Усилитель выполнен на микросхемах, поэтому не требует налаживания, удобен в эксплуатации и имеет достаточно высокие технические характеристики.
При разработке и изготовлении устройства автор исходил из следующих соображений.
При эксплуатации домашнего кинотеатра (ДК) желательно управлять им с пульта ДУ, а их в быту набирается довольно много.
Рис. 1
В этой конструкции управление осуществляется с пульта ДУ DVD плейера, используя кнопки управления телевизором (см. фото на рис. 1).
От "старых добрых времен" у многих остались различные колонки и динамические головки, которые и выбросить жалко, и применить некуда. Популярные в свое время AC 35AC-01 или их модификации с успехом можно применить в качестве фронтальных. В этом случае сабвуфер становится ненужным, а в качестве центрального громкоговорителя с успехом можно использовать АС телевизора, тем более что ПДУ есть у всех современных телевизоров. Нелишне заметить, что качество дисков на рынке оставляет желать лучшего. Мне попадались диски формата 5.1 (особенно с переводом на русский язык), при воспроизведении которых звук центрального канала приходилось вообще выключать. При исключении центрального канала и сабвуфера (в настройках воспроизведения DVD) звуковая информация распределяется между фронтальными каналами.
Известно, что из-за особенностей строения слухового аппарата человека локализация звуковых образов в стерео-панораме происходит в среднечастотном диапазоне. Поэтому в качестве тыловых можно использовать практически любые широкополосные динамические головки в акустическом оформлении.
Замечено, что хотя оба источника звука (TV тюнер и DVD плейер) - цифровые с аналоговыми выходами, тембр у них все-таки разный, поэтому настройки тембра было решено сделать для каждого источника звука независимыми. В формате 5.1 номинальные уровни звука во фронтальных и тыловых каналах должны быть примерно одинаковыми. В формате же 2.0 тыловые каналы используются в качестве "подсветки", поэтому уровень в этих каналах должен быть понижен. Регулировки баланса также должны быть независимыми от режима работы.
Во многих местностях, особенно в глубинке, качество электросети пока еще оставляет желать лучшего. Внезапное отключение и еще более внезапное включение света, перекос фаз, протекание потолка и т. п. происшествия наводят на мысль, что оставлять электроприборы постоянно включенными в сеть нецелесообразно. Хотя многие уже привыкли к тому, что подобные устройства постоянно готовы к употреблению, т. е. находятся в дежурном режиме. Поэтому было принято решение, помимо дежурного режима, иметь возможность полного отключения ДК от сети. А специально для забывчивых введен отключаемый таймер питания. Кроме того, при нахождении устройства в дежурном режиме свыше 5 мин при выключенном таймере на экран дисплея периодически выводится уведомление о том, что таймер выключен и, следовательно, устройство необходимо выключить принудительно.
Управление ДК должно быть максимально простым, а индикация дисплея - информативной и интуитивно понятной. Поэтому решено оперативно управлять переключением рабочего и дежурного режимов, регулировкой общей громкости, выбором источника звука и его режимом. Остальные регулировки можно вызывать через меню.
Детали должны быть доступны и дешевы; наконец, самодельная конструкция - это всегда собственный выбор и предпочтения, что немалого стоит для радиолюбителя. Все это реализовано в предлагаемой конструкции.
Схема устройства
Принципиальная схема устройства показана на рис. 2. Включение всех микросхем и модулей - типовое, рекомендованное производителями. Микросхема четырехканального УМЗЧ TDA7384 с максимальной кратковременной мощностью 4x25 Вт на нагрузке сопротивлением 4 Ом (при напряжении питания 14 В) пользуется популярностью не только у автолюбителей [1].
Рис. 2
Входные цепи организованы так, чтобы имелась возможность выбирать кнопкой AV источник звука и его режим по кольцу D2-D4-S2-D2 и т. д. Режим D4 используется при просмотре DVD фильмов, имеющих звуковое сопровождение формата 5.1. Режим D2 используется при просмотре DVD фильмов со звуковым сопровождением формата 2.0 и прослушивании аудиодисков; при этом реализуется режим стерео с "подсветкой". Режим S2 используется при приеме каналов со спутникового ресивера или любого другого источника стереосигналов.
В ДК применены две микросхемы звуковых процессоров TDA7313 (DA1, DA2), имеющие одинаковые адреса. С целью реализации преимуществ двухпроводной шины, экономии выводов портов микроконтроллера и обеспечения возможности регулировки баланса по фронту и глубине сигналы на усилитель мощности подаются с разных выходов микросхем TDA7313: на фронтальные каналы - с основных выходов одной микросхемы (DA1), а на тыловые - с дополнительных выходов другой (DA2).
Как видно из схемы, модуль жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) питается выходным током порта микроконтроллера. Типовой ток потребления примененного модуля - около 1 мА, а нагрузочная способность выходов портов микроконтроллера ограничена 20 мА. Такое решение позволяет программно включать и выключать модуль и снимает все проблемы с инициализацией. Ключ на VT1 управляет светодиодом подсветки модуля ЖКИ. Ток подсветки - не более 50 мА; его устанавливают подбором резистора R1. Вывод 3 HG1 предназначен для регулировки контрастности индикатора, в моем экземпляре оказалось достаточным соединить его с общим проводом.
Выход RB1 микроконтроллера использован для автоматического управления питанием. Сразу после инициализации микроконтроллер устанавливает на нем высокий уровень. При срабатывании таймера или принудительном выключении питания уровень становится низким. Этот сигнал можно использовать для управления электромеханическим или электронным реле включения питания.
В качестве источника питания применен квазирезонансный преобразователь напряжения, описанный в [2], с некоторыми изменениями.
О деталях
Никаких особых требований к деталям "обвязки" микросхем не предъявляется, однако в сигнальных цепях процессоров и усилителя не рекомендуется применять керамические конденсаторы с ненормированным ТКЕ групп Н50-Н90. Оксидные конденсаторы нужно проверить на емкость, утечку и допустимые значения ЭПС. Стабилизаторы можно заменить любыми маломощными, в том числе и на дискретных элементах. Узел фотоприемника - любого типа; важно лишь, чтобы его резонансная частота совпадала с несущей частотой сигналов ПДУ.
В устройстве применен однострочный модуль ЖКИ с размерами знакоместа 9,7x4,84 мм - BC1601DGPLCH. Применение однострочного модуля продиктовано желанием минимизировать высоту корпуса устройства. Данный модуль выполнен на основе контроллера KS0066 и имеет следующую особенность. Одна 16-символьная строка фактически состоит из двух, по 8 символов. Это несколько усложняет программное управление модулем, но уменьшает его стоимость.
В качестве HL1 применен малогабаритный сверхъяркий светодиод (например, синий НВЗВ-448АВСА) с током начального свечения менее 1 мА.
О программе
В качестве контроллера выбран PIC16F84, как один из самых распространенных, простых и освоенных многими любителями.
Программа разрабатывалась и отлаживалась в системе Proteus_6.7sp3, она не использует сторожевой таймер и занимает примерно 80 % объема памяти программ (есть место для усовершенствования). Конфигурация контроллера и данные для EEPROM находятся в тексте программы.
Следует заметить, что в симулято-ре Proteus_6.7sp3 имеется модель однострочного модуля ЖКИ под именем LM020L, однако у нее несколько отличий от ВС1601. Во-первых, у нее единая 16-символьная строка, во-вторых, разряд управления сдвигом экрана проинвертирован и, в-третьих, не совпадает кодовая таблица. Минимизировать отличия можно следующим образом: в окне редактирования компонента LM020L заменить строку {ROW1=80-8F} строкой {ROW1=80-87 С0-С7}; файл LCDALPHA.DLL в папке MODELS программы Proteus 6 Professional заменить файлом TOPICMODELLCDALPHA.DLL из папки в дополнительных материалах (см. примеч. ред.).
Там же, в дополнительных материалах, в папке TOPICMODEL имеются исходный текст программы (unch.asm), соответствующий ему НЕХ-файл (UNCH.HEX) и модель устройства для системы Proteus (unch.DSN). Модель можно запустить кликом мыши на исполнение и посмотреть ее в работе.
Питание включается кратковременным нажатием кнопки "POWER" БП (на схеме не показан) на лицевой панели устройства. При этом загорается светодиод HL1, а устройство переводится в дежурный режим. Кнопкой POWER переводят ДК в дежурный (ST-BY) режим. Повторное нажатие на эту кнопку, если устройство находится в дежурном режиме, приводит к выключению питания ДК либо по таймеру, либо немедленно (если таймер выключен). Последняя минута работы таймера индицируется на дисплее с обратным отсчетом времени. Перевод ДК из дежурного режима в рабочий производится посредством любой кнопки управления ПДУ (разумеется, в зоне управления) в любой момент, пока светится светодиод HL1, который индицирует дежурный режим (ST-BY).
Кнопкой AV переключают входы и режим входа по кольцу (см. выше). При этом при каждом переключении происходит плавное нарастание громкости до ранее установленного уровня и загружаются соответствующие настройки баланса и тембра.
Кнопками PR- / PR+ листают пункты меню в прямую и обратную стороны. Если в левой части дисплея появляется знак S2 или D2/4, то это означает, что настройка индивидуальная для выбранного режима.
Кнопками VOL- / VOL+ изменяют значение параметра регулирования, название которого индицируется на дисплее в данный момент. Если параметр имеет цифровое значение, то оно индицируется в правой части дисплея, в децибелах для уровней (с шагом, предусмотренным для TDA7313) и в секундах для временных параметров. Незначащие разряды погашены. Положение регуляторов тембра отображается со знаком, а баланса - в виде разности условных уровней (например, фронтальный уровень больше тылового на 5 дБ). Направление регулировки назначено следующим образом. Кнопкой VOL+ смещают точку локализации звука вправо или в сторону фронта, а
кнопкой VOL- соответственно влево
или в сторону тыла.
Если устройство находится в рабочем режиме и никакие команды с ПДУ не подаются, то через промежуток времени, определяемый параметром WIPE, будет происходить циклическая индикация всех доступных для изменения параметров (своеобразная заставка). В режиме "заставка" при подаче команды VOL- или VOL+ программа перейдет на регулировку громкости, по командам PR- или PR+ - на предыдущую или следующую от "ГРОМКОСТЬ" функцию соответственно.
Пункт меню "БАС" может иметь состояние ВКЛ или ВЫКЛ. При этом включается/выключается коррекция АЧХ в области нижних частот (тонком-пенсация).
Таймер также имеет два состояния: либо ВКЛ (примерно 5 мин), либо ВЫКЛ.
Параметр WIPE определяет период смены информации на дисплее в режиме "заставка" и время индикации уведомления о выключенном таймере, см. выше. Его можно изменять от состояния "Выключено" до 60 секунд шагами по 5 с.
Запись параметров в энергонезависимую память происходит автоматически при выключении питания, а чтение в оперативную память - после включения. С целью экономии ресурса микроконтроллера в энергонезависимой памяти обновляются только те параметры, которые изменились в текущем сеансе работы.
Все текстовые сообщения, за исключением некоторых символов, которые формируются программно, находятся в EEPROM. Программа использует адрес текста и число знаков в нем, при замене надписи это нужно учитывать.
Протоколом I2C предусмотрен специальный сигнал подтверждения (АСК), который формирует приемник (TDA7313) при успешном приеме информации от передатчика (микроконтроллер). В данной конструкции сигнал АСК формируется программно. Это решение обусловлено следующими соображениями.
Шина управления I2C достаточно универсальна и предназначена для работы с разным числом ведущих и ведомых устройств, которые могут иметь различные тактовые частоты, быстродействие, технологии изготовления, напряжение питания, и тогда вопросы помехоустойчивости и достоверности имеют принципиальное значение. Сигнал подтверждения и служит одним из элементов обеспечения этих требований. Но в нашем случае мы имеем монопольное управление ведущего устройства практически одним ведомым, а передатчик и приемник расположены на одной плате на минимальном расстоянии друг от друга. Поэтому помехоустойчивость здесь обеспечивается конструктивно. Подробно цифровая шина I2C описана в [3].
О дистанционном управлении
Данная конструкция разрабатывалась для DVD плейера LG DF599X со встроенным декодером многоканального звука. Если модель DVD плейера совпадает с авторской, то нужно учитывать, что для управления телевизорами разных производителей изготовителем плейера предусмотрено девять типов кодировок. В авторском варианте использована кодировка № 9 (она же зашита в модель системы Proteus). Выбор именно этой кодировки обусловлен тем, что структура ее команд в корне отличается от подавляющего большинства других.
Рис. 3
На рис. 3 представлены осциллограммы команд для всех используемых в конструкции кнопок ПДУ. Наглядный анализ структуры этих сигналов оказался возможен с помощью программы для редактирования звука Audacity.
Из рис. 3 видно, что команды достаточно короткие - всего 12 информационных импульсов, из них только 8 - собственно, код кнопки. Длительности импульсов соотносятся как 4:2:1. Таким образом, самый короткий импульс интерпретируется как 0, удвоенной длительности - как 1 и учетверенной - стартовый. Четыре последних импульса можно использовать для обеспечения помехоустойчивости и идентификации стопа (высокий уровень). При отсутствии несущей на выходе фотоприемника всегда действует высокий уровень, поэтому активным будет низкий.
Помехоустойчивость обеспечивается троекратной передачей команды. При удержании кнопки генерируются сами команды, а не специальная кодовая комбинация, как в других кодировках. Числовые значения кодов кнопок, за исключением одной, образуют последовательный ряд, что позволяет очень просто организовать вычисляемый переход в программе. Таким образом, дешифрация команд получается чрезвычайно простой и надежной, за время эксплуатации (более года) не было ни одного сбоя.
Разумеется, можно использовать и другие ПДУ с другой кодировкой. Для этого нужно изучить структуру команд, измерить временные параметры и определиться с их интерпретацией.
Литература:
1. Долгов О., Чуднов В. Усилитель мощности 34 TDA7384A. - Радио, 1999, № 10, с. 43, 44.
2. Гайно Е., Москатов Е. Полумостовой квазирезонансный блок питания. - Радио, 2004, № 6, с. 35, 36.
3. Коннов А., Пескин А. Цифровая система управления I2C. - Радио, 1996, № 10, с. 14, 15.
Архив с дополнительными материалами размещен здесь.
Автор: Г. Воронцов, г. Борисоглебск Воронежской обл.