Mikser audio ze sterowaniem cyfrowym.pdf

Mikser audio ze sterowaniem cyfrowym

Mikser audio

ze sterowaniem

cyfrowym, część 1

kit AVT−490

Tym razem w†îProjekcie

z†ok³adkiî siÍgnÍliúmy po

niezwykle interesuj¹cy uk³ad

scalony firmy Analog Devices

- SSM2163. Na bazie tego

uk³adu powsta³ 8-kana³owy

mikser audio, o†bardzo

dobrych parametrach

akustycznych.

NajwiÍksz¹ zalet¹ tego

miksera jest to, øe

zastosowane w†nim

potencjometry nigdy nie bÍd¹

trzeszczeÊ, co jest najwiÍksz¹

zmor¹ discjockeyÛw.

W†pierwszej czÍúci artyku³u

przedstawimy konstrukcjÍ

urz¹dzenia, w†kolejnej sposÛb

jego komputerowego

sterowania.

Konstrukcja urz¹dzenia, ktÛre

prezentujemy w†artykule, jest bar-

dzo prosta. Schemat blokowy mik-

sera z†cyfrowym sterowaniem

przedstawiono na rys. 1 . BÍdzie

pomocny w†wyjaúnieniu zasady

dzia³ania urz¹dzenia.

W†odrÛønieniu od analogo-

wych konsol mikserskich, w†na-

szym mikserze potencjometry tyl-

ko poúrednio wp³ywaj¹ na amp-

litudÍ sygna³u danego kana³u,

tzn. sygna³ øadn¹ drog¹ audio nie

ìprzechodziî przez nie. Spe³niaj¹

one natomiast rolÍ ürÛde³ napiÍÊ

odniesienia, ktÛrych wartoúÊ nie-

sie informacjÍ o†poø¹danym stop-

niu t³umienia sygna³u. NapiÍcia

z†suwakÛw oúmiu potencjomet-

rÛw s¹ do³¹czone do wejúÊ portu

mikrokontrolera, ktÛre skonfigu-

rowano jako wejúcia analogowe

wewnÍtrznego przetwornika A/C.

Mikrokontroler kolejno mierzy

wszystkie napiÍcia, a nastÍpnie

szeregowo wysy³a odpowiednie

s³owo steruj¹ce do scalonej kon-

soli mikserskiej - uk³adu

SSM2163. WewnÍtrzne t³umiki

tego uk³adu wp³ywaj¹ na ampli-

tudÍ sygna³Ûw podawanych na

wejúcie wzmacniacza sumuj¹ce-

go, ktÛry stanowi integraln¹ czÍúÊ

uk³adu SSM2163.

Rys. 1. Sposób sterowania układu SSM2163.

Elektronika Praktyczna 2/99

P R O J E K T Y

Mikser audio ze sterowaniem cyfrowym

Tab. 1.

Wejście W

Dołącz

Numer W

Współczynnik

(adres z†informacj¹ o†do³¹czeniu

do kana³Ûw, dane), ktÛrych cha-

rakterystykÍ zawarto w† tab. 1 .

Wartoúci wspÛ³czynnika t³umie-

nia, w†zaleønoúci od wartoúci za-

pisanej na szeúciu m³odszych bi-

tach bajtu danej, przedstawiono

w† tab. 2 .

Interfejs szeregowy uk³adu

SSM2163 moøe wspÛ³pracowaÊ

z†mikrokontrolerem na dwa spo-

soby:

- jako interfejs 3-przewodowy

(sygna³y !WRITE i† !LOAD po³¹-

czone razem) - rys. 4 ;

- jako interfejs 4-przewodowy

z†rozdzielonymi fazami zapisu

bajtu i†jego przes³ania do odpo-

wiedniego rejestru - rys. 5 .

Na rys. 6 przedstawiono sche-

mat najbardziej interesuj¹cego,

z†punktu widzenia programisty,

fragmentu cyfrowego interfejsu

uk³adu SSM2163. DziÍki szerego-

wemu wyjúciu ( SDO ) jest moøliwe

szeregowe ³¹czenie wielu takich

uk³adÛw ze sob¹, co u³atwia

konstruowanie konsol mikserskich

o†bardziej skomplikowanej archi-

tekturze i†wiÍkszych, niø w†na-

szym przypadku, moøliwoúciach.

Urz¹dzenie sk³ada siÍ z†dwÛch

zasadniczych czÍúci:

- g³Ûwnego modu³u miksera z†za-

silaczem, wzmacniaczem mocy,

cyfrowym potencjometrem i†mik-

rokontrolerem steruj¹cym (sche-

mat na rys. 7 );

- modu³u wskaünika wysterowa-

nia (schemat elektryczny przed-

stawiono na rys. 8 ).

Zadanie mikrokontrolera US1

jest bardzo proste - odczytuje

kolejno napiÍcie na analogowych

wejúciach CH1..8 (port PB ) i†po

wejścia

tłumienia (tab. 2)

kanału

CH1 1 x x L R 0 0 0 0 x D5 D4 D3 D2 D1 D0

CH2 1 x x L R 0 0 1 0 x D5 D4 D3 D2 D1 D0

CH3 1 x x L R 0 1 0 0 x D5 D4 D3 D2 D1 D0

CH4 1 x x L R 0 1 1 0 x D5 D4 D3 D2 D1 D0

CH5 1 x x L R 1 0 0 0 x D5 D4 D3 D2 D1 D0

CH6 1 x x L R 1 0 1 0 x D5 D4 D3 D2 D1 D0

CH7 1 x x L R 1 1 0 0 x D5 D4 D3 D2 D1 D0

CH8 1 x x L R 1 1 1 0 x D5 D4 D3 D2 D1 D0

W − oznacza bit wskazujący bajt adresowy (=1) lub danych (=0)

Jeżeli bit L lub R jest ustawiony na 1, adresowane wejście jest dołączone do wskazanego nim

wyjścia.

Po krÛtkiej analizie tego opisu

moøna stwierdziÊ, øe zastosowany

w†urz¹dzeniu proces sterowania

jest jak ìmas³o maúlaneî, ponie-

waø analogowe wielkoúci (po³oøe-

nie suwaka potencjometru, war-

toúÊ napiÍcia na nim) s¹ przetwa-

rzane na postaÊ cyfrow¹ po to,

aby w†uk³adzie SSM2163 ponow-

nie zosta³y zamienione na ìpra-

wieî analogow¹ wielkoúÊ, czyli

amplitudÍ sygna³u na wyjúciu. Na

pierwszy rzut oka takie operacje

nie maj¹ g³Íbszego sensu, lecz nie

bez powodu Analog Devices wy-

myúli³ uk³ad SSM2163.

Opis miksera

Objaúnienia rozpoczniemy od

skrÛtowego omÛwienia dzia³ania

uk³adu SSM2163, ktÛry jest naj-

waøniejszym elementem miksera.

Jego schemat blokowy przedsta-

wiono na rys. 2 .

Podstawowym blokiem uk³adu

SSM2163 s¹ programowalne, 64-

pozycyjne t³umiki rezystancyjne

(DCA), do³¹czone do matrycy

prze³¹czaj¹cej sygna³y audio i†-

dalej - dwÛch wzmacniaczy su-

muj¹cych. Uproszczony schemat

toru audio pokazano na rys. 3 .

Uk³ad SSM2163 ma 8†wejúÊ

dla sygna³u audio, ktÛre moøna

do³¹czaÊ (w dowolnej

kombinacji) do dwÛch

wyjúÊ, dziÍki czemu ope-

rator konsoli miksuj¹cej

ma ogromn¹ swobodÍ

projektowania przestrze-

ni düwiÍkowej. Wszyst-

kie nastawy s¹ wpisywa-

ne do uk³adu SSM2163

poprzez szynÍ szeregow¹

w†8-bitowych pakietach

Rys. 2. Schemat blokowy układu SSM 2163.

Rys. 3. Budowa pojedynczego toru audio.

Elektronika Praktyczna 2/99

Mikser audio ze sterowaniem cyfrowym

Tab. 2. Wartości współczynnika tłumie−

nia w zależności od stanu bitów D5..0.

Tłumienie D5 D4 D3 D2 D1 D0

B 000000

1 B 000001

2 B 000010

3 B 000011

Rys. 4. 3−przewodowe sterowanie układem SSM2163.

−62 dB 111110

−63 dB 111111

Rys. 5. 4−przewodowe sterowanie układem SSM2163.

dwukana³owego wskaünika z†pro-

gramowanym peak-holdem oraz

skomplikowanym uk³adem steru-

j¹cym matrycÍ LED. DziÍki zasto-

sowaniu systemu z³oøonego mul-

tipleksowania, 24 diody úwiec¹ce

sterowane s¹ przez zaledwie 10

wyprowadzeÒ!

Potencjometry P3 i†P4 s³uø¹ do

wyskalowania wskaünika. Zmiana

wartoúci elementÛw C52, R4 oraz

C53, R5 wp³ywa na sta³¹ czasow¹

podtrzymania wskazania szczyto-

wej wartoúci sygna³u. Moøna j¹

dobraÊ zaleønie od indywidual-

nych upodobaÒ.

Prze³¹czniki Sw1 i†Sw2 s³uø¹

do regulacji g³oúnoúci na wyjúciu

wzmacniacza monitoruj¹cego US4,

ktÛry znajduje siÍ na p³ytce ba-

zowej.

przetworzeniu przez wewnÍtrzny

przetwornik 8-bitowy na postaÊ

cyfrow¹, nieco obrobione dane

wysy³a szeregowo do uk³adu US2.

RolÍ 3-przewodowego interfejsu

szeregowego spe³niaj¹ wyprowa-

dzenia PA0..2 .

Sygna³y analogowe do³¹czane

s¹ do wejúÊ V IN1..8 miksera. Sk³a-

dow¹ sta³¹ napiÍcia wejúciowe-

go separuj¹ kondensatory elek-

trolityczne C38..45. Poniewaø

uk³ad US2 jest zasilany niesy-

metrycznie napiÍciem +5V, ko-

nieczne by³o spolaryzowanie je-

go wejúÊ napiÍciem ìsztucznego

zeraî, ktÛre znajduje siÍ na

wyjúciu ACOM (po³¹czenie

ACOM z mas¹ analogow¹

AGND ). WartoúÊ napiÍcia na

tym wyjúciu jest rÛwna po³owie

napiÍcia zasilania.

Sygna³y z†wyjúÊ wzmacniaczy

sumuj¹cych uk³adu US2 podawa-

ne s¹ na z³¹cze Zl7 oraz na

wejúcie cyfrowego potencjometru

US3 i na wejúcia wtÛrnikÛw na-

piÍciowych US6. Zadaniem uk³a-

du US6 jest odseparowanie obwo-

dÛw wyjúciowych US2 od wejúÊ

wskaünika wysterowania, ponie-

waø generuje on doúÊ duøe za-

k³Ûcenia o†czÍstotliwoúciach akus-

tycznych.

Uk³ad US3 pracuje w†trybie

stereofonicznym, z†wy³¹czon¹ re-

gulacj¹ balansu. Do zaciskÛw wir-

tualnych suwakÛw potencjomet-

rÛw US3 do³¹czone s¹ potencjo-

metry P1 i†P2, ktÛre s³uø¹ do

ustalenia maksymalnego poziomu

sygna³u na wyjúciu wzmacniacza

mocy US4. Uk³¹d ten spe³nia rolÍ

wzmacniacza monitoruj¹cego syg-

na³y z†wyjúÊ VOUTR i† VOUTL

miksera US2. Do jego wyjúÊ moø-

na do³¹czyÊ s³uchawki lub zestaw

g³oúnikowy o†impedancji mini-

mum 4

Jak ³atwo zauwaøyÊ na sche-

macie z†rys. 7, doúÊ znacznie

rozbudowano system zasilania

miksera. Praktycznie kaødy uk³ad

jest zasilany z†osobnego stabiliza-

tora, dziÍki czemu zminimalizo-

wano moøliwoúÊ powstania zak³Û-

ceÒ w†przetwarzanym sygnale. Po-

niewaø modu³ wskaünika pozio-

mu pracuje w†sposÛb dynamiczny

(diody LED sterowane s¹ multi-

pleksowo), w†jego liniÍ zasilaj¹c¹

w³¹czono d³awik L1, ktÛry mini-

malizuje sk³adow¹ zmienn¹ zak³Û-

ceÒ. DziÍki zastosowaniu na wej-

úciu zasilania mostka prostowni-

czego w†uk³adzie Graetza, polary-

zacja do³¹czonego napiÍcia moøe

byÊ dowolna.

Wyprowadzenia zaznaczone na

rys. 7 ramk¹ z†szarym wype³nie-

niem s³uø¹ do po³¹czenia modu³u

bazowego ze wskaünikiem wyste-

rowania. Zastosowano w†nim in-

teresuj¹cy uk³ad steruj¹cy, s³abo

znany w†naszym kraju produkt

firmy Rohm - BA6822. Integruje

on w†sobie wszystkie elementy

Oprogramowanie

mikrokontrolera

Oprogramowanie steruj¹ce pra-

c¹ mikrokontrolera jest - dziÍki

zastosowaniu mikrokontrolera

ST62T10 - bardzo proste ( list. 1 ).

Autor za³oøy³, øe uk³ad SSM2163

bÍdzie pracowa³ jako mikser 8-

kana³owy, przy czym sygna³ z†kaø-

dego wejúcia moøe pojawiÊ siÍ na

obydwu wyjúciach tego uk³adu.

Nic nie stoi na przeszkodzie, aby

za³¹czony program dostosowaÊ do

w³asnych potrzeb, nieco go mo-

dyfikuj¹c.

Rys. 6. Struktura rejestrów układu

SSM2163.

Elektronika Praktyczna 2/99

Mikser audio ze sterowaniem cyfrowym

Rys. 7. Schemat elektryczny miksera (płytka audio).

Elektronika Praktyczna 2/99

Mikser audio ze sterowaniem cyfrowym

Rys. 8. Schemat elektryczny wskaźnika wysterowania.

Program pracuje w†pÍtli zaczy-

naj¹cej siÍ etykiet¹ start i steruje

pomiarem napiÍcia na kolejnych

wejúciach analogowych portu PB .

Po kaødym pomiarze informacja

o†po³oøeniu suwaka odpowiednie-

go potencjometru jest wysy³ana

do uk³adu SSM2163. Za transfer

adresu (jest on zapisany w†rejes-

trze adres ) i†danej (zapisana w† da-

ta ) odpowiada procedura send .

Przed jej wywo³aniem program

wykonuje prost¹ konwersjÍ wyni-

ku pomiaru za pomoc¹ procedury

rotate . ObrÛbka wyniku pomiaru

polega na usuniÍciu jego dwÛch

najm³odszych bitÛw (rejestr da-

nych uk³adu SSM2163 jest 6-

bitowy) i†przesuniÍciu pozosta³ych

bitÛw na szeúÊ m³odszych pozycji.

NastÍpnie dwa najstarsze bity s¹

zerowane (instrukcja andi

a,00111111b ), dziÍki czemu bajt

w† data ma wymagany przez

SSM2163 format bajtu danej.

drug¹ (widok na zdjÍciu), w†czym

bÍd¹ pomocne otwory montaøo-

we. Do prawid³owego zmontowa-

nia niezbÍdne bÍd¹ tulejki dys-

tansowe. P³ytki naleøy po³¹czyÊ

ze sob¹ elektrycznie w†szeúciu

oznaczonych punktach, przy po-

mocy odcinkÛw srebrzanki (w

WYKAZ ELEMENTÓW

Płytka bazowa

US8, US9: 78L05

M1: 1A/50V

Różne

L1: 22mH (lub rezystor ok. 20

Ω

R2, R3: 100

)

− miniaturowe

potencjmetry ceramiczne, stojące

P5..P12: 10k

X1: 8MHz

Zl1: złącze zasilania do druku

Zl2: stereofoniczne gniazdo

słuchawkowe do druku (minijack)

Zl3..7: podwójne złącza Cinch do

druku

/A − potencjometry

suwakowe

Kondensatory

C1: 1000

F/25V

C6, C7, C8, C9, C10, C13, C14,

C16, C17, C20, C22, C23, C46:

100nF

C2, C3, C21: 470

Wskaźnik wysterowania

Rezystory

P2, P3: 10k

F/16V

Ω

R6, R7, R8, R9, R10, R11: 270

F/16V

C5, C15, C38, C39, C40, C41,

C42, C43, C44, C45: 10

F/16V

C12, C19, C26, C27, C28, C29:

100

R12, R13, R14, R15: 2,2k

Kondensatory

C47: 100nF

C48, C49: 100

Montaø i†uruchomienie

Mikser zmontowano na dwÛch

p³ytkach drukowanych, ktÛrych

widok przedstawiono na wk³adce

wewn¹trz numeru. Na rys. 9

znajduje siÍ schemat montaøowy

p³ytki bazowej, a†na rys. 10 p³ytki

wskaünikÛw. Montaø elementÛw

na p³ytkach nie jest zbyt skom-

plikowany. Warto zastosowaÊ pod-

stawki pod uk³ady scalone. Trud-

noúÊ moøe sprawiÊ zdobycie pod-

stawki dla uk³adu BA6822, ponie-

waø jego wyprowadzenia maj¹

nietypowy raster.

Po wlutowaniu elementÛw,

p³ytki s¹ montowane jedna nad

F/16V

C18: 22

F/16V

C24, C25: 220

C50, C51: 2,2

F/16V

C30, C31: 220nF

C32, C33: 30pF

C34, C35: 470nF

C36, C37: 2,2

C52, C53: 22

F/16V

C54: 10nF

Półprzewodniki

US10: BA6822

US11: 78L05

T1, T2, T3, T4: BC558

D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8,

D9, D10, D11, D12, D13, D14,

D15, D16, D17, D18, D19, D20,

D21, D22, D23, D24: LED

(prostokątne)

Różne

Sw1, Sw2: Digitast

Półprzewodniki

US1: ST62T10HWD lub ST62T10C

(zaprogramowany)

US2: SSM2163

US3: DS1802

US4: TEA2025B

US5: DS1813

US6: LM358 lub podobny

US7: 78L10

Elektronika Praktyczna 2/99

Rezystory

R1: 4,7k

P1, P2: 10k

Ω

R4, R5, R16: 39k

C4, C11: 47

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: