^{Содержание}

Аналоговый коммутатор ADG409 31

^{1.1 Литературный обзор 4}

^{1.2 Выбор и обоснование схемы электрической структурной проектируемого устройства 8}

^{1.3 Выбор и обоснование элементной базы 9}

^{1.4 Принцип работы 13}

^{1.5 Эксплуатация проектируемого устройства 15}

^{2 Конструкторско-технологический раздел 17}

^{2.1 Анализ условий эксплуатации проектируемого устройства 17}

^{2.2 Выбор и обоснование конструкции 17}

^{2.3 Выбор и обоснование способа монтажа 19}

^{2.4 Выбор и обоснование технологического процесса изготовления печатной платы 20}

^{2.5 Расчет надежности 22}

^{2.6 Расчет технологичности 25}

^{3 Экономический раздел 29}

^{4 Охрана труда. Нормирование допустимого уровня шума 41}

^{Заключение 49}

^{Литература 50}

^{Приложение А 51}

^{Приложение Б 52}

Аналоговый коммутатор ADG409 31

Введение

Появление более 20 лет назад на рынке электронных компонентов специализированных аудиопроцессоров и темброблоков с цифровым управлением для звуковой аппаратуры совершило настоящую революцию в области проектирования звуковоспроизводящей аппаратуры.

Очевидные преимущества цифрового управления следующие:

• существенно упрощается проектирование аппаратной части звукового тракта;

• многократно расширяются возможности по обработке звукового сигнала (перечень возможных регулировок для некоторых аудиопроцессоров содержит десятки пунктов);

• сервисные возможности по визуализации и управлению параметрами звуковоспроизводящей аппаратуры практически не ограничены.

Никакого возврата к прежним аналоговым способам управления не будет. Но что делать с огромным ассортиментом аналоговых темброблоков и аудиопроцессоров, среди которых множество изделий с прекрасными качественными характеристиками?

Самый очевидный вариант это замена аналоговых и механических компонентов их цифровыми аналогами: механические переключатели — электронными коммутаторами, электромагнитными и бесконтактными электронными реле, роторные и ползунковые переменные резисторы — энкодерами и цифровыми потенциометрами. И разумеется, добавление новых функций, ранее недоступных при применении чисто аналоговых элементов, — запоминания настроек системы и дистанционного управления.

Целью дипломного проекта является разработка конструкторско-технологической документации устройства управления аналоговыми темброблоками. Использование различных методов тестирования и диагностики, а так же способов устранения возникновения сбоев и отказов. Разработка экономической части, учитывающей рентабельность и окупаемость устройства.

1. Проектировочный раздел

1. Литературный обзор

Темброблок - устройство позволяющее избирательно корректировать амплитуду (т. е. громкость) сигнала в зависимости от частоты. Различают активный темброблок и пассивный. Пассивный применяется только для регулировки Амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), а активный отличается тем, что он не только регулирует АЧХ, но и служит дополнительным усилительным каскад для компенсации потерь в усилителях. Также темброблоки различаются на аналоговые и цифровые.

Регулирование частот аналоговым темброблоком создает очень много помех, поэтому для его лучшей работы существует цифровое устройство управления аналоговыми темброблоками. Для стыковки аналогового темброблока с блоком цифрового управления достаточно удалить переменные резисторы и подключить освободившиеся линии к соответствующим линиям цифровых потенциометров. Аналогичным образом можно подключить любой аналоговый темброблок, аудиопроцессор, и вообще любой регулятор, который в своем составе имеет переменный резистор.

Одним из таких является проектируемое устройство управления аналоговыми темброблоками. Однако существует аналог данному устройству — регулятор громкости, баланса и тембров на PIC16F628A. Данный блок цифрового управления представляет собой моноблочную конструкцию, выполненную на одной плате. В центре платы через межплатную вилку закреплен индикатор. Под индикатором в нижней части платы расположен энкодер со встроенной кнопкой типа PEC16. Этой встроенной кнопкой включается и выключается вся конструкция, т.е. происходит переход из режима ожидания в рабочий режим (и наоборот). Одновременно плавно включается (выключается) подсветка. Справа от индикатора находятся три кнопки: приглушение, следующий режим и предыдущий режим. Слева от индикатора – ИК-приемник TSOP1736 для пульта дистанционного управления.

Рисунок 1.1 – схема электрическая принципиальная блока управления аналоговыми темброблоками на PIC16F628A.

Конструируемый блок цифрового управления аналоговыми темброблоками имеет несколько преимуществ перед существующим устройством на PIC16F628A:

а) меньше размер устройства за счет выноса некоторых элементов на корпус;

б) более низкое напряжение питание, что позволяет питать конструируемый блок от порта USB;

в) наличие кнопок, позволяющих регулировать параметры без использования пульта дистанционного управления;

г) современный микроконтроллер с большим количеством функций.

Разрабатываемый вариант схемы электрической принципиальной устройства управления аналоговыми темброблоками на Atmega8 обеспечивает следующие возможности:

• коммутацию четырех стереовходов;

• цифровое управление всеми режимами работы (коммутация, регулировка громкости, баланса, тембра ВЧ и НЧ, дистанционное ИК управление);

• запоминание режимов работы блока;

• отображение режимов работы на ЖКИ.

Основная часть всего устройства — микроконтроллер АTmega8. Он обладает достаточным числом портов для подключения периферийных устройств, прост в программировании и содержит много различных встроенных средств, позволяющих реализовать необходимые функции с минимальными аппаратными затратами.

Режимы работы темброблока отображаются на двустрочном символьном ЖКИ. Для управления его работой используются порты РВО, РВ1, РСО-РСЗ.

Коммутация входов осуществляется с помощью аналогового коммутатора TDA1029, включенного по типовой схеме. Для выбора источника сигнала используются адресные входы АО, А2 коммутатора, подключенные к портам PD5—PD7 микроконтроллера. Выходы коммутатора подключены к переключающим контактам реле К1. На основе реле реализован режим "MUTE", позволяющий при необходимости отключать темброблок и оконечный усилитель (например, при коммутации входов или для быстрого отключения громкости) Включение и выключение реле осуществляются сигналом порта PDO микроконтроллера через усилитель тока на транзисторе VT1.

Управление режимами темброблока производят энкодером S1 с кнопкой посредством микросхемы цифрового потенциометра DA3. Выводы энкодера, отвечающие за выбор направления вращения ротора ("по" и "против" часовой стрелки — "больше" и "меньше" соответственно в выбранном режиме регулировки), подключены к портам PD2 и PD4, а вывод кнопки, используемой для выбора режима, — к порту PD3.

В качестве цифрового потенциометра была выбрана микросхема AD8403, имеющая в своем составе четыре независимых регулятора. Этот выбор обусловлен относительной доступностью, удобством применения (большинство цифровых потенциометров производятся в неудобных для применения в любительских условиях корпусах) и низкой ценой.

Управление цифровым потенциометром осуществляется по интерфейсу SPI. Для его реализации использованы линии портов РВ2—РВ5 микроконтроллера.

РВ2 — CS (выбор кристалла);

РВЗ — SDI (вход данных);

РВ4 — SDO (выход данных);

РВ5 — CLK (вход тактовой частоты)

Протокол обмена по SPI реализован программно поскольку аппаратная реализация данного протокола для AD8403 невозможна Дело в том, что аппаратно контроллером SPI в ATmega8 поддерживается только 8-битное управляющее слово, а данная микросхема имеет длину управляющего слова 10 бит.

Управляющее 10-битное слово состоит из двух частей: два разряда адреса АО—А1— выбор потенциометра внутри микросхемы и восемь разрядов данных DO—D7.

Разумеется, в качестве цифровых потенциометров могут быть выбраны другие, более доступные или более подходящие, и даже с другим интерфейсом (например, с I2С или подобным). В этом случае необходимо внести изменения в печатную плату и управляющую программу устройства.

Режимы работы и установки параметров записываются в микросхему памяти DS1 АТ24С01 Запись и чтение данных из нее осуществляются по шине I2C. При включении системы микроконтроллер производит чтение данных из памяти и загружает параметры в периферийные устройства (коммутатор и цифровые потенциометры). При первоначальном включении (в отсутствие данных во внешней памяти) по умолчанию выбирается первый канал коммутатора и исходные установки потенциометров.

Приемник ИК сигналов дистанционного управления — TSOP1736 (В1). Информационный выход приемника подключен к линии порта PD1 микроконтроллера. Протокол ДУ, примененный в этом устройстве, — RC5.

Режим "MUTE", включаемый кнопкой SB1, необходим для быстрого отключения звука. Кроме того, он доступен с пульта дистанционного управления и неявно осуществляется при включении устройства (задержка) и переключении входов коммутатора. Кнопка SB1 подключена к линии порта РВ7.

Защита от дребезга контактов кнопок SB1 и SB2 осуществляется программно.