog parametrelerin kontrolünden sorumludurlar.

Dahili SPST anahtarına sahip kodlayıcı, kullanıcı kontrol girişi olarak tanımlanır. Tek parça olarak monte edildiğinden, düzgün çalışması için tek ihtiyaç, pull-up dirençlerini programlı veya fiziksel olarak bağlamaktır (Şematik adımında göreceğiz).

Devredeki "ana beyin" olarak mikroişlemci, bu cihazda Arduino benzeri tarzda kullanılan ATMEGA328P'dir. Devre üzerindeki tüm dijital güce sahip olan ve ne yapılması gerektiğine dair her şeye komut veren cihazdır. Programlama SPI arabirimi aracılığıyla yapılır, böylece uygun herhangi bir USB ISP programlayıcısını veya satın alınan AVR hata ayıklayıcısını kullanabiliriz. Arduino'yu devrede mikrodenetleyici olarak kullanmak istemeniz durumunda bu, programlama adımında bulunan ekli C kodunun derlenmesi ile mümkündür.

Dijital potansiyometreler, tüm parametreler üzerinde tam kontrol için toplam 4 potansiyometre ile mikro denetleyici tarafından SPI interace üzerinden kontrol edilen bir çift çift entegre devredir:

LCD, kutunun içinde neler olduğunu bize bildiren bir kullanıcı arabirimi çıkışıdır. Bu projede Arduino kullanıcıları arasında muhtemelen en popüler 16x2 LCD'yi kullandım.

3. Güç Kaynağı: Güç kaynağı, tüm sisteme enerji (Gerilim ve akım) vermekle görevlidir. Güç yükseltici devresi doğrudan harici dizüstü bilgisayar adaptöründen beslendiği ve kalan tüm devreler 5V DC'den beslendiği için DC-DC düşürme veya lineer regülatöre ihtiyaç vardır. Bunu harici 20V'a bağlayan 5V lineer regülatör koymak durumunda, lineer regülatörden yüke akım geçtiğinde 5V regülatör üzerinde çok büyük miktarda ısı yayılır, bunu istemiyoruz. Yani 20V hat ile 5V lineer regülatör (LM7805) arasında, ön regülatör görevi gören 8V DC-DC düşürücü dönüştürücü vardır. Bu tür bir bağlantı, yük akımı yüksek değerlere ulaştığında lineer regülatör üzerinde büyük bir yayılımı önler.

Adım 2: Parçalar ve Enstrümanlar

Elektronik parçalar:

1. Modüller:

• PT2399 - Yankı\gecikme IC modülü.
• LM2596 - Düşürücü DC-DC modülü
• TDA2030A - 18W Güç mmplifier modülü
• 1602A - Ortak LCD 16x2 karakter.
• Gömülü SPST anahtarına sahip döner kodlayıcı.

2. Entegre Devreler:

• LM386 - Mono ses yükseltici.
• LM7805 - 5V Lineer regülatör.
• MCP4261/MCP42100 - 100KOhm çift dijital potansiyometre
• ATMEGA328P - Mikrodenetleyici

3. Pasif Bileşenler:

A. Kondansatörler:

• 5 x 10uF
• 2 x 470uF
• 1 x 100uF
• 3 x 0.1 uF

B. Dirençler:

• 1x10R
• 4x10K

C. Potansiyometre:

1 x 10K

(Opsiyonel) PT2399 modülünü kullanmıyorsanız ve devreyi kendiniz kurmak istiyorsanız şu parçalar gereklidir:

• PT2399
• 1 x 100K Direnç
• 2 x 4.7uF Kapasitör
• 2 x 3.9nF Kondansatör
• 2 x 15K Direnç
• 5 x 10K Direnç
• 1 x 3.7K Direnç
• 1 x 10uF Kapasitör
• 1 x 10nF Kondansatör
• 1 x 5.6K Direnç
• 2 x 560pF Kondansatör
• 2 x 82nF Kondansatör
• 2 x 100nF Kondansatör
• 1 x 47uF Kapasitör

4. Konnektörler:

• 1 x 1/4" Mono jak konektörü
• 7 x Çift klemens
• 1 x Dişi 6 pinli sıra konektörü
• 3 x 4-pin JST konektörü
• 1 x Erkek güç konektörü jakı

Mekanik parçalar:

• 18W'a eşit veya daha büyük güç kabulü olan hoparlör
• Ahşap muhafaza
• Kullanıcı arayüzünün kesilmesi için ahşap çerçeve (LCD ve döner kodlayıcı için).
• Hoparlör ve UI alanları için köpük kauçuk
• Parçalar için 12 matkap vidası
• LCD çerçeve için 4 x sabitleme cıvatası ve somunu
• Sabit cihaz salınımları için 4 x lastik ayak (Rezonans mekanik gürültüsü, amplifikatör tasarımında yaygın bir şeydir).
• Döner kodlayıcı için düğme

Enstrümanlar:

• Elektrikli tornavida
• Sıcak tutkal tabancası (Gerekirse)
• (İsteğe bağlı) Laboratuvar güç kaynağı
• (Opsiyonel) Osiloskop
• (Opsiyonel) Fonksiyon üreteci
• Havya\istasyon
• Küçük kesici
• Küçük Pense
• Lehimleme kalay
• Cımbız
• sarma teli
• Delme uçları
• Odun kesmek için küçük boyutlu testere
• Bıçak
• Taşlama dosyası

Adım 3: Şematik Açıklama

Projenin blok şemasına aşina olduğumuz için devre çalışması hakkında bilmemiz gereken her şeyi göz önünde bulundurarak şemalara geçebiliriz:

Ön Amplifikatör Devresi: LM386, harici pasif bileşenler kullanmaya gerek kalmadan minimum parça dikkate alınarak bağlanır. Bas artırma veya ton kontrolü gibi ses sinyali girişine verilen frekans yanıtını değiştirmek istediğinizde, LM386 veri sayfasına başvurabilirsiniz, bahsetmişken, ön amplifikatör bağlantılarındaki küçük değişiklikler dışında bu cihazın şematik diyagramını etkilemeyecektir.. IC için tek bir 5V DC besleme kullandığımızdan, sinyalin DC kaldırılması için IC'nin çıkışına dekuplaj kapasitörü (C5) eklenmelidir. Görüldüğü gibi digipot 'A' pinine 1/4 konnektör(J1) sinyal pini, digitpot 'B' pinine ise LM386 ters çevirmeyen giriş bağlı yani sonuç olarak basit SPI arayüzü üzerinden mikrodenetleyici tarafından kontrol edilen voltaj bölücü.

Delay\Echo Effect Circuit: Bu devre PT2399 gecikme etkisi IC'ye dayanmaktadır. Bu devre, veri sayfasına göre karmaşık görünüyor ve tamamen lehimlemekle karıştırılması çok kolay. Önceden monte edilmiş komple PT2399 modülünün satın alınması tavsiye edilir ve yapılacak tek şey döner potansiyometreleri modülden sökmek ve digipot hatlarını (Silecek, 'A' ve 'B') bağlamaktır. Yankı efekti tasarımına bir veri sayfası referansı kullandım, salınımların zaman periyodu seçimine ve geri besleme sinyalinin hacmine bağlı digipotlar (Ne dememiz gerekir - "derinlik"). Gecikme devresi girişi, DELAY_IN hattı olarak anılır, ön yükseltici devresinin çıkışına bağlanır. Şemalarda bahsedilmiyor çünkü tüm devreleri sadece güç hatlarını paylaşacak şekilde yapmak istedim ve sinyal hatları harici kablolarla bağlı. "Ne kadar uygun değil!" diye düşünebilirsiniz, ancak sorun şu ki, bir analog işlem devresi kurarken, projedeki her devrede parça parça sorun gidermek çok daha kolaydır. Gürültülü alanı nedeniyle 5V DC güç kaynağı pinine bypass kapasitörlerinin eklenmesi önerilir.

Güç Kaynağı: Cihaz, 20V 2A AC/DC adaptörü ile harici güç jakı üzerinden beslenir. Doğrusal bir regülatörde ısı şeklinde büyük miktarda güç kaybını azaltmak için en iyi çözümün 8V DC-DC düşürücü dönüştürücü (U10) eklemek olduğunu buldum. LM2596, birçok uygulamada kullanılan ve Arduino kullanıcıları arasında popüler olan, eBay'de 1 dolardan daha ucuza mal olan bir dönüştürücüdür. Lineer regülatörün veriminde bir voltaj düşüşü olduğunu biliyoruz (7805 teorik yaklaşım durumunda 2.5V civarındadır), bu nedenle LM7805'in girişi ve çıkışı arasında 3V'luk güvenli bir boşluk vardır. Voltaj dalgalanmasının devrelerin güç kararlılığını etkileyebileceği anahtarlama gürültüsü nedeniyle lineer regülatörün ihmal edilmesi ve lm2596'nın doğrudan 5V hattına bağlanması önerilmez.

Güç Amplifikatörü: Göründüğü kadar basittir. Bu projede bir TDA2030A modülü kullandığım için tek gereksinim güç amplifikatörünün güç pinlerini ve I/O hatlarını bağlamak. Daha önce de belirtildiği gibi, güç amplifikatörünün girişi, konektörler kullanılarak harici kablo aracılığıyla geciktirme devresi çıkışına bağlanır. Cihazda kullanılan hoparlör, özel terminal bloğu ile güç amplifikatörünün çıkışına bağlanır.

Dijital Potansiyometreler: Muhtemelen tüm cihazdaki en önemli bileşenler, dijital olarak kontrol edilebilmesini sağlar. Gördüğünüz gibi iki tür digipot vardır: MCP42100 ve MCP4261. Aynı pinout'u paylaşırlar ancak iletişimde farklılık gösterirler. Bu projeyi kurduğumda stoğumda sadece son iki digipot var, bu yüzden sadece sahip olduklarımı kullandım, ancak MCP42100 veya MCP4261'den aynı tipte iki digipot kullanmanızı tavsiye ederim. Her bir digipot, bir SPI arayüzü, paylaşım saati (SCK) ve veri girişi (SDI) pinleri tarafından kontrol edilir. ATMEGA328P'nin SPI denetleyicisi, ayrı çip seçme (CS veya CE) pinlerini sürerek birden fazla cihazı yönetme yeteneğine sahiptir. SPI chip enable pinlerinin ayrı mikrodenetleyici pinlerine bağlandığı bu projede bu şekilde tasarlanmıştır. PT2399 ve LM386, 5V beslemeye bağlıdır, bu nedenle IC'lerin içindeki digipot direnç ağındaki voltaj dalgalanması hakkında endişelenmemize gerek yoktur (Bu, büyük ölçüde veri sayfasında, iç anahtarlama dirençlerinde voltaj seviyesi aralığı bölümünde ele alınmıştır).

Mikrodenetleyici: Belirtildiği gibi, Arduino tarzı bir ATMEGA328P tabanlı, sıfırlama pimi üzerinde tek pasif bileşen - pull-up direnci (R17) ihtiyacı ile. 6 pinli konektör (J2), SPI arabirimi aracılığıyla USB ISP programlayıcı aracılığıyla cihaz programlaması için kullanılır (Evet, digipot'ların bağlı olduğu arabirim). Tüm pimler, şematik diyagramda gösterilen uygun bileşenlere bağlanmıştır. 5V güç kaynağı pinlerinin yanına baypas kapasitörlerinin eklenmesi şiddetle tavsiye edilir. Enkoder pinlerinin (C27, C28) yanında gördüğünüz kapasitörler, bu pinlerde enkoder durumunun sıçramasını önlemek için kullanılır.

LCD: Likit kristal ekran, 4 bit veri iletimi ve verileri kilitlemek için ek iki pin ile klasik bir şekilde bağlanır - Kayıt seçimi (RS) ve Etkinleştir (E). LCD, tek bir düzeltici (R18) ile ayarlanabilen sabit bir parlaklığa ve değişken kontrasta sahiptir.

Kullanıcı Arayüzü: Cihazın döner kodlayıcı, tüm bağlantılarının açıklanan mikro denetleyici pinlerine bağlı olduğu yerleşik bir SPST basma düğmesine sahiptir. Dahili pull-up kullanmak yerine, her bir enkoderin pinine: A, B ve SW'ye pull-up direnci takılması önerilir. Enkoder A ve B pinlerinin mikrodenetleyici harici kesme pinlerine bağlı olduğundan emin olun: INT0 ve INT1, enkoder bileşenini kullanırken cihazın koduna ve güvenilirliğine uymak için.

JST Konnektörler ve Klemensler: Her bir analog devre: ön yükseltici, gecikme ve güç yükselticisi lehimli kart üzerinde izole edilmiştir ve Klemensler arasında kablolarla bağlanmıştır. Enkoder ve LCD, JST kablolarına takılır ve yukarıda açıklandığı gibi JST Konnektörleri aracılığıyla lehimli karta bağlanır. Harici güç kaynağı jakı girişi ve 1/4 mono jak gitar girişi, terminal blokları aracılığıyla bağlanır.

Adım 4: Lehimleme

Kısa bir hazırlıktan sonra, tüm bileşenlerin tahtaya tam olarak yerleştirildiğini hayal etmek gerekir. Lehimleme işleminin ön amplifikatörden başlayıp tüm dijital devrelerle bitirilmesi tercih edilir.

İşte adım adım açıklama:

1. Lehim ön yükseltici devresi. Bağlantılarını kontrol edin. Toprak hatlarının tüm uygun hatlarda paylaşıldığından emin olun.

2. Şematik diyagrama göre, tüm çevresel devrelerle birlikte PT2399 modülü/IC'yi lehimleyin. Gecikme devresinin tamamını lehimlediğim için, her PT2399 pin fonksiyonuna göre kolayca lehimlenebilen birçok paylaşılan hat olduğunu görebilirsiniz. Bir PT2399 modülünüz varsa, döner potansiyometreleri sökün ve dijital potansiyometre net hatlarını bu serbest pimlere lehimleyin.

3. TDA2030A modülünü lehimleyin, hoparlör çıkış konektörünün kartın dışına dönük olduğundan emin olun.

4. Lehim güç kaynağı devresi. Baypas kapasitörlerini şematik diyagrama göre yerleştirin.

5. Programlama konnektörlü Lehim Mikrodenetleyici devresi. Programlamaya çalışın, süreçte başarısız olmadığından emin olun.

6. Lehim dijital potansiyometreler

7. Alanlardaki tüm JST konektörlerini her hat bağlantısına göre lehimleyin.

8. Kartı açın, eğer bir fonksiyon üreteciniz ve osiloskopunuz varsa, giriş sinyaline verilen her analog devre yanıtını adım adım kontrol edin (önerilen: 200mVpp, 1KHz).

9. Devrenin güç amplifikatörü ve gecikme devresi/modülü üzerindeki yanıtını ayrı ayrı kontrol edin.

10. Hoparlörü güç amplifikatörünün çıkışına ve sinyal üretecini girişe bağlayın, sesi duyduğunuzdan emin olun.

11. Yaptığımız tüm testler başarılı olursa montaj adımına geçebiliriz.

Adım 5: Montaj

Muhtemelen bu, stoğunuzda odun kesmek için bazı yararlı araçlar olmadıkça, teknik yaklaşım açısından projenin en zor kısmıdır. Çok sınırlı bir alet setim vardı, bu yüzden zor yoldan gitmek zorunda kaldım - bir taşlama eğesiyle kutuyu manuel olarak kesmek. Temel adımları ele alalım:

1. Kutunun hazırlanması:

1.1 Hoparlör ve elektronik kart yerleşimine uygun ölçülerde ahşap bir muhafazaya sahip olduğunuzdan emin olun.

1.2 Hoparlör bölgesini kesin, rezonans titreşimlerini önlemek için hoparlör kesme alanına köpük kauçuk çerçeve takmanız şiddetle tavsiye edilir.

1.3 Kullanıcı arayüzü (LCD ve kodlayıcı) için ayrı ahşap çerçeve kesin. LCD için uygun alanı kesin, LCD yönünün ön kasa görünümüne ters çevrilmediğinden emin olun. Bu tamamlandıktan sonra döner kodlayıcı için bir delik açın. LCD cadı 4 delme vidasını ve döner kodlayıcıyı uygun bir metalik somunla sabitleyin.

1.4 Köpük kauçuğu, kullanıcı arayüzünün tüm çevresi boyunca ahşap çerçeveye yerleştirin. Bu, yankılanan notaların önlenmesine de yardımcı olacaktır.

1.5 Elektronik kartın nereye yerleştirileceğini belirleyin, ardından ahşap muhafazaya 4 delik açın

1.6 DC harici güç kaynağı giriş jakı ve 1/4 gitar girişinin yerleştirileceği bir taraf hazırlayın, uygun çaplarda iki delik açın. Bu konektörlerin elektronik kart ile aynı pinout'u (yani polariteyi) paylaştığından emin olun. Daha sonra, her giriş için iki çift kablo lehimleyin.

2. Parçaların bağlanması:

2.1 Hoparlörü seçilen alana takın, iki kablonun 4 delme vidasıyla hoparlör pimlerine bağlı olduğundan emin olun.

2.2 Kullanıcı arayüzü panelini muhafazanın seçilen tarafına takın. Köpük kauçuğu unutma.

2.3 Tüm devreleri terminal blokları aracılığıyla birbirine bağlayın

2.4 LCD'yi ve kodlayıcıyı JST konektörleri aracılığıyla karta bağlayın.

2.5 Hoparlörü TDA2030A modül çıkışına bağlayın.

2.6 Güç ve gitar girişlerini kartın terminal bloklarına bağlayın.

2.7 Levhayı, delinmiş deliklerin konumuna yerleştirin, tahta muhafazanın dışından 4 delme vidasıyla tahtayı sabitleyin.

2.8 Tüm ahşap muhafaza parçalarını, sağlam bir kutu gibi görünecek şekilde birbirine takın.

Adım 6: Programlama ve Kodlama

Cihaz kodu, AVR mikrodenetleyici ailesinin kurallarına uyar ve ATMEGA328P MCU'ya uygundur. Kod Atmel Studio'da yazılmıştır ancak Arduino kartını aynı ATMEGA328P MCU'ya sahip Arduino IDE ile programlama imkanı vardır. Bağımsız mikrodenetleyici, Atmel Studio'ya uygun olarak USB hata ayıklama adaptörü veya eBay'den satın alınabilen USP ISP programcısı aracılığıyla programlanabilir. Yaygın olarak kullanılan programlama yazılımı AVRdude'dur, ancak ben ProgISP'yi tercih ederim - çok kolay bir kullanıcı arayüzüne sahip basit USB ISP Programlama yazılımı.

Kodla ilgili gerekli tüm açıklamalar ekteki Amplific.c dosyasında bulunabilir.

Ekli Amplifice.hex dosyası, daha önce gözlemlediğimiz şematik diyagrama tam olarak uyuyorsa doğrudan cihaza yüklenebilir.

7. Adım: Test Etme

İstediğimiz her şey yapıldıktan sonra, test zamanı. Ben sebepsiz yere yıllar önce kurduğum eski ucuz gitarım ve basit pasif ton kontrol devrem ile cihazı test etmeyi tercih ettim. Cihaz ayrıca hem dijital hem de analog efekt işlemcisi ile test edilmiştir. PT2399'un gecikme dizilerinde kullanılan ses örneklerini depolamak için bu kadar küçük bir RAM'e sahip olması çok iyi değil, eko örnekleri arasındaki süre çok büyük olduğunda, yankı büyük bir geçiş biti kaybıyla dijitalleşir, bu sinyal bozulması olarak kabul edilir. Ancak duyduğumuz bu "dijital" bozulma, cihazın çalışmasının olumlu bir yan etkisi olarak faydalı olabilir. Her şey bu cihazla yapmak istediğiniz uygulamaya bağlıdır (bu arada bir şekilde "Amplifice V1.0" adını verdim).

Umarım bu talimatı faydalı bulursunuz.

Okuduğunuz için teşekkürler!