The audio link 2
Dank zij de modulaire opzet en de flexibiliteit van de software voor de microcontroller kan een voorversterker opgebouwd worden, die helemaal is toegesneden op de wensen en eisen van de individuele gebruiker.
Figuur 1. Parallelschakeling van meerdere volumeregelaars.
Omdat er zoveel keuzemogelijkheden zijn, is het verstandig de soldeerbout nog niet aan te zetten en ook nog geen bouwpakket te bestellen. Lees eerst rustig dit tweede deel van het artikel. Welke modules nodig zijn, is afhankelijk van uw persoonlijke voorkeuren en de toepassing waarvoor de voorversterker gaat worden ingezet.
Het is bijvoorbeeld mogelijk om meerdere volumeregelaars parallel te schakelen, zoals is weergegeven in figuur 1. Het volume van meerdere kanalen kan zo tegelijk geregeld worden, door de printplaten met elkaar te verbinden via de aansluitingen CS, Mute, SCLK, +5 V en massa. SDATAO van de eerste print wordt verbonden met SDATAI van de volgende. Het ingestelde volume op de eerste print wordt dan doorgegeven naar de volgende printen.
Voor de ingangskeuzeschakelaar kan gekozen worden voor een klassieke opbouw, een versie die naast de signaallijnen ook de massaverbinding omschakelt en een uitvoering voor het schakelen van symmetrische signalen. Ook de software in de microcontroller kan naar wens worden aangepast. Het kan gaan om eenvoudige veranderingen, zoals de teksten die op het display worden weergegeven, maar gevorderde programmeurs kunnen zelfs extra functies aan de software toevoegen.
Figuur 2. De enkelzijdige hoofdprint is erg dicht bevolkt met onderdelen.
Opbouw van de printen
Voor het bestukken van de hoofdprint van de voorversterker zijn wat aanwijzingen niet overbodig. Zoals te zien is in figuur 2 is het echt een gedrang van onderdelen op deze print. Er zijn ook erg smalle printsporen gebruikt, die bij te grote verhitting van de print of bij mechanische mishandeling gemakkelijk kapot gaan. Er moet voor de opbouw beslist een soldeerbout met een fijne punt gebruikt worden. JP2 (boven IC2) is geen jumper. Hier moet een vaste draadbrug aangebracht worden. JP1 en JP3 worden wel gewoon van een jumper voorzien. Er is nog een draadbrug, die zit naast K5. Breng de draadbruggen als eerste aan, dan kan dat in elk geval niet meer vergeten worden.
Bedenk van te voren of de aansluitingen voor het programmeren en parallel schakelen nodig zullen zijn. In de tekstkaders is te lezen wat daarbij de overwegingen zijn. Breng als eerste de connectors en de printpennen voor de audiosignalen aan. Vaak wordt het advies gegeven om met de laagste onderdelen te beginnen, maar bij het aanbrengen van de connectors en printpennen komt vaak het nodige geweld te pas. Vooral printpennen zijn vaak alleen met flinke kracht door de gaatjes te krijgen. Bovendien heeft zo'n 1,3 mm dikke, verzilverde stalen staaf een flinke dosis hitte nodig om netjes met het soldeertin te 'versmelten'. En wanneer dan een van de pennen na montage scheef blijkt te staan, dan moet de zaak opnieuw verhit worden om hem recht te zetten. Als er dicht in de buurt al kleine, kwetsbare componenten op de print zitten, kunnen die gemakkelijk kapot gaan.
Zoals altijd zijn er componenten waarbij op de polariteit gelet moet worden. Naast de dioden en de kleine elco's geldt dat ook voor de weerstand-arrays en de PLCC-voet. Een van de hoeken van deze voet is afgeschuind en die hoek moet geplaatst worden, zoals het in de componentenopdruk is weergegeven. LED D1 en infrarood ontvanger IC3 worden nog niet op de print gezet. Deze worden in de frontplaat gemonteerd. Pas als de print ook in de kast is vastgeschroefd, worden de contacten van D1 en IC3 vastgesoldeerd. Als de indeling in de kast het niet mogelijk maakt om de print direct achter de frontplaat te monteren, dan kan de IR-ontvanger ook via een kabeltje met de print verbonden worden. Dat dient dan wel een afgeschermde kabel te zijn!
Na de connectors K3...K5 en de DIL-voet voor de PGA2311 (gebruik hiervoor een voet van topkwaliteit) worden de vaste-spanningsregelaars IC4...IC6 gemonteerd. Deze hebben geen koellichaam nodig. Vervolgens worden de grote elco's en de twee printkroonsteentjes Kl en K2 aangebracht. Hierna kunnen de PGA2311 en de geprogrammeerde PIC in hun voetje worden geplaatst.
Wie meerdere volumeregelaars parallel wil schakelen, hoeft alleen de eerste print volledig te bestukken. Op de andere printen hoeft alleen het gedeelte rond de PGA2311 gemonteerd te worden (inclusief de componenten voor de verbinding met de buitenwereld en de spanningsstabilisatie).
Dit is getest met een volledig bestukte hoofdprint en twee gedeeltelijk bestukte printen. Alle noodzakelijke aansluitingen voor het parallel schakelen en doorlussen liggen op de printen op een rij.
Figuur 3. Met de relaisprint kan ook een mnassascheiding of een symmetrische ingang worden gerealiseerd.
Kanaalkeuze
De keuze van het ingangskanaal gebeurt op de relaisprint. In figuur 3 zijn verschillende mogelijkheden voor de bekabeling aangegeven.
De klassieke opbouw heeft acht ingangen met cinch-chassisdelen en een uitgang naar de hoofdprint. JP3 en JP4 moeten dan worden aangebracht. Elk relais is in dit geval verantwoordelijk voor het schakelen van een van de ingangskanalen. Bij gebruik van normale 2-aderige afgeschermde kabel wordt een kanaal op punt A aangesloten en het andere op punt B. De afscherming wordt aan de massapen gesoldeerd.
De schakeling kan ook opgebouwd worden met massascheiding. Dat kan voordelen bieden voor een betere kanaalscheiding en het kan nodig zijn als de massa's van de verschillende audiobronnen van elkaar gescheiden moeten blijven. Om dat te bereiken wordt niet alleen de signaalleiding, maar ook de massaleiding omgeschakeld. In dit geval wordt de signaalleiding aangesloten op punt A en de massaleiding op punt B. De jumpers JP3 en JP4 worden in dit geval niet aangebracht. De relais RE1 en RE5, RE2 en RE6, RE3 en RE7 en RE4 en RE8 horen paarsgewijs bij elkaar, telkens voor een van de signaalbronnen. Op die manier hebben we de beschikking over vier stereo ingangen en twee uitgangen (OUT1A en OUT1B, respectievelijk OUT2A en OUT2B). In deze configuratie is A de signaalleiding en B is de massa. Om de schakeling in deze configuratie goed te laten werken, moet in de setup de optie 'Input Type' op 'Double' ingesteld worden.
Om symmetrische signalen te verwerken worden simpelweg steeds twee relais tegelijk geschakeld. De volumeregeling wordt dan ook symmetrisch uitgevoerd, door een tweede volumeregelingsprint te toe te voegen. Er zijn in dit geval twee signaalleidingen die met elkaar in tegenfase zijn. Daarom worden de beide signaaladers van het ene kanaal verbonden met bijvoorbeeld de Left-in-aansluiting van de ene print en de beide signaaladers van het andere kanaal met de Right-in-aansluiting van beide printen.
De gebruikte relais zijn van het type RY-5W-K van Fujitsu (voorheen Takamisawa). Natuurlijk kunnen ook pin-compatibele typen gebruikt worden, maar de genoemde relais hebben uitstekende eigenschappen en ze zijn, bijvoorbeeld bij Conrad, voor minder dan 2 Euro per stuk verkrijgbaar. Deze relais zijn ingegoten in kunststof, zodat er geen kans bestaat dat er stof of vuil binnendringt. De contacten bestaan uit een legering van zilver en palladium en zijn bovendien verguld. De hoofdprint wordt gevoed via connector Kl. Jumper JP1 moet daarvoor geplaatst worden. Als het de bedoeling is om de ingangskeuzeprint van een eigen voedingsspanning te voorzien of om de module in te zetten in een ander project, dan kan ook een spanning van 5 V op connector K2 worden aangesloten.
Om de uitgangen van de microcontroller niet te veel te belasten, worden transistors met basisweerstand gebruikt als relais-drivers. Dioden D1...D8 dienen als vrijloopdiode en de LED's D9...D16 als optische controle. Deze LED's hoeven niet per se op de print (figuur 4) gemonteerd te worden, ze kunnen ook een plaatsje op de frontplaat krijgen als extra indicatie of zelfs in plaats van het display. De LED's (plus voorschakelweerstanden) kunnen ook gewoon weggelaten worden.
Voor JP1 mag een jumper gebruikt worden, maar JP2 en JP3 dienen als vaste draadbrug uitgevoerd te worden. Verder is er niets bijzonders aan het bestukken van deze print en als de componenten uit de onderdelenlijst gebruikt worden, zal alles netjes passen en kan er bij de opbouw weinig mis gaan.
Figuur 4. De acht dubbelpolige relais staan keurig in het gelid.
Figuur 5. De voedingsprint is geschikt voor zowel enkelvoudige als symmetrische voedingen
De voeding
Het grootste deel van de stabilisatie, ontkoppeling en rimpelonderdrukking van de voedingsspanning vindt, zowel voor het analoge deel (±5 V) als voor het digitale deel (+5 V), op de hoofdprint zelf plaats. Alles wat daarnaast nog nodig is, is een voldoende stabiele, symmetrische gelijkspanningsbron. Omdat de stroomopname bescheiden is, kan dat geen probleem zijn. Hier kan heel goed een universele netvoeding (figuur 5) ingezet worden. De print is ontworpen voor een ingegoten ringkerntrafo van de firma Talema 121, met een vermogen van 10 VA. Ringkerntrafo's zijn vanwege hun geringe strooiveld met name voor toepassing in audio-apparatuur aan te bevelen.
Deze netvoedingsprint is universeel van opzet. Hij is zowel geschikt voor een symmetrische voedingssparming (V+, Massa, V-), als voor een enkelvoudige voeding (V+ en Massa). Voor een symmetrische voeding moeten de draadbruggen A geplaatst worden en voor een asymmetrische de draadbruggen B. Voor het opbouwen van een asymmetrische voeding zijn C6 en R2 natuurlijk niet nodig.
De uitgangsweerstanden R1 en R2 dienen draadgewonden typen te zijn. Dat zorgt voor een verdere onderdrukking van de brom in de voedingsspanning. Als gelijkrichtdioden D1...D4 komen snelle dioden in aanmerking. De hier gebruikte dioden hebben een herstel tijd ('Recovery Time') van minder dan 200 ns. (Ter vergelijking: Een normale 1N4004 heeft een hersteltijd van 1,2 µs, dat is dus zesmaal zo langzaam.) Natuurlijk kunnen ook nog snellere dioden gebruikt worden, met een hersteltijd van bijvoorbeeld 50 ns.
Parallel aan de gelijkrichtdioden zijn kleine foliecondensatoren aangebracht, die hoogfrequente storingen (vooral afkomstig van het omschakelen van de dioden) effectief onderdrukken. Elke print is uitgerust met een trage zekering van 125 mA.
Ook deze print (figuur 6) is gemakkelijk te bestukken. Er zijn twee exemplaren nodig voor de voorversterker. Eerst worden de draadbruggen aangebracht. Een print wordt opgebouwd voor een symmetrische voeding, dus met de draadbruggen in positie A, en een voor een asymmetrische voeding, dus met de draadbruggen in positie B. Daarna kunnen de overige onderdelen aangebracht worden, waarbij de montagevolgorde niet belangrijk is. De serieweerstanden worden verticaal gemonteerd.
Figuur 6. De voedingsprint moet zo ver mogelijk van de hoofdprint worden gemonteerd.
Testen, testen en inbouwen
Voordat het display wordt aangesloten en de microcontroller en de PGA2311 in de voetjes worden geplaatst, moet de print eerst zorgvuldig gecontroleerd worden op fouten, slechte soldeerverbindingen en soldeerbruggen. De eerste tests vinden plaats buiten de kast van het apparaat. Op alle hoeken van de printen worden dan afstandsbussen gemonteerd, zodat de printen veilig op de experimenteertafel kunnen staan. Eerst worden de netvoedingsprinten aangesloten en de uitgangsspanning wordt gecontroleerd. Doordat de spanning van de onbelaste trafo iets hoger zal zijn dan bij normaal bedrijf, zal de uitgangsspanning iets hoger zijn dan we zouden verwachten bij gelijkrichting en afvlakking van een wisselspanning van 7 V.
Daarna worden de voedingsleidingen van alle printen doorverbonden en wordt de spanning opnieuw ingeschakeld. Er zal nog niets gebeuren, omdat de controller en de PGA2311 nog niet geplaatst zijn, maar nu kunnen wel de spanningen op verschillende punten gecontroleerd worden.
Op de volgende punten moet een spanning van +5 V aanwezig zijn: K3.2, IC1.12, IC1.35 IC2.4, IC2.12 En op dit punt moet -5 V aanwezig zijn: IC2.13
Als dit allemaal klopt, wordt de voedingsspanning weer uitgeschakeld en enkele minuten gewacht (de condensatoren in de schakeling kunnen zich in die tijd ontladen). En daarna kan het display worden aangesloten en de IC's in de voetjes worden geplaatst.
Het display, de microcontroller en de volumeregelaars zijn erg gevoelig voor statische elektriciteit. Omdat dit niet de goedkoopste onderdelen zijn, is het noodzakelijk om de schakeling op een goed geaarde werkplek te monteren. Het ontstoringsfilter voor de netspanning werd ingebouwd omdat het toevallig voorhanden was, maar bracht geen merkbare verbetering teweeg. De netvoeding en de hoofdprint worden zo ver mogelijk van elkaar gemonteerd. Toch toont de FFT-analyse van het uitgangssignaal aan, dat de grootste bijdrage aan de vervorming afkomstig is van 50-Hz-brom van het lichtnet (zie deel l). Wie dit wil verbeteren en niet opziet tegen het werk, kan overwegen om het gevoelige audiodeel van de schakeling in een blikken kastje in te bouwen.
Op de achterzijde van het apparaat vinden we, behalve de net-entree, 2 x 8 audio-ingangsbussen en 2 audio uitgangsbussen. We kiezen hier voor geïsoleerde, vergulde cinch-chassisdelen. Nadat dit apparaat in het Elektuurlab in gebruik was genomen, ontdekten we bij verder knutselen dat het gunstig is om aan de ingangen kleine RC-filters in te bouwen, die hoogfrequente storingen buiten de deur houden. Een serieweerstand van 100 Ω in de uitgangsleidingen komt de stabiliteit van de PGA2311 ten goede. Zoals te zien is in figuur 7 worden deze onderdelen rechtstreeks op de in- en uitgangsbussen gemonteerd. Eventueel kunnen ze zelfs in de kabel gemonteerd worden, zodat ook dit deel van de schakeling van de afscherming van de kabel kan profiteren.
Voor de audiosignalen wordt gebruik gemaakt van hoogwaardige dubbelsymmetrische afgeschermde kabel, maar voor de toetsen en de LED op het frontpaneel volstaat simpele flatcable. Voor de vormgeving van het frontpaneel hoeven we ons dus weinig zorgen te maken over de bedrading. Als er voldoende ruimte is, kan het handig zijn om de volume- en balanstoetsen in een ruitvorm te plaatsen. Naar de fraaie metalen drukknoppen van het proefmodel op de foto hoeft u niet in de winkel te gaan zoeken. Die zijn namelijk door de auteur zelf gedraaid.
De felrode kabel tussen de hoofdprint en het display is afkomstig uit de computerwinkel. Let er bij aankoop van zo'n kabel wel op dat deze geen gekruiste aders mag hebben, wat bij computerkabels wel vaak het geval is. Overigens werkt gewone flatcable voor deze verbinding ook uitstekend.
Figuur 7. Zo worden de RC-filters aan de ingangen gemonteerd.
Aanpassen van de software
Zelf bouwen van audio-apparatuur is al heel wat, maar als er ook nog een microcontroller geprogrammeerdd moet worden, dan haken veel audiofieln af. Gelukkig is dat niet nodig, want de geprogrammeerde microcontroller kan kant en klaar bij Elektuur besteld worden onder nummer 020046-41. Wie over een ontwikkelomgeving beschikt, die geschikt is voor de PIC18LF452-I/L, kan echter ook gratis de hex-code van het programma downloaden naar de controller. Een beschrijving van een geschikte eenvoudige JDM-programmer is te vinden op internet(4).
Ook de source-code is bij Elektuur te downloaden, zodat belangstellenden kunnen bekijken hoe het programma in elkaar zit. En wie over voldoende programmeerervaring beschikt, kan de software ook zelf veranderen. De software is geschreven in de hogere programmeertaal JAL. JAL is als freeware verkrijbaar via internet(5). JAL is ook zeer geschikt voor beginnende PIC-programmeurs. Er is op internet ook een goede mailing-list over JAL beschikbaar(6). Ook voor een gecompliceerd project als dit is JAL geschikt, maar er moesten toch enkele delen in machinetaal (assembler) geschreven worden, omdat JAL standaard niet over de mogelijkheid beschikt om gegevens weg te schrijven in de EEPROM van de PIC18F452. Deze veranderingen worden met de source-code mee geleverd. Wie de source-code wil aanpassen, moet in de meegeleverde batch-file JAL.BAT de juiste directory-paden voor zijn eigen systeem invoeren en daarna dit bestand gebruiken om de code te vertalen. De software is gecompileerd met JAL 0.5.59.Win32.
De software is helemaal door de auteur ontwikkeld, met gebruikmaking van functies, die JAL standaard biedt, zoals de aansturing van het display. Functies zoals de SPI-interface-code en het decoderen van RC5-signalen zijn speciaal voor dit project ontwikkeld. De auteur moedigt iedereen aan de software aan te passen en om gedeelten ervan in te zetten voor andere toepassingen, mits de naam van de auteur vermeld wordt en het dus gaat om toepassingen in de privesfeer. Meer hierover is te lezen in de file _VV.JAL.
De PIC18LF452 kan ook heel goed geprogrammeerd worden zonder hem uit de schakeling te halen. Voor deze zogenaamde 'in circuit programming' moeten wel wat voorbereidingen worden getroffen. Neem eerst de PGA2311 uit de voet en maak ook de verbinding met de relaisprint los. De vijf aansluitingen voor het programmeren zijn MCLR, RB6, RB7, +5V en massa. Deze liggen op de print naast elkaar en zijn voorzien van soldeerpennen.
Onderdelenlijst hoofdprint
Weerstanden:
R1 = 27 Ω
R2,9 = 47 k
R3 = 8*10 k weerstandarray
R4 = 4*10 k weerstandarray
R5 = 1k5
R6,7,8,10 = 10 k
P1 = 10 k instelpot.
P2 = 100 Ω instelpot.
Condensatoren:
C1,2,3,20 = 10 µ/25 V radiaal
C4...11,14,15 = 100 n
C12,13 = 27 p
C16,17,18 = 2200 µ/25 V radiaal
C19 = 100 n keramisch (RM5)
Halfgeleiders:
D1 = low-current LED
D2...4 = 5V6/1W3
IC1 = PIC18LF542-I/L, PLCC (geprogammeerd, EPS 020046-41)
IC2 = PGA2311PA Texas Instruments/Burr-Brown of CS3310 Cirrus Logic (Crystal)
IC3 = SFH5110 (TSOP1836)
IC4,6 = 7805
IC5 = 7905
T1 = BC550C
Diversen:
Printplaat EPS 020046-1
JP1,3 = 2-polige header met jumper
JP2 = draadbrug
K1 = 3-polige printkroonsteen, steek 5 mm
K2 = 2-polige printkroonsteen, steek 5 mm
K3 = 1*16-polige header
K4 = 2*5-polige boxheader
K5 = 2*13-polige boxheader
X1 = kristal 10 MHz
12 soldeerpennen
Extern:
LCD 2*16 karakters met achtergrondverlichting
12 druktoetsen voor chassismontage
2 chinch-chassisdelen, geïsoleerd en verguld rood/zwart
Netschakelaar voor chassismontage
Euro-entree voor chassismontage
Software EPS 020046-11
Onderdelenlijst relaisprint
Weerstanden:
R1...8 = 10 k
R9...16 = 47 K
Halfgeleiders:
D1...8 = 1N4004
D9...16 = low-current LED
T1...8 = BC550C
Diversen:
Printplaat EPS 020046-2
JP1 = 2-polige header met jumper
JP2,3 = draadbrug
K1 = 2*5-polige boxheader
K2 = 2-polige printkroonsteen, steek 5 mm
RE1...8 = TY5W-K Takamisawa, 5 V/167 Ω (Conrad bestelnr: 502852)
2*8 cinch-chassisdelen, geïsoleerd en verguld rood/zwart
Onderdelenlijst voedingen
Asymmetrisch
Weerstanden:
R1 = 0Ω1/5 W
Condensatoren:
C1...4 = 47 n, steek 5 mm
C5 = 4700 µ/25 V radiaal, doorsnede max 16 mm
Halfgeleiders:
D1...4 = BY500-200
Diversen:
F1 = zekering 125 mA traag + printzekeringhouder 5*20 mm
K1 = 2-polige printkroonsteen, steek 5 mm
K2 = 2-polige printkroonsteen, steek 7,5 mm
TR1 = nettrafo sec 2*7 V / 10 VA, vlakke uitvoering, bijv Talema of Amveco 70040 (o.a. RS-Components, Digikey)
Draadbruggen A plaatsen
symmetrisch
Weerstanden:
R1,2 = 0Ω1/5 W
Condensatoren:
C1...4 = 47 n, steek 5 mm
C5,6 = 4700 µ/25 V radiaal, doorsnede max. 16 mm
Halfgeleiders: D1...4 = BY500-200
Diversen:
F1 = zekering 125 mA traag + printzekeringhouder 5 × 20 mm
K1 = 3-polige printkroonsteen, steek 5 mm
K2 = 2-polige printkroonsteen, steek 7,5 mm
TR1 = nettrafo sec 2*7 V / 10 VA, vlakke uitvoering, bijv Talema of Amveco 70040 (o.a. RS-Components, Digikey)
Draadbruggen B plaatsen
Internetadressen
Dipl.-Chem. Benjamin Hinrichs