42_47.pdf
(
505 KB
)
Pobierz
Multimedialny wzmacniacz 3D, cz. 1, AVT-491
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!
42
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
43
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
8
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
32
.
44
Elektronika Praktyczna 1/99
5V. Nie jest to zbyt duøo,
zw³aszcza øe standardo-
we impedancje g³oúnikÛw
s¹ doúÊ duøe (minimalna
4
a†na
rys. 5
dla obci¹øenia 32
Multimedialny wzmacniacz 3D
Rys. 6. Schemat elektryczny wzmacniacza.
Elektronika Praktyczna 1/99
45
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.
46
Elektronika Praktyczna 1/99
F/16V
C8, C9, C10, C11: 8,2nF
C13, C14: 470
C15, C16: 1
C26: 470
Plik z chomika:
grzesrekin
Inne pliki z tego folderu:
24_26.pdf
(77 KB)
42_47.pdf
(505 KB)
8_9.pdf
(539 KB)
1.pdf
(197 KB)
13_18.pdf
(386 KB)
Inne foldery tego chomika:
02.99
03.99
04.99
05.99
06.99
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin