Digitalt styret 18W guitarforstærker: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

For et par år siden byggede jeg en 5W guitarforstærker, det var en slags løsning på mit lydsystem dengang, og for nylig besluttede jeg at bygge en ny meget kraftigere og uden brug af analoge komponenter til brugergrænsefladen, som roterende potentiometre og vippekontakter.

Digitalt kontrolleret 18W guitarforstærker er en enkeltstående, digitalt styret 18W mono guitarforstærker med forsinket effekt systemtilslutning og et elegant flydende krystaldisplay, der giver præcise oplysninger om, hvad der foregår i kredsløbet.

Funktionerne i projektet:

• Fuldt digital styring: Brugergrænsefladeindgang er en roterende encoder med en indbygget switch.
• ATMEGA328P: Er en mikrokontroller (bruges som Arduino-lignende system): Alle de justerbare parametre styres programmatisk af brugeren.
• LCD: fungerer som en brugergrænsefladeudgang, så enhedsparametrene som gain/volumen/forsinkelsesdybde/forsinkelsestid kan observeres i stor tilnærmelse.
• Digitale potentiometre: Anvendes i underkredsløbene, hvilket gør enhedsstyring helt digital.
• Kaskadesystem: Hvert kredsløb i det foruddefinerede system er et separat system, der kun deler strømforsyningslinjer, der er i stand til relativt let fejlfinding i tilfælde af fejl.
• Forforstærker: Baseret på LM386 integreret kredsløb, med meget simpelt skematisk design og minimumskrav til dele.
• Delay effect circuit: Er baseret på PT2399 integreret kredsløb, kan købes fra eBay som en separat IC (jeg har selv designet hele forsinkelseskredsløbet) eller kan bruges som et komplet modul med mulighed for at erstatte roterende potentiometre med digipots.
• Effektforstærker: Er baseret på TDA2030 -modulet, der allerede indeholder alle de perifere kredsløb til dets drift.
• Strømforsyning: Enheden drives af en gammel ekstern 19V DC-strømforsyning til bærbar computer, og derfor indeholder enheden et nedtrapnings-DC-DC-modul som en forregulator til LM7805, hvilket gør det meget mindre varme under enhedens strømforbrug.

Efter at vi har dækket alle de korte oplysninger, lad os bygge dem!

Trin 1: Idéen

Som du kan se i blokdiagrammet, fungerer enheden som en klassisk tilgang til guitarforstærkerens design med små variationer i styrekredsløbet og brugergrænsefladen. Der er i alt tre grupper af kredsløb, som vi vil udvide om: Analog, digital og strømforsyning, hvor hver gruppe består af separate underkredsløb (emnet vil blive forklaret godt i de yderligere trin). For at gøre det meget lettere at forstå projektstrukturen, lad os forklare disse grupper:

1. Analog del: Analoge kredsløb er placeret i den øverste halvdel af blokdiagrammet, som det kan ses ovenfor. Denne del er ansvarlig for alle de signaler, der passerer gennem enheden.

1/4 jack er en enheds 'guitar mono input og er placeret ved grænsen mellem boks og loddet elektronisk kredsløb.

Det næste trin er en forforstærker, baseret på LM386 integreret kredsløb, som er ekstremt let at bruge i sådanne lydapplikationer. LM386 leveres 5V DC fra hovedstrømforsyningen, hvor dens parametre, forstærkning og volumen styres via digitale potentiometre.

Det tredje trin er effektforstærker, baseret på TDA2030 integreret kredsløb, drevet af ekstern 18 ~ 20V DC strømforsyning. Ved dette projekt forbliver forstærkning, der er valgt på effektforstærkeren konstant for hele driftstiden. Da enheden ikke er en enkelt indpakket PCB, anbefales det at bruge et samlet TDA2030A -modul og fastgøre det til prototypebarden med kun tilslutning af I/O- og strømforsyningspinde.

2. Digital del: Digitale kredsløb er placeret i den nederste halvdel af blokdiagrammet. De er ansvarlige for brugergrænseflade og kontrol af analoge parametre såsom forsinkelsestid/dybde, volumen og forstærkning.

Encoder med indbygget SPST-switch er defineret som en brugerkontrolindgang. Da det er samlet som en enkelt del, er det eneste behov for korrekt drift vedhæftning af pull-up-modstande programmatisk eller fysisk (vi ser det i skematisk trin).

Mikroprocessor som "hovedhjerne" i kredsløbet er ATMEGA328P, der bruges i Arduino-lignende stil i denne enhed. Det er enheden, der har al den digitale strøm over kredsløbet, og kommanderer alt, hvad de skal gøre. Programmeringen sker via SPI -interface, så vi kan bruge enhver passende USB ISP -programmerer eller købt AVR -fejlfinding. I det tilfælde du vil bruge Arduino som mikrokontroller i kredsløbet, er dette muligt ved at kompilere vedhæftede C -kode, der er til stede i programmeringstrinnet.

Digitale potentiometre er et par dobbelt integrerede kredsløb, der styres via SPI -interace af mikrokontroller, med et samlet antal på 4 potentiometre til fuld kontrol over alle parametrene:

LCD er en brugergrænseflade output, der lader os vide, hvad der sker inde i boksen. I dette projekt brugte jeg nok den mest populære 16x2 LCD blandt Arduino -brugere.

3. Strømforsyning: Strømforsyningen er ansvarlig for at give energi (spænding og strøm) til hele systemet. Da effektforstærkerkredsløbet drives direkte fra en ekstern bærbar adapter, og alle de resterende kredsløb er drevet fra 5V DC, er der behov for en DC-DC-trin-ned eller lineær regulator. I tilfælde af at sætte 5V lineær regulator, der forbinder den med den eksterne 20V, når strømmen passerer gennem lineær regulator til belastningen, spredes en enorm mængde varme på 5V regulatoren, det ønsker vi ikke. Så mellem 20V line og 5V lineær regulator (LM7805) er der 8V DC-DC step-down converter, der fungerer som en pre-regulator. Sådan fastgørelse forhindrer enorm spredning på lineær regulator, når belastningsstrøm opnår høje værdier.

Trin 2: Dele og instrumenter

Elektroniske dele:

1. Moduler:

• PT2399 - Echo / delay IC -modul.
• LM2596-Step-down DC-DC modul
• TDA2030A - 18W Power mm -forstærkermodul
• 1602A - Fælles LCD 16x2 tegn.
• Roterende encoder med integreret SPST switch.

2. Integrerede kredsløb:

• LM386 - Mono lydforstærker.
• LM7805 - 5V Lineær regulator.
• MCP4261/MCP42100 - 100KOhm dobbelte digitale potentiometre
• ATMEGA328P - Mikrokontroller

3. Passive komponenter:

A. Kondensatorer:

• 5 x 10uF
• 2 x 470uF
• 1 x 100uF
• 3 x 0,1 uF

B. Modstande:

• 1 x 10R
• 4 x 10K

C. Potentiometer:

1 x 10K

(Valgfrit) Hvis du ikke bruger PT2399 -modulet og er interesseret i at bygge kredsløbet selv, kræves disse dele:

• PT2399
• 1 x 100K modstand
• 2 x 4.7uF kondensator
• 2 x 3,9nF kondensator
• 2 x 15K modstand
• 5 x 10K modstand
• 1 x 3,7K modstand
• 1 x 10uF kondensator
• 1 x 10nF kondensator
• 1 x 5,6K modstand
• 2 x 560pF kondensator
• 2 x 82nF kondensator
• 2 x 100nF kondensator
• 1 x 47uF kondensator

4. Stik:

• 1 x 1/4 "Mono jack stik
• 7 x Doble klemmer
• 1 x kvindelig 6-polet stikkontakt
• 3 x 4-benede JST-stik
• 1 x hanstikstik

Mekaniske dele:

• Højttaler med en effektaccept på mindst 18W
• Skab af træ
• Træramme til brugergrænseflade cut-away (Til LCD og roterende encoder).
• Skumgummi til højttalere og UI -områder
• 12 boreskruer til delene
• 4 x fastgørelsesbolte og møtrikker til LCD -ramme
• 4 x gummiben til stabile enhedsoscillationer (resonans mekanisk støj er en almindelig ting i forstærkerens design).
• Knap til drejekoder

Instrumenter:

• Elektrisk skruetrækker
• Varmlimpistol (hvis det er nødvendigt)
• (Valgfrit) Lab strømforsyning
• (Valgfrit) Oscilloskop
• (Valgfrit) Funktionsgenerator
• Loddejern / station
• Lille fræser
• Lille tang
• Loddeform
• Pincet
• Indpakningstråd
• Borekroner
• Lille sav til træskæring
• Kniv
• Slibefil

Trin 3: Skematisk forklaring

Da vi kender projektets blokdiagram, kan vi gå videre til skemaerne under hensyntagen til alle de ting, vi har brug for at vide om kredsløbsdrift:

Forforstærkerkredsløb: LM386 er forbundet med minimum overvejelse af dele uden behov for at bruge eksterne passive komponenter. I tilfælde af at du vil ændre frekvensrespons på lydsignalindgangen, f.eks. Basforstærkning eller tonekontrol, kan du henvise til databladet LM386, hvis tale om dette, ikke påvirker dette enheds skematiske diagram bortset fra forforstærkerens små ændringer i forbindelserne. Da vi bruger en enkelt 5V DC -forsyning til IC'en, skal afkoblingskondensator (C5) tilføjes til IC -udgangen for DC -fjernelse af signalet. Som det kan ses, er 1/4 stik (J1) signalstift tilsluttet digipot 'A' pin, og LM386 ikke-inverterende input er forbundet til digitpot 'B' pin, så som et resultat har vi enkle spændingsdeler, styret af mikrokontroller via SPI -interface.

Delay / Echo Effect Circuit: Dette kredsløb er baseret på PT2399 forsinkelse effekt IC. Dette kredsløb virker kompliceret i henhold til dets datablad, og det er meget let at blive forvirret med at lodde det helt. Det anbefales at købe et komplet PT2399 -modul, der allerede er samlet, og det eneste du skal gøre er at aflodde rotationspotentiometre fra modulet og fastgøre digipotlinjer (Visker, 'A' og 'B'). Jeg har brugt et datablad til referencen til ekkoeffektdesignet, med digipotter knyttet til valg af svingningsperiode og volumen af feedback -signalet (Hvad vi skal kalde - "dybde"). Forsinkelseskredsindgang, kaldet DELAY_IN-linje, er forbundet til udgangen fra forforstærkerkredsløbet. Det er ikke nævnt i skemaerne, fordi jeg ville lave alle kredsløbene til kun at dele strømledninger, og signalledninger er forbundet med eksterne kabler. "Hvor ikke praktisk!", Tænker du måske, men sagen er, at når du bygger et analogt processorkredsløb, er det meget lettere at fejlfinde delvist for hvert kredsløb i projektet. Det anbefales at tilføje bypass -kondensatorer til 5V DC -strømforsyningspinden på grund af dets støjende område.

Strømforsyning: Enheden forsynes via ekstern strømstik med 20V 2A AC/DC -adapter. Jeg fandt ud af, at den bedste løsning til at reducere stor mængde strømafbrydelse på en lineær regulator i form af varme, er at tilføje 8V DC-DC step-down converter (U10). LM2596 er en bukkonverter, der bruges i mange applikationer og er populær blandt Arduino -brugere, der koster mindre end 1 $ på eBay. Vi ved, at den lineære regulator har et spændingsfald på sin gennemstrømning (i tilfælde af 7805 er teoretisk tilnærmelse omkring 2,5V), så der er et sikkert mellemrum på 3V mellem input og output på LM7805. Det anbefales ikke at forsømme lineær regulator og tilslutte lm2596 direkte til 5V -linjen på grund af koblingsstøj, hvilken spændingsrippel kan påvirke kredsløbets strømstabilitet.

Effektforstærker: Det er enkelt, som det ser ud til. Da jeg har brugt et TDA2030A -modul i dette projekt, er det eneste krav at forbinde strømstifter og I/O -linjer på effektforstærkeren. Som det blev nævnt før, er forstærkerens indgang forbundet til forsinkelseskredsløbets udgang via eksternt kabel ved hjælp af stik. Højttaler, der bruges i enheden, er forbundet til effektforstærkerens udgang via en dedikeret terminalblok.

Digitale potentiometre: Sandsynligvis de vigtigste komponenter i hele enheden, hvilket gør den i stand til at blive styret digitalt. Som du kan se, er der to typer digipotter: MCP42100 og MCP4261. De deler den samme pinout, men adskiller sig i kommunikation. Jeg har kun to sidste digipot på lager, da jeg har bygget dette projekt, så jeg har lige brugt det, jeg havde, men jeg anbefaler at bruge to digipots af samme type, enten MCP42100 eller MCP4261. Hver digipot styres af et SPI -interface, delingsur (SCK) og datainput (SDI) ben. SPI -controller til ATMEGA328P er i stand til at håndtere flere enheder ved at køre separate chip select (CS eller CE) pins. Det er designet på den måde i dette projekt, hvor SPI -chipaktiveringsstifter er forbundet til separate mikrokontrollerstifter. PT2399 og LM386 er tilsluttet 5V forsyning, så vi behøver ikke bekymre os om spændingssving på digipot -modstandsnetværket inde i IC'erne (Det er stort set dækket i databladet, i sektionen af spændingsniveauområde på indre koblingsmodstande).

Mikrocontroller: Som det blev nævnt, baseret i en Arduino-stil ATMEGA328P, med behov for en enkelt passiv komponent-pull-up-modstand (R17) på nulstillingsnålen. 6-bens stik (J2) bruges til enhedsprogrammering via USB ISP-programmer via SPI-interface (Ja, den samme grænseflade, som digipotter er forbundet til). Alle benene er forbundet med de relevante komponenter, som er vist i det skematiske diagram. Det anbefales kraftigt at tilføje bypass -kondensatorer i nærheden af 5V strømforsyningstappene. De kondensatorer, du ser nær encoder -benene (C27, C28), bruges til at forhindre, at encoder -tilstand hopper på disse pins.

LCD: Flydende krystaldisplay er forbundet på en klassisk måde med 4 -bit dataoverførsel og yderligere to ben til låsning af data - Registrer vælg (RS) og Aktiver (E). LCD har en konstant lysstyrke og variabel kontrast, der kan justeres med en enkelt trimmer (R18).

Brugergrænseflade: Enhedens roterende encoder har en indbygget SPST-trykknap, hvor alle dens forbindelser er bundet til de beskrevne mikrokontrollerstifter. Det anbefales at fastgøre pull-up-modstand til hver encoders pin: A, B og SW, i stedet for at bruge intern pull-up. Sørg for, at encoder A og B pins er forbundet til mikrokontrollerens eksterne afbrydelsesstifter: INT0 og INT1 for at overholde enhedens kode og pålidelighed, når du bruger encoderkomponenten.

JST-stik og terminalblokke: Hvert analogt kredsløb: forforstærker, forsinkelse og effektforstærker er isoleret på loddet bord og er forbundet med kabler mellem terminalblokkene. Encoder og LCD er tilsluttet JST -kablerne og forbundet til loddet bord via JST -stik som beskrevet ovenfor. Ekstern strømforsyningsstikindgang og 1/4 mono jack guitarindgang er forbundet via klemmer.

Trin 4: Lodning

Efter en kort forberedelse er der behov for at forestille sig præcis placering af alle komponenterne på tavlen. Det foretrækkes at starte lodningsprocessen fra forforstærkeren og afslutte med alt det digitale kredsløb.

Her er trin-for-trin beskrivelse:

1. Loddeforstærkerkredsløb. Kontroller dens forbindelser. Sørg for, at jordlinjer deles på alle de relevante linjer.

2. Loddemetode PT2399 -modul/IC med alt det perifere kredsløb, i henhold til det skematiske diagram. Da jeg har loddet hele forsinkelseskredsløbet, kan du se, at der er mange delte linjer, der let kan loddes i henhold til hver PT2399 -pin -funktion. Hvis du har et PT2399 -modul, skal du blot aflodde de roterende potentiometre og lodde digitale potentiometer netlinjer til disse frigjorte stifter.

3. Loddemodel TDA2030A, sørg for at højttalerudgangsstikket er vendt centreret uden for kortet.

4. Loddekraftforsyningskredsløb. Placer bypass -kondensatorer i henhold til diagrammet.

5. Loddemikrokontroller kredsløb med dets programmeringsstik. Prøv at programmere det, sørg for at det ikke fejler i processen.

6. Lodde digitale potentiometre

7. Lod alle JST -stik i områderne i henhold til hver ledningsforbindelse.

8. Tænd for kortet, hvis du har en funktionsgenerator og et oscilloskop, skal du kontrollere hvert analogt kredsløbssvar på indgangssignalet trin for trin (anbefalet: 200mVpp, 1KHz).

9. Kontroller kredsløbets reaktion på effektforstærker og forsinkelseskredsløb/modul separat.

10. Tilslut højttaleren til udgangen fra effektforstærkeren og signalgeneratoren til indgangen, sørg for at du hører tonen.

11. Hvis alle de test, vi har udført, er vellykkede, kan vi gå videre til samlingstrinnet.

Trin 5: Montering

Sandsynligvis er dette den sværeste del af projektet ud fra en teknisk tilgang, medmindre der er nogle nyttige værktøjer til at skære træ i din bestand. Jeg havde et meget begrænset sæt instrumenter, så jeg blev tvunget til at gå den hårde vej - at skære boksen manuelt med en slibefil. Lad os dække de væsentlige trin:

1. Klargøring af æsken:

1.1 Sørg for, at du har et træskab med passende dimensioner til højttaleren og elektronisk kortallokering.

1.2 Skær området til højttaleren, det anbefales kraftigt at fastgøre skumgummiramme til højttalerudskæringsområdet for at forhindre resonansvibrationer.

1.3 Skær separat træramme til brugergrænsefladen (LCD og encoder). Skær det passende område af LCD -skærmen af, og sørg for, at LCD -retningen ikke vendes til fronten af kabinettet. Når dette er afsluttet, skal du bore et hul til roterende encoder. Fastgør LCD -heksen 4 boreskruer og drejekoder med en passende metallisk møtrik.

1.4 Anbring skumgummi på brugergrænsefladen træramme i hele omkredsen. Dette vil også hjælpe med at forhindre genlydende noter.

1.5 Find det elektroniske bræt, og bor derefter 4 huller på trækabinettet

1.6 Forbered en side, hvor DC ekstern strømforsyningsindgang og 1/4 guitarindgang vil være placeret, bor to huller med passende diametre. Sørg for, at disse stik deler den samme pinout som det elektroniske kort (dvs. polaritet). Efter det, lod to par ledninger for hver indgang.

2. Tilslutning af delene:

2.1 Tilslut højttaleren til det valgte område, og sørg for, at to ledninger er forbundet til højttalerstifterne med 4 boreskruer.

2.2 Monter brugergrænsefladepanel på den valgte side af kabinettet. Glem ikke skumgummiet.

2.3 Tilslut alle kredsløbene sammen via klemmer

2.4 Tilslut LCD og encoder til kortet via JST -stik.

2.5 Tilslut højttaleren til TDA2030A -modulets udgang.

2.6 Tilslut strøm- og guitarindgange til kortets klemmer.

2.7 Find brættet ved de borede hullers position, fastgør brættet med 4 boreskruer uden for træindretningen.

2.8 Monter alle træindkapslingsdelene sammen, så det vil ligne en solid æske.

Trin 6: Programmering og kode

Enhedskode overholder reglerne for AVR -mikrokontrollerfamilien og overholder ATMEGA328P MCU. Koden er skrevet i Atmel Studio, men der er mulighed for at programmere Arduino board med Arduino IDE, der har den samme ATMEGA328P MCU. Stand-alone mikrokontroller kan programmeres via USB-fejlfindingsadapter i overensstemmelse med Atmel Studio eller via USP ISP-programmerer, der kan købes fra eBay. Programmeringssoftware, der almindeligvis bruges, er AVRdude, men jeg foretrækker en ProgISP - simpel USB ISP -programmeringssoftware med en meget venlig brugergrænseflade.

Al den nødvendige forklaring om koden findes i den vedhæftede Amplifice.c -fil.

Vedhæftet Amplifice.hex -fil kan uploades direkte til enheden, hvis den fuldt ud er i overensstemmelse med det skematiske diagram, som vi tidligere har observeret.

Trin 7: Test

Efter alt det, vi ønskede, er gjort, er det tid til test. Jeg foretrak at teste enheden med min gamle billige guitar og enkle passive tonestyringskredsløb, som jeg har bygget for mange år siden uden grund. Enheden er også testet med både digital og analog effektprocessor. Det er ikke for stort, at PT2399 har så lille RAM til lagring af lydprøver, der bruges i forsinkelsessekvenser, når tiden mellem ekkosampler er for stor, bliver ekko digitaliseret med et stort tab af overgangsbit, hvad der betragtes som forvrængning af signal. Men den "digitale" forvrængning, som vi hører, kan være nyttig som en positiv bivirkning af enhedens betjening. Det hele afhænger af den applikation, du vil lave med denne enhed (som jeg på en eller anden måde kaldte "Amplifice V1.0" i øvrigt).

Håber du finder denne instruktive nyttig.

Tak fordi du læste!