Digitaal beheerde 18W kitaarversterker: 7 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

'N Paar jaar gelede het ek 'n 5W kitaarversterker gebou, wat destyds 'n oplossing was vir my klankstelsel, en onlangs het ek besluit om 'n nuwe een te bou wat baie kragtiger is en sonder om analoogkomponente vir die gebruikerskoppelvlak te gebruik, soos roterende potensiometers en skakelaars.

Digitaal beheerde 18W kitaarversterker is 'n alleenstaande, digitaal beheerde 18W mono kitaarversterker met 'n vertragingseffekstelsel en 'n elegante vloeibare kristalvertoning, wat presiese inligting bied oor wat in die kring aangaan.

Die kenmerke van die projek:

• Volledig digitale beheer: Die invoer van die gebruikerskoppelvlak is 'n draaikodeerder met 'n ingeboude skakelaar.
• ATMEGA328P: Is 'n mikrobeheerder (gebruik as 'n Arduino-agtige stelsel): Al die verstelbare parameters word programmaties deur die gebruiker beheer.
• LCD: dien as 'n gebruikerskoppelvlakuitset, sodat die parameters van die toestel, soos versterking/volume/vertragingsdiepte/vertragingstyd, in groot benadering waargeneem kan word.
• Digitale potensiometers: Word gebruik in die sub-stroombane, wat die toestel se beheer volledig digitaal maak.
• Kaskade stelsel: Elke stroombaan in die vooraf gedefinieerde stelsel is 'n aparte stelsel wat slegs kragtoevoerlyne deel, wat relatief maklik kan oplos in die geval van mislukkings.
• Voorversterker: Gebaseer op LM386 geïntegreerde stroombaan, met 'n baie eenvoudige skematiese ontwerp en minimum vereiste onderdele.
• Vertragingseffekskring: is gebaseer op PT2399 geïntegreerde stroombaan, kan as 'n aparte IC by die eBay gekoop word (ek het die hele vertragingskring self ontwerp) of kan as 'n volledige module gebruik word om roterende potensiometers met digipotte te vervang.
• Kragversterker: is gebaseer op die TDA2030 -module, wat al die perifere stroombane bevat vir die werking daarvan.
• Kragtoevoer: die toestel word aangedryf deur 'n ou eksterne 19V DC-kragtoevoer, dus bevat die toestel 'n afwaartse DC-DC-module as 'n voorreguleerder vir die LM7805, wat dit baie minder hitte afvoer tydens die kragverbruik van die toestel.

Nadat ons al die kort inligting gedek het, laat ons dit bou!

Stap 1: Die idee

Soos u in die blokdiagram kan sien, werk die toestel as 'n klassieke benadering tot die ontwerp van die kitaarversterker, met geringe variasies op die stuurbaan en gebruikerskoppelvlak. Daar is altesaam drie groepe stroombane waaroor ons sal uitbrei: Analoog, digitaal en kragtoevoer, waar elke groep uit aparte subbane bestaan (die onderwerp sal in die verdere stappe goed verduidelik word). Om dit baie makliker te maak om die projekstruktuur te verstaan, laat ons die groepe verduidelik:

1. Analoog gedeelte: Analoogbane is in die boonste helfte van die blokdiagram geleë, soos hierbo gesien kan word. Hierdie deel is verantwoordelik vir alle seine wat deur die toestel gaan.

1/4 jack is 'n mono -ingang van 'n toestel, geleë op die grens tussen die boks en die gesoldeerde elektroniese stroombaan.

Die volgende fase is 'n voorversterker, gebaseer op die LM386 geïntegreerde stroombaan, wat uiters maklik is om in sulke klanktoepassings te gebruik. LM386 word 5V DC van die hoofvoeding voorsien, waar die parameters, versterking en volume daarvan via digitale potensiometers beheer word.

Die derde fase is 'n kragversterker, gebaseer op die TDA2030 geïntegreerde stroombaan, aangedryf deur 'n eksterne 18 ~ 20V DC kragbron. By hierdie projek bly die wins wat op die kragversterker gekies word, konstant gedurende die hele werktyd. Aangesien die toestel nie 'n enkele PCB is nie, word dit aanbeveel om 'n saamgestelde TDA2030A -module te gebruik en dit aan die prototipe bard te koppel deur slegs I/O- en kragtoevoerpenne aan te sluit.

2. Digitale deel: Digitale stroombane is in die onderste helfte van die blokdiagram geleë. Hulle is verantwoordelik vir die gebruikerskoppelvlak en analoog parameters, soos vertragingstyd/diepte, volume en versterking.

Encoder met ingeboude SPST-skakelaar word gedefinieer as 'n gebruikersbeheer-invoer. Aangesien dit as 'n enkele onderdeel saamgestel is, is die enigste behoefte aan behoorlike werking om optrekweerstande programmaties of fisies aan te sluit (ons sal dit in die skematiese stap sien).

Die mikroverwerker as die 'hoofbrein' in die stroombaan is ATMEGA328P, wat in hierdie toestel in Arduino-agtige styl gebruik word. Dit is die toestel wat al die digitale krag oor die stroombane het en alles beveel wat om te doen. Die programmering geskied via die SPI -koppelvlak, sodat ons enige toepaslike USB ISP -programmeerder of gekoopte AVR -ontfouter kan gebruik. As u Arduino as die mikrobeheerder in die stroombaan wil gebruik, is dit moontlik deur die aangehegte C -kode saam te stel wat in die programmeringsstap voorkom.

Digitale potensiometers is 'n paar dubbel geïntegreerde stroombane wat beheer word via SPI -wisselwerking deur mikrobeheerder, met 'n totale aantal van 4 potensiometers vir volledige beheer oor al die parameters:

LCD is 'n gebruikerskoppelvlak -uitvoer wat ons laat weet wat in die boks gebeur. In hierdie projek gebruik ek waarskynlik die gewildste 16x2 LCD onder Arduino -gebruikers.

3. Kragtoevoer: Kragtoevoer is verantwoordelik om energie (spanning en stroom) aan die hele stelsel te gee. Aangesien die kragversterkerkring direk van die eksterne skootrekenaaradapter gevoed word en al die oorblywende stroombane van 5V DC gevoed word, is 'n DC-DC-afskakeling of lineêre reguleerder nodig. As 'n 5V lineêre reguleerder dit aan die eksterne 20V koppel, as daar 'n groot hoeveelheid hitte op die 5V -regulator deur die lineêre reguleerder na die las gaan, wil ons dit nie hê nie. Dus, tussen 20V-lyn en 5V lineêre reguleerder (LM7805), is daar 'n 8V DC-DC-afskakelaar wat as 'n voorreguleerder dien. So 'n aanhegting voorkom groot verspreiding van die lineêre reguleerder as die laadstroom hoë waardes bereik.

Stap 2: Onderdele en instrumente

Elektroniese onderdele:

1. Modules:

• PT2399 - Echo / delay IC module.
• LM2596-Afrol-DC-DC module
• TDA2030A - 18W Power mmversterker module
• 1602A - Algemene LCD 16x2 karakters.
• Draaikodeerder met ingeboude SPST -skakelaar.

2. Geïntegreerde stroombane:

• LM386 - Mono klankversterker.
• LM7805 - 5V Lineêre reguleerder.
• MCP4261/MCP42100 - 100KOhm dubbele digitale potensiometers
• ATMEGA328P - Mikrokontroleerder

3. Passiewe komponente:

A. Kapasitors:

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

B. Weerstande:

• 1 x 10R
• 4 x 10K

C. Potensiometer:

1 x 10K

(Opsioneel) As u nie 'n PT2399 -module gebruik nie en u self belangstel om die stroombaan te bou, is hierdie dele nodig:

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

4. Verbindings:

• 1 x 1/4 "mono -aansluiting
• 7 x Dubbele aansluitblokke
• 1 x vroulike 6-pen ry-aansluiting
• 3 x 4-pins JST-verbindings
• 1 x manlike kragaansluiting

Meganiese onderdele:

• Spreker met kragaanvaarding gelyk aan of groter as 18W
• Hout omhulsel
• Houtraamwerk vir wegsny van die gebruikerskoppelvlak (vir LCD en roterende encoder).
• Skuimrubber vir luidspreker- en UI -areas
• 12 boorskroewe vir die onderdele
• 4 x bevestigingsboute en moere vir LCD -raam
• 4 x rubberbeen vir konstante ossillasies van toestelle (meganiese geraas van resonansie kom gereeld voor in die ontwerp van die versterker).
• Knop vir draaikodeerder

Instrumente:

• Elektriese skroewedraaier
• Warmlijmpistool (indien nodig)
• (Opsioneel) Lab -kragtoevoer
• (Opsioneel) Ossilloskoop
• (Opsioneel) Funksie -opwekker
• Soldeerbout / stasie
• Klein snyer
• Klein tang
• Soldeerblik
• Pincet
• Draaddraad
• Boorpunte
• Klein saag vir houtsny
• Mes
• Maal lêer

Stap 3: Skematiese uiteensetting

Aangesien ons vertroud is met die blokdiagram van die projek, kan ons na die skema gaan, met inagneming van alles wat ons moet weet oor die werking van die stroombaan:

Voorversterkerkring: LM386 is verbind met minimale oorweging van dele, sonder om eksterne passiewe komponente te gebruik. As u die frekwensiereaksie van die klankseininvoer wil verander, soos basversterking of toonbeheer, kan u na die LM386-datablad verwys, waarvan die skematiese diagram van hierdie toestel nie 'n invloed sal hê nie, behalwe vir klein versterkings in die verbindings. Aangesien ons 'n enkele 5V DC -toevoer vir die IC gebruik, moet ontkoppelingskondensator (C5) by die uitset van die IC gevoeg word vir die DC -verwydering van die sein. Soos u kan sien, is 'n 1/4 -aansluiting (J1) seinpen aan die digipot 'A'-pen gekoppel, en die LM386-invoer wat nie omkeer nie, is gekoppel aan die digitpot' B '-pen, dus het ons 'n eenvoudige spanningsverdeler, beheer deur mikrobeheerder via SPI -koppelvlak.

Delay / Echo Effect Circuit: Hierdie stroombaan is gebaseer op PT2399 vertragingseffek IC. Hierdie kring lyk ingewikkeld volgens sy datablad, en dit is baie maklik om deurmekaar te raak met die soldeer daarvan. Dit word aanbeveel om 'n volledige PT2399 -module aan te skaf wat reeds gemonteer is, en die enigste ding wat u moet doen is om draaipotensiometers uit die module te ontsoldeer en digipotlyne (Wiper, 'A' en 'B') aan te heg. Ek het 'n databasisverwysing na die eggo -effekontwerp gebruik, met digipotte verbonde aan die keuse van die tydsperiode van die ossillasie en die volume van die terugvoersignaal (wat ons moet noem - "diepte"). Vertragingskringinvoer, aangedui as DELAY_IN-lyn, is gekoppel aan die uitset van die voorversterkerkring. Dit word nie in die skemas genoem nie, want ek wou al die stroombane maak om net kragdrade te deel, en seinlyne is verbind met eksterne kabels. 'Hoe gerieflik!', Dink u miskien, maar as u 'n analoge verwerkingskring bou, is dit baie makliker om elke stroombaan in die projek gedeeltelik op te los. Vanweë die lawaaierige gebied word dit aanbeveel om bypass -kondensators by die 5V DC -kragtoevoerpen te voeg.

Kragtoevoer: die toestel word gevoed via 'n eksterne aansluiting deur 'n 20V 2A AC/DC -adapter. Ek het gevind dat die beste oplossing om 'n groot hoeveelheid kragonderbreking op 'n lineêre reguleerder in die vorm van hitte te verminder, is om 'n 8V DC-DC-afskakelaar (U10) by te voeg. LM2596 is 'n geldomskakelaar wat in baie toepassings gebruik word en gewild is onder Arduino -gebruikers, wat minder as $ 1 op eBay kos. Ons weet dat die lineêre reguleerder 'n spanningsval op sy deurset het (in die geval van 7805 is die teoretiese benadering ongeveer 2.5V), dus is daar 'n veilige gaping van 3V tussen die in- en uitset van die LM7805. Dit word nie aanbeveel om die lineêre reguleerder af te sien en lm2596 regstreeks aan die 5V -lyn te koppel nie, vanweë die skakelgeluid, wat die spanningskringel die kragstabiliteit van die kringe kan beïnvloed.

Kragversterker: dit is eenvoudig soos dit lyk. Aangesien ek 'n TDA2030A -module in hierdie projek gebruik het, is die enigste vereiste om kragpenne en I/O -lyne van die kragversterker aan te sluit. Soos voorheen genoem, word die ingang van die eindversterker via 'n eksterne kabel via die aansluitkabel aan die uitset van die vertragingskring gekoppel. Die luidspreker wat in die toestel gebruik word, is via 'n spesiale klemmenblok aan die uitset van die kragversterker gekoppel.

Digitale potensiometers: Waarskynlik die belangrikste komponente in die hele toestel, sodat dit digitaal beheer kan word. Soos u kan sien, is daar twee soorte digipotte: MCP42100 en MCP4261. Hulle deel dieselfde uitgangspunt, maar verskil in kommunikasie. Ek het net twee laaste digipotte in my voorraad toe ek hierdie projek gebou het, so ek het net gebruik wat ek gehad het, maar ek beveel aan om twee digipotte van dieselfde tipe, MCP42100 of MCP4261, te gebruik. Elke digipot word beheer deur 'n SPI -koppelvlak, deelklok (SCK) en data -invoer (SDI) penne. SPI -beheerder van die ATMEGA328P kan verskeie toestelle hanteer deur afsonderlike chip select (CS of CE) penne te bestuur. Dit is so ontwerp in hierdie projek, waar SPI -chip -penne verbind is met aparte mikrobeheerspennetjies. PT2399 en LM386 is gekoppel aan 'n 5V -toevoer, dus ons hoef nie bekommerd te wees oor die spanningswaai op die digipotweerstandsnetwerk binne die IC's nie (dit word grotendeels gedek in die datablad, in die gedeelte van die spanningsvlakreeks op binneskakelweerstande).

Mikrobeheerder: Soos genoem, gebaseer in 'n Arduino-styl ATMEGA328P, met die behoefte aan 'n enkele passiewe komponent-uittrekweerstand (R17) op die terugstelpen. 6-pins aansluiting (J2) word gebruik vir die programmering van toestelle via USB ISP programmeerder via SPI-koppelvlak (Ja, dieselfde koppelvlak waarmee digipots gekoppel is). Al die penne is verbind met die toepaslike komponente, wat in die skematiese diagram aangebied word. Dit word sterk aanbeveel om bypass -kondensators naby die 5V -kragtoevoerpenne by te voeg. Die kondensators wat u naby die encoder -penne (C27, C28) sien, word gebruik om te voorkom dat die encoder -toestand op hierdie penne bons.

LCD: LCD -skerm word op 'n klassieke manier gekoppel met 'n 4 -bis data -oordrag en nog twee penne om die data vas te maak - Register select (RS) en Enable (E). LCD het 'n konstante helderheid en veranderlike kontras, wat met 'n enkele trimmer (R18) verstel kan word.

Gebruikerskoppelvlak: Die draaikodeerder van die toestel het 'n ingeboude SPST-drukknop, waar al sy verbindings aan die beskrywe mikrobeheerspennetjies vasgemaak is. Dit word aanbeveel om 'n optrekweerstand aan die pen van elke encoder te bevestig: A, B en SW, in plaas van om interne pull-up te gebruik. Maak seker dat encoder A- en B -penne aan die eksterne onderbrekingpenne van die mikrobeheerder gekoppel is: INT0 en INT1 om die kode en betroubaarheid van die toestel aan te pas by die gebruik van die encoder -komponent.

JST-verbindings en aansluitblokke: Elke analoogkring: voorversterker, vertraging en kragversterker word op die gesoldeerde bord geïsoleer en is met kabels tussen die eindblokke verbind. Encoder en LCD is aan die JST -kabels gekoppel en via die JST Connectors aan die soldeerbord gekoppel, soos hierbo beskryf. Eksterne ingang van die kragtoevoer en 1/4 mono -jack -kitaarinvoer word via aansluitblokke verbind.

Stap 4: Soldeer

Na 'n kort voorbereiding is dit nodig om die presiese plasing van al die komponente op die bord voor te stel. Dit word verkieslik om die soldeerproses vanaf die voorversterker te begin en af te handel met al die digitale stroombane.

Hier is 'n stap-vir-stap beskrywing:

1. Soldeer voorversterker kring. Gaan die verbindings na. Maak seker dat grondlyne op al die toepaslike lyne gedeel word.

2. Soldeer PT2399 -module/IC met al die perifere stroombane, volgens die skematiese diagram. Aangesien ek die hele vertragingskring gesoldeer het, kan u sien dat daar baie gedeelde lyne is wat maklik kan soldeer volgens elke PT2399 -penfunksie. As u 'n PT2399 -module het, moet u die roterende potensiometers en soldeer digitale potensiometer netlyne aan hierdie los penne losmaak.

3. Soldeer TDA2030A -module, maak seker dat die luidsprekeruitgangaansluiting buite die bord gesentreer is.

4. Soldeerkragbron. Plaas bypass -kapasitors volgens die skematiese diagram.

5. Soldeermikrokontroleerkring met sy programmeringskonneksie. Probeer om dit te programmeer, maak seker dat dit nie misluk nie.

6. Soldeer digitale potensiometers

7. Soldeer al die JST -verbindings in die gebiede volgens elke lynverbinding.

8. Skakel die bord aan, as u 'n funksiegenerator en 'n ossilloskoop het, moet u elke analoge stroombaanreaksie op die insetsein stap-vir-stap nagaan (aanbeveel: 200mVpp, 1KHz).

9. Kontroleer die reaksie van die stroombaan op die kragversterker en die vertragingskring/module afsonderlik.

10. Koppel die luidspreker aan die uitset van die kragversterker en die seingenerator op die ingang, maak seker dat u die toon hoor.

11. As al die toetse wat ons uitgevoer het, suksesvol is, kan ons voortgaan met die monteringstap.

Stap 5: Montering

Dit is waarskynlik die moeilikste deel van die projek vanuit die oogpunt van tegniese benadering, tensy daar 'n paar nuttige gereedskap is om hout in u voorraad te sny. Ek het 'n baie beperkte stel instrumente gehad, so ek was verplig om die moeilike pad te volg: om die boks met die hand met 'n maalvyl te sny. Kom ons behandel die belangrikste stappe:

1. Berei die boks voor:

1.1 Maak seker dat u 'n houtkas het met die gepaste afmetings vir die spreker en die elektroniese bordtoewysing.

1.2 Sny die gebied van die luidspreker af; dit word sterk aanbeveel om skuimrubberraam aan die luidsprekerarea van die luidspreker te heg om resonansvibrasies te voorkom.

1.3 Sny 'n aparte houtraamwerk vir die gebruikerskoppelvlak (LCD en encoder). Sny die toepaslike area vir die LCD af, maak seker dat die LCD -rigting nie omgekeerd is na die voorkant van die omhulsel nie. Boor 'n gat vir die roterende encoder nadat dit voltooi is. Maak die LCD -heks 4 boorskroewe en draaikodeerder vas met 'n gepaste metaalmoer.

1.4 Plaas skuimrubber op die houtraamwerk van die gebruikerskoppelvlak op sy hele omtrek. Dit sal ook help om resonerende note te voorkom.

1.5 Vind waar die elektroniese bord geleë is en boor dan 4 gate op die houtomhulsel

1.6 Berei 'n kant voor, waar die ingangsaansluiting van die eksterne kragtoevoer en 'n 1/4 kitaar -ingang geleë is, boor twee gate met die gepaste diameters. Maak seker dat hierdie verbindings dieselfde pinout as die elektroniese bord het (dws polariteit). soldeer twee pare drade vir elke invoer.

2. Koppel die dele:

2.1 Koppel die luidspreker aan die geselekteerde area, maak seker dat twee drade met 4 boorskroewe aan die luidsprekerpennetjies gekoppel is.

2.2 Heg die gebruikerskoppelvlakpaneel aan die geselekteerde kant van die omhulsel aan. Moenie die skuimrubber vergeet nie.

2.3 Koppel al die kringe saam via klemblokke

2.4 Koppel LCD en encoder aan die bord via JST -verbindings.

2.5 Koppel die luidspreker aan die uitgang van die TDA2030A -module.

2.6 Koppel krag- en kitaar -insette aan op die aansluitblokke van die bord.

2.7 Vind die bord in die posisie van die boorgate, maak die bord vas met 4 boorskroewe van buite die houtomhulsel.

2.8 Heg al die onderdele van die hout aanmekaar, sodat dit soos 'n soliede boks sal lyk.

Stap 6: Programmering en kode

Toestelkode gehoorsaam die reëls van die AVR -mikrobeheerdersfamilie en voldoen aan die ATMEGA328P MCU. Die kode is in Atmel Studio geskryf, maar daar is 'n geleentheid om die Arduino -bord te programmeer met Arduino IDE wat dieselfde ATMEGA328P MCU het. Onafhanklike mikrobeheerder kan geprogrammeer word via 'n USB-ontfoutingsadapter volgens Atmel Studio of via die USP ISP-programmeerder, wat by eBay gekoop kan word. Die sagteware wat algemeen gebruik word, is AVRdude, maar ek verkies 'n ProgISP - eenvoudige USB ISP -programmeersagteware met 'n baie vriendelike gebruikerskoppelvlak.

Al die nodige verduideliking oor die kode kan gevind word in die aangehegte Amplifice.c -lêer.

Die aangehegte Amplifice.hex -lêer kan direk op die toestel opgelaai word as dit volledig voldoen aan die skematiese diagram wat ons vroeër waargeneem het.

Stap 7: Toets

Nadat alles gedoen is wat ons wou hê, is dit tyd om te toets. Ek het verkies om die toestel te toets met my ou goedkoop kitaar en 'n eenvoudige passiewe toonbeheerbaan wat ek jare gelede sonder rede gebou het. Die toestel word ook getoets met beide digitale en analoge effekverwerker. Dit is nie te groot dat PT2399 so 'n klein RAM het vir die stoor van klankmonsters wat in vertragingsreekse gebruik word nie, as die tyd tussen eggo -monsters te groot is, word eggo gedigitaliseer met 'n groot verlies aan oorgangsstukke, wat beskou word as vervorming van die sein. Maar die 'digitale' vervorming wat ons hoor, kan nuttig wees as 'n positiewe newe -effek van die werking van die toestel. Dit hang alles af van die toepassing wat u met hierdie toestel wil maak (wat ek op die een of ander manier 'Amplifice V1.0' genoem het).

Hoop dat u hierdie instruksies nuttig vind.

Dankie vir die lees!