multi3dc1.pdf

Multimedialny wzmacniacz 3D

Multimedialny

wzmacniacz

3D, część 1

kit AVT−491

Prawda, øe tytu³ artyku³u

jest doúÊ tajemniczy? Nimbu

tajemniczoúci dostarcza przede

wszystkim skrÛt ì3Dî, ktÛry

jest doskonale znany

uøytkownikom wspÛ³czesnych

komputerÛw, a†zw³aszcza

PC-tÛw. NajczÍúciej

symbolizuje on duøe

moøliwoúci karty graficznej

maj¹cej wbudowany sprzÍtowy

ìdopalaczî grafiki

trÛjwymiarowej, ktÛra w†grach

sta³a siÍ juø standardem.

My proponujemy

wyposaøenie komputera

w†kolejny ìtrzeci wymiarî,

tym razem poprawiaj¹cy

jakoúÊ (a nie szybkoúÊ!)

odtwarzania düwiÍku, zarÛwno

z†karty düwiÍkowej, jak

i†odtwarzacza CD.

Konstrukcja opracowanego

przez nas urz¹dzenia jest

oparta na nowoczesnym

procesorze düwiÍku, ktÛry

opracowa³a firma National

Semiconductor.

Prezentowany w†artykule mul-

timedialny wzmacniacz powsta³

przede wszystkim z†myúl¹ o†uøyt-

kownikach komputerÛw PC. ZarÛ-

wno konstrukcja mechaniczna, jak

i†przyjÍty sposÛb zasilania powo-

duje, øe PC-et jest dla niego

naturalnym úrodowiskiem pracy,

co jednak nie wyklucza innych

aplikacji.

G³Ûwnym za³oøeniem autora by-

³o stworzenie alternatywy dla nie-

zwykle popularnego wúrÛd Czytel-

nikÛw EP wzmacniacza AVT-325,

ktÛry charakteryzuje siÍ bardzo

duø¹ moc¹ wyjúciow¹ i†jest wypo-

saøony w†panel z†diodami LED.

Jak zapewne pamiÍtacie, ze wzglÍ-

du na stosunkowo niskie napiÍcie

zasilania elementÛw komputera (5

i†12V) oraz ograniczon¹ moc wbu-

dowanego w†PC zasilacza kit AVT-

325 jest wyposaøony we w³asny

transformator, co nieco komplikuje

i†podraøa jego wykonanie. Pomimo

tych drobnych niedogodnoúci jest

on jednak niezast¹piony dla uøyt-

kownikÛw lubi¹cych mocne (a

raczej g³oúne) wraøenia.

Przeprowadzone prÛby wyka-

za³y, øe w†wiÍkszoúci domowych

zastosowaÒ moc dostarczana do

g³oúnikÛw z†karty düwiÍkowej nie

przekracza 400mW, co przy dob-

rej jakoúci g³oúnikach gwarantuje

odpowiedni¹ g³oúnoúÊ, nawet

w†tak wymagaj¹cych grach jak

Doom . Ograniczenie mocy wyj-

úciowej wzmacniacza do tak (tyl-

ko pozornie!) niewielkiego pozio-

mu pozwala do³¹czyÊ go do kom-

putera w†taki sam naturalny spo-

sÛb, jak stacjÍ dyskietek lub dysk

twardy. Bez øadnych problemÛw!

Tak wiÍc nie spodziewajcie siÍ

po prezentowanym wzmacniaczu

osza³amiaj¹cych parametrÛw ìmo-

cowychî. Sedno nowej konstruk-

cji leøy zupe³nie gdzie indziej -

procesor audio jest wyposaøony

w†funkcjÍ ì3Dî, dziÍki ktÛrej ste-

reofoniczna baza sygna³u jest roz-

szerzana, pozwalaj¹c znacznie do-

k³adniej wyczuÊ przestrzeÒ düwiÍ-

kow¹. Taka uproszczona forma

düwiÍku dookÛlnego jest osi¹gana

bardzo niewielkim kosztem.

W†pierwszej (czyli tej) czÍúci

artyku³u omÛwimy konstrukcjÍ

elektryczn¹ urz¹dzenia, a†sposÛb

jego montaøu, programowanie pro-

cesora audio, obs³ugÍ wzmacnia-

cza - w†kolejnej czÍúci - juø za

miesi¹c!

Elektronika Praktyczna 1/99

P R O J E K T Y

Multimedialny wzmacniacz 3D

Rys. 1. Schemat blokowy układu LM4832.

Serce, czyli moøliwoúci

wspÛ³czesnych uk³adÛw

audio

ìSercemî multimedialnego

wzmacniacza jest procesor audio

LM4832 opracowany przez firmÍ

National Semiconductor. Schemat

blokowy tego uk³adu przedstawio-

no na rys. 1 . Sk³ada siÍ on

z†nastÍpuj¹cych blokÛw funkcjo-

nalnych:

- T³umikÛw wejúciowych w†torze

audio, ktÛre umoøliwiaj¹ wstÍp-

n¹ regulacjÍ amplitudy sygna³u

dostarczanego do dalszych stop-

ni wzmacniacza. Zakres regula-

cji wynosi 0..-14dB (z krokiem

2dB), co pozwala dostosowaÊ

czu³oúÊ wejúÊ do kaødego typo-

wego ürÛd³a sygna³u audio. Sto-

pieÒ t³umienia obydwu t³umi-

kÛw jest programowany zawar-

toúci¹ jednego rejestru, nie ma

wiÍc moøliwoúci regulacji balan-

su w†tym stopniu toru audio.

- Aktywnych regulatorÛw barwy

düwiÍku. Filtruj¹ce obwody RC

s¹ w³¹czone w†pÍtlÍ ujemnego

sprzÍøenia zwrotnego wewnÍtrz-

nych wzmacniaczy operacyj-

nych, co pozwala uzyskaÊ za-

kres regulacji -12..+12dB (z kro-

kiem 2dB). Na rys. 2 pokazano

uproszczony schemat regulato-

rÛw. DziÍki przemyúlanej budo-

wie regulatorÛw i†zastosowaniu

analogowego multipleksera moø-

liwe jest ich programowe od³¹-

czanie. Pozwala to na korzysta-

nie z†zewnÍtrznego korektora

barwy lub procesora düwiÍku.

Na rys. 3 przedstawiono charak-

terystyki regulacji, ktÛre zaczer-

pniÍto z†danych katalogowych

uk³adu LM4832.

- Modu³Ûw ì3Dî. W†zaleønoúci od

upodobaÒ i†wymagaÒ uøytkow-

nika, sygna³ audio moøe byÊ

odtwarzany w†sposÛb standardo-

wy (czyste stereo) lub z†wyko-

rzystaniem adaptacyjnego posze-

rzania stereofonicznej bazy, co

producent okreúla mianem

ìdüwiÍku 3Dî. Prze³¹czanie po-

miÍdzy trybami stereo i†î3Dî

odbywa siÍ na drodze progra-

mowej.

- Programowanych regulatorÛw

g³oúnoúci o†zakresie regulacji

(wzmocnienie/t³umienie) +20..

-40dB (z krokiem 2dB). Kaødy

kana³ audio jest wyposaøony

w†niezaleønie programowany re-

gulator. Z ich pomoc¹ odbywa

siÍ zarÛwno ustalanie g³oúnoúci,

jak i†balansu pomiÍdzy kana³a-

mi. Za przeliczanie zaleønoúci

pomiÍdzy tymi parametrami od-

powiada oprogramowanie ìza-

szyteî w†pamiÍci mikrokontrole-

ra steruj¹cego prac¹ wzmacnia-

cza.

Elektronika Praktyczna 1/99

Multimedialny wzmacniacz 3D

). Projektantom uk³adu

LM4832 uda³o siÍ jednak

tak zaprojektowaÊ koÒ-

cÛwki, øe charakterystyka

zniekszta³ceÒ w†funkcji

mocy wyjúciowej jest bar-

dzo korzystna.

Na rys. 4 przedsta-

wiono przebieg tej cha-

rakterystyki dla obci¹øenia 8

8-bitowy przetwornik C/A PWM,

timer do pomiaru czasu, pamiÍÊ

EEPROM (!), a na pewnym etapie

realizacji takøe przetwornik A/C

(do pomiaru natÍøenia oúwietlenia

zewnÍtrznego), lecz ostatecznie

pomys³ zosta³ zarzucony. Wyko-

rzystano takøe standardowe, cyf-

rowe porty I/O, ktÛrych mikro-

kontroler ma ca³kiem sporo. Ostat-

nim argumentem by³a duøa po-

jemnoúÊ pamiÍci programu

Rys. 2. Konstrukcja regulatora barwy

dźwięku.

- KoÒcÛwek mocy, ktÛre odpowia-

daj¹ za zasilenie do³¹czonych

do zestawu g³oúnikÛw lub s³u-

chawek. KoÒcÛwki mocy, po-

dobnie jak i†reszta uk³adu

LM4832, s¹ zasilane napiÍciem

Tak¹ w³aúnie impedancjÍ maj¹

typowe s³uchawki.

- Interfejs I 2 C jest kolejnym frag-

mentem uk³adu LM4832, wyko-

rzystywanym w†projekcie. Jego

zadanie jest oczywiste - poúred-

niczy pomiÍdzy zewnÍtrznym

mikrokontrolerem, ktÛry steruje

prac¹ czÍúci audio, a†analogow¹

czÍúci¹ uk³adu LM4832. Inter-

fejs ten ma dwa wejúcia adre-

sowe, ktÛre szczegÛ³owo okreú-

laj¹ adres uk³adu na magistrali

I 2 C. Zastosowanie tych wejúÊ

pozwala na po³¹czenie w†jed-

nym systemie, sterowanym po-

jedynczym procesorem, czterech

takich uk³adÛw jednoczeúnie.

- Bloku przedwzmacniacza mikro-

fonowego z†multiplekserem ana-

logowym na wejúciu. Ta czÍúÊ

uk³adu LM4832 nie jest wyko-

rzystywana w†prezentowanym

projekcie i†z†tego wzglÍdu nie

bÍdziemy jej omawiaÊ.

Wszystkie wyøej wymienione

bloki s¹ zintegrowane w†uk³adzie

zawartym w standardowej, taniej

obudowie DIP28. Uk³ad LM4832

w†typowych warunkach nie wy-

maga specjalnego ch³odzenia.

Możliwości i podstawowe parametry

multimedialnego wzmacniacza 3D

Funkcje standardowe:

urządzenie integruje funkcje przedwzmacnia−

cza, korektora barwy dźwięku oraz wzmacnia−

cza mocy,

możliwe jest odtwarzanie stereofonicznego

dźwięku w standardowy sposób lub z wyko−

rzystaniem efektu “3D”,

Rys. 3. Charakterystyka regulacji

barwy dźwięku.

wbudowany przełącznik sygnałów pozwala na

odtwarzanie dźwięku z czytnika CD lub karty

dźwiękowej,

zakres regulacji barwy dźwięku (w każdym

pasmie): ±12dB,

moc wyjściowa: 350mW/8

liczba wejść audio: 2 (CD/SC − regulacja

wstępnego poziomu niezależna dla każdego

wejścia),

zacisk na wejściu sygnału z karty dźwiękowej

jest typu chinch oraz szpilkowy,

wejście sygnału z odtwarzacza CD jest typu

szpilkowego,

zasilanie: +5V/15mA i +12V/250mA, pobiera−

ne z zasilacza PC,

wzmacniacz jest wyposażony w elektroniczny

wyłącznik zasilania,

wszystkie nastawy są zapisywane w nieulotnej

pamięci EEPROM i automatycznie odtwarzane

po włączeniu zasilania,

Rys. 4. Zniekształcenia w funkcji

mocy wyjściowej dla obciążenia

mechaniczna konstrukcja wzmacniacza umoż−

liwia montowanie go w miejscu stacji dyskie−

tek 5,25'’,

Krwiobieg, czyli dlaczego

ST62?

O†ile wybÛr procesora audio

by³ prosty - nie ma na rynku

rÛwnorzÍdnych uk³adÛw innych

producentÛw - o†tyle wybÛr mik-

rokontrolera zarz¹dzaj¹cego prac¹

ca³ego systemu moøe wydawaÊ siÍ

- ale tylko pozornie - dyskusyjny.

Dlaczego wiÍc zastosowano

ST62T65?

Po pierwsze jest on relatywnie

tani. Po drugie, integruje w†jednej

strukturze wszystkie peryferia,

ktÛre s¹ niezbÍdne do realizacji

wszystkich za³oøonych funkcji ste-

ruj¹cych. Tak wiÍc wykorzystano

do obsługi wszystkich funkcji wzmacniacza

wystarczają dwa manipulatory: obrotowy im−

pulsator cyfrowy (spełnia rolę potencjometra)

i przełącznik Digitast (wybór funkcji),

wbudowany prosty program diagnostyczny

pozwala użytkownikowi wykryć błędy w trans−

ferze danych do układu LM4832.

Funkcje serwisowe:

w przypadku zastosowania wyświetlacza

z podświetlaniem LED możliwe jest ręczne

dobranie jasności świecenia,

zastąpienie potencjometra P1 układem US3

umożliwia elektroniczną regulację kontrastu

wyświetlacza LCD,

w każdym kanale wejściowym można niezależ−

nie ustalić poziom wstępnego tłumienia syg−

nału audio, co ułatwia podłączanie do wzmac−

niacza źródeł o różnych amplitudach sygnału

na wyjściu.

Rys. 5. Zniekształcenia w funkcji

mocy wyjściowej dla obciążenia

Elektronika Praktyczna 1/99

5V. Nie jest to zbyt duøo,

zw³aszcza øe standardo-

we impedancje g³oúnikÛw

s¹ doúÊ duøe (minimalna

a†na rys. 5 dla obci¹øenia 32

Multimedialny wzmacniacz 3D

Rys. 6. Schemat elektryczny wzmacniacza.

Elektronika Praktyczna 1/99

Multimedialny wzmacniacz 3D

(3,8kB), co pozwoli³o na imple-

mentacjÍ we wzmacniaczu drob-

nych ìszaleÒstwî w†systemie ste-

rowania.

odpowiada za p³ynne w³¹czanie

wzmacniacza, zapobiegaj¹c powsta-

waniu stukÛw w†g³oúnikach.

Elementy C6 i†R11 zeruj¹ cyf-

row¹ czÍúÊ uk³adu US2 po w³¹-

czeniu zasilania. Podobn¹ rolÍ

spe³nia uk³ad US4, ktÛry zeruje

mikrokontroler zarÛwno po w³¹-

czeniu zasilania, jak i†po zbyt

duøym obniøeniu siÍ wartoúci

napiÍcia zasilaj¹cego. Fakt zasto-

sowania tak zaawansowanego spo-

sobu zerowania mikrokontrolera

wynika z†koniecznoúci zabezpie-

czenia zawartoúci pamiÍci nie-

ulotnej EEPROM, ktÛra jest zin-

tegrowana w†strukturze ST62T65.

Niepoø¹dane, przypadkowe wpisy

do pamiÍci czÍsto wystÍpuj¹ pod-

czas wolnego opadania napiÍcia

zasilaj¹cego po wy³¹czeniu zasi-

lacza. Zjawisko takie jest charak-

terystyczne dla zasilaczy duøej

mocy stosowanych w†PC. Tak

wiÍc dziÍki US4 nastawy zapisane

w†pamiÍci EEPROM s¹ ca³kowicie

bezpieczne.

Prac¹ wzmacniacza zarz¹dza

mikrokontroler ST62T65 (US1).

Argumenty przemawiaj¹ce za sto-

sowaniem tego uk³adu przedsta-

wiono powyøej. Teraz pokrÛtce

omÛwimy jego aplikacjÍ i†oprog-

ramowanie.

KonfiguracjÍ portÛw procesora

US1 ³atwo jest przeanalizowaÊ na

podstawie schematu elektrycznego

z†rys. 6. Trzy najm³odsze linie

portu PC (PC0..2) spe³niaj¹ rolÍ

interfejsu I 2 C. Procesor pracuje

jako Slave systemu. Na rys. 7

pokazano typow¹ ramkÍ danych

przesy³anych t¹ magistral¹. Ponie-

waø procesory ST62 nie maj¹

wbudowanych sprzÍtowych inter-

fejsÛw I 2 C, protokÛ³ transmisji jest

emulowany programowo.

Najstarszy dostÍpny bit portu

PC - PC4 odpowiada za sterowa-

nie przekaünika Prz1. RolÍ bufora

pr¹dowego spe³nia tranzystor T1.

W†modelu zastosowano miniatu-

rowy przekaünik TQ2 firmy NAiS-

Matsushita, ktÛrego cewka jest

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R5, R6, R7, R8: 4,7k

R2, R3, R4, R11: 3,3k

DoúÊ anatomii!

Po ìanatomicznymî wyk³adzie

wstÍpnym moøemy przejúÊ do

omÛwienia konstrukcji wzmacnia-

cza. Jego schemat elektryczny

przedstawiono na rys. 6 .

£atwo zauwaøyÊ, øe otoczenie

uk³adu LM4832 (US2) jest zgodne

z not¹ aplikacyjn¹ producenta.

Jest to idealny przyk³ad wspÛ³-

czesnego, specjalizowanego uk³a-

du scalonego. Jedyn¹ sensown¹

modyfikacj¹, jakiej moøe dopuúciÊ

siÍ uøytkownik, jest zmiana po-

jemnoúci kondensatorÛw C8..11,

C17 oraz elementÛw tworz¹cych

pÍtlÍ sprzÍøenia ì3Dî - C12, R9,

R10. Zmiana pojemnoúci konden-

satorÛw C8..11 powoduje przesu-

niÍcie úrodkowej czÍstotliwoúci

filtra regulacyjnego barwy tonu.

Zdaniem autora wartoúci tych

elementÛw zosta³y dobrane opty-

malnie, w†zwi¹zku z†czym nie ma

potrzeby ich modyfikacji, ale do

eksperymentÛw oczywiúcie zachÍ-

camy! Nieco bardziej z³oøony jest

dobÛr elementÛw w†pÍtli sprzÍøe-

nia ì3Dî. RezystancjÍ R10 obni-

øono o†ok. 10% w†stosunku do

wartoúci zalecanej, co spowodo-

wa³o pog³Íbienie efektu rozszerze-

nia przestrzeni düwiÍkowej bez

wiÍkszych (zdaniem autora) efek-

tÛw negatywnych. Nie zalecamy

modyfikowaÊ wartoúci rezystora

R9, poniewaø jego zadaniem jest

tylko roz³adowywanie kondensa-

tora C12, co zapobiega powstawa-

niu nieprzyjemnych efektÛw akus-

tycznych podczas w³¹czania i†wy-

³¹czania bloku ì3Dî. Z†tego wzglÍ-

du wartoúÊ rezystancji R9 jest

doúÊ duøa.

Zadanie kondensatora C7 jest

podwÛjne: filtruje bowiem napiÍ-

cie referencyjne dla wszystkich

wewnÍtrznych wzmacniaczy zin-

tegrowanych w†strukturze US2 oraz

R9: 680k

R10: 18k

R12: 30

/0,5W

R13: 0,1

P1: 10k

miniaturowy, ceramiczny,

leżący

Kondensatory

C1, C2: 27pF

C3, C4: 3,3nF

C5, C7, C12, C27, C28, C29,

C30, C31, C32, C33: 100nF

C6: 1

F/6,3V

F unipolarne

C17, C18, C19, C20, C21:

1000

F/25V

C22, C23, C24, C34: 10

F/16V

C25: 22

F/16V

F/10V

Półprzewodniki

T1, T2: BC547

T3: BD243 lub podobny

US1: ST62T65B − zaprogramowany

US2: LM4832N

US3: X9313W (opcja − nie

wchodzi w skład kitu)

US4: DS1813 (w obudowie TO−92)

US5: 7805 lub 78M05

Różne

X1: 8MHz

Zl1: stereofoniczne złącze

słuchawkowe do druku 3,5 mm

Zl2: podwójny chinch do druku,

poziomy

Zl3, Zl4:

Zl5: 4−stykowe, męskie złącze

zasilania PC

Prz1: TQ2−5V

IMP1: impulsator ECW1JB24BC0024

firmy Bourns

W1: alfanumeryczny wyświetlacz

LCD 1x16 z podświetlaczem LED,

np. WM−C1601M−YLYc. Możliwe

jest zastosowanie wyświetlacza

bez podświetlenia.

Sw1: przełącznik Digitast

z przyciskiem

JP1: goldpiny 1x3 z jumperem

Radiator dla stabilizatora US5

4 śruby M2,5/5 z nakrętkami

Folia samoprzylepna na płytę

czołową

Rys. 7. Format ramki danych wpisywanych do LM4832.

Elektronika Praktyczna 1/99

F/16V

C8, C9, C10, C11: 8,2nF

C13, C14: 470

C15, C16: 1

C26: 470

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: