Состав и конфигурация системы.

Ctrl-Amp. Модульная система управления усилителем мощности

Немного истории

Данная конструкция появилась после того, как я собрал известный усилитель OM 2.5. Естественно, встал вопрос выбора регулятора громкости, защиты и прочих сервисных функций. Конечно, еще хотелось иметь цифровой вход и дистанционное управление, но это уже казалось совсем недоступным космосом. Ни программированием контроллеров, ни проектированием электронных схем я до этого не занимался. Однако, как говорится, дорогу осилит идущий, и на макетке поселился контроллер Atmega16 с микросхемой регулятора громкости PGA2311. В итоге процесс меня так увлек, что очень трудно было закончить проект. Пока оставалась свободная память и ноги контроллера, появлялись идеи по расширению функций и добавлению новых модулей. Платы ко всем модулям первоначально разводились в DipTrace и изготавливались собственноручно с помощью фоторезиста. Потом часть плат я попробовал заказать на производстве. Поэтому на фото присутствует сборная солянка из синих самодельных и зеленых заводских плат. Итак, в этой статье я постарался описать, что в итоге у меня получилось.

Функции системы.

• Мягкий старт, задержка настраивается от 0 до 30 сек.
• Задержка включения АС, настраивается от 0 до 30 сек.
• ДУ стандарта NEC c настройкой пульта из системы меню
• Коммутация АС c помощью плат защиты: зоны A/B (кнопка, ДУ), левая/правая (ДУ) или просто вкл/выкл.
• Управление входным селектором на 4 входа (кнопки, ДУ)
• Управление громкостью и балансом с помощью микросхемы PGA23XX или релейным РГ Никитина (энкодер, ДУ)
• Управление темброблоком Матюшкина c релейной регулировкой НЧ и ВЧ (энкодер, ДУ)
• Управление USB-цапом - передача команд стоп/пуск/перемотки/треки (ДУ)
• Термо-контроль на цифровом датчике LM75, один или два канала, выключение при перегреве, включение вентилляторов
• Кнопки включения, переключения АС, четыре кнопки селектора входов и Mute
• Регулировка яркости подсветки экрана (ДУ)
• Экранные заставки: гашение экрана, индикатор уровня и анализатор спектра

Состав и конфигурация системы.

Система состоит из контроллера с символьным дисплеем 4x20, устанавливаемого на лицевую панель, и нескольких исполнительных модулей. Дисплей устанавливается параллельно плате контроллера на четыре стойки и соединяется с ним разъемами PLS-PBS, получается достаточно компактный "бутерброд" высотой 12мм. Все подключения осуществляются по периметру платы контроллера с помощью угловых разъемов XH.

Модули осуществляют необходимые регулировки/коммутацию и устанавливаются в корпус усилителя с учетом минимизации длины сигнальных цепей:

• Регулятор громкости на базе PGA23XX c входным селектором на 4 входа и разъемом для подключения USB-цапа PCM2705
• Регулятор громкости Никитина
• Входной селектор на 4 входа ( для использования с РГ Никитина )
• Регулятор тембров Матюшкина c релейной регулировкой НЧ и ВЧ
• Защита АС от постоянного напряжения c коммутацией двух зон A/B
• Термо-датчики
• Блок дежурного питания с входным фильтром и управлением мягким стартом

Конфигурация используемых модулей определяется dip-переключателем на плате контроллера. Она считывается при подаче питания на контроллер и определяет алгоритм дальнейшей работы системы:

Регуляторы громкости, темброблок и селектор входов подключаются к шине контроллера SPI последовательно, для этого на платах модулей присутствуют разъемы Control IN и ControlOut. При использовании РГ Никитина, для регулировки баланса можно подключить два таких модуля. Это позволяет достаточно гибко конфигурировать систему управления под конкретное устройство. Диапазон и шаг регулировки громкости у PGA23xx и РГ Никитина могут существенно различаться, поэтому они задаются в меню настройки системы. Важно - прошивка не проверяет на адекватность введенные значения, поэтому не следует задавать максимальную громкость +32db у РГ Никитина. Все возможные варианты подключений модулей к шине SPI:

• контроллер -> РГ на PGA23XX с входным селектором и ЦАПом
• контроллер -> ТБ Матюшкина -> РГ на PGA23XX с входным селектором и ЦАПом
• контроллер -> РГ Никитина -> селектор входов
• контроллер -> РГ Никитина -> РГ Никитина -> селектор входов
• контроллер -> ТБ Матюшкина -> РГ Никитина -> селектор входов
• контроллер -> ТБ Матюшкина -> РГ Никитина -> РГ Никитина -> селектор входов

Термо-датчики подключаются к контроллеру по шине I2C. Их наличие и количество так же задается dip-переключателем. Возможны три варианта - термо-контроль отключен, используется один датчик или два датчика для каждого канала усилителя. Если термо-контроль включен, можно настроить максимальную температуру, при достижении которой устройство будет выключено. Так же настраиваются температуры включения и выключения обдува. При использовании двух термо-датчиков, можно организовать независимый обдув каждого канала.

Индикация.

Вся информация выводится на символьный дисплей 4x20 на широко известном контроллере HD44780. В первой строке индицируется состояние коммутатора АС. В этой же строке отображается температура радиаторов, полученная с термо-датчиков, когда она превысит температуру включения обдува. Вторая строка отображает ослабление РГ в децибелах. Третья строчка - состояние баланса. При регулировке НЧ или ВЧ, их состояние так-же выводится в этой строке вместо баланса. Последняя строка отображает имена входов и текущий вход.

Еще один орган индикации - светодиод. Он светится, когда система подключена к сети и находится в дежурном режиме. При включении он гаснет и индицирует миганием прием команд с пульта ДУ.

Если в течении определенного времени никакие органы управления не используются, экран может переключаться в режим заставки. Самая простейшая - уменьшение яркости подсветки экрана. Если к соответствующим входам контроллера подключить входной или выходной аудио-сигнал, можно использовать заставки «Индикатор уровня» или « Анализатор спектра» на базе преобразования Фурье.

Управление.

Для управления используются кнопки без фиксации, замыкающие соответствующие входы контроллера на землю, энкодер с кнопкой, пульт ДУ с протоколом NEC. Энкодер управляет регулировкой громкости. При нажатии на его кнопку, энкодер последовательно переключается на регулировку баланса/тембра НЧ/тембра ВЧ. При этом на экране мигают символы, соответствующие текущему режиму. На кнопках и энкодере реализован только минимальный набор команд, полный функционал из 26 команд доступен только с пульта. Часть функций, типа изменения громкости, поддерживает прием команд автоповтора от пульта ( когда кнопка пульта удерживается нажатой) . Для функций, типа Вкл/Выкл, выполнение автоповтора намеренно отключено - для повторения команды необходимо повторно нажать кнопку пульта.

Минимальный необходимый комплект для запуска и настройки системы - кнопка включения, энкодер и пульт ДУ. При подаче питания на контроллер, он будет находиться в дежурном режиме. Длительное нажатие на кнопку включения ( от 2 сек. ) переводит контроллер в режим настройки. При этом включается только экран, реле софт-старта остаются выключенными. Перемещение по меню настройки и изменение значений параметров осуществляется вращением энкодера. Для выбора пунктов меню, входа в редактирование и подтверждения выбора, необходимо нажать на кнопку энкодера.

Коды команд пульта ДУ в соответствующем подменю настройки можно просто ввести, если вы их знаете. Но проще их прочитать с имеющегося пульта. Для этого необходимо войти в редактирование кода нужной команды и нажать на соответствующую кнопку пульта. Если контроллер смог принять команду, он мигнет светодиодом дежурного режима и впишет код в поле редактирования. Для подтверждения кода останется только нажать на энкодер. Все настраиваемые параметры и команды приведены ниже в таблице:

Схема контроллера

Питание осуществляется через защитный диод D1 и стабилизатор на 5в U1. Ключи Q1 и Q2 управляют реле мягкого старта. R9 регулирует контрастность дисплея, для экрана с синей подсветкой на третьей ноге разъема X9 нужно установить напряжение около 0.85-0.9В. Q3 является ключом ШИМ-регулировки яркости подсветки дисплея.

Все кнопки и dip-переключатель конфигурации S1 подключены к контроллеру по шине I2С с помощью расширителей портов PCF8574 (U3, U4). Нажатие любой кнопки вызывает прерывание на ноге PB2 Атмеги и, как следствие, опрос U3 на предмет кода нажатой кнопки. Энкодер(х6) и ИК-приемник(PH1) так же подключены на ноги контроллера, поддерживающие внешние прерывания - PD2 и PD3.

Операционный усилитель U5 используется для подачи аналогового сигнала правого и левого каналов на входы АЦП. На основе данных, полученных от АЦП, реализуются функции индикатора уровня и спектроанализатора. Входы АЦП работают с сигналом в диапазоне 0-5в, поэтому аудиосигнал нужно усилить/ослабить до амплитуды 2.5в и добавить постоянную составляющую 2.5в. Коэфициент усиления определяется R15/R19 и R16/R20. R17 и R18 обеспечивают необходимое смещение на 2.5в. U5 должен быть RailtoRail по входу и выходу и работать при питании 5в. При настройке резисторами R13, R14 необходимо добиться максимально возможной амплитуды аналогового сигнала на PA6,PA7 (U2) без признаков клипа.