Цифровой регулятор громкости на микроконтроллере. Цифровой кнопочный потенциометр — регулятор громкости. Схема электрическая кнопочного регулятора

Данный регулятор разработан для использования в ламповом усилителе. Позволяет управлять громкостью, выбором входа и вкл/откл питания усилителя с любого пульта ДУ, а так же реализована задержка подачи анодного напряжения. Все установки и коды пульта ДУ сохраняются в энергонезависимой памяти.

Схема устройства.

Алгоритм работы:

1. После подачи питания (включения в сеть) усилитель остаётся отключенным, в т.ч. после сбоя по питанию.

2. При включении с кнопки пульта ДУ или кнопкой «СЕТЬ» на корпусе, включается накал ламп, регулятор громкости максимально быстро вращается до установки минимальной громкости.

Светодиод «СЕТЬ» медленно мигает.

3. По истечении установленного времени прогрева подключается анодное напряжение, и регулятор громкости плавно подкручивается на небольшой уровень. Данная операция служит для исключения случайного резкого включения на полную громкость. Светодиод «СЕТЬ» горит постоянно.

4. На включенном усилителе можно выбрать нужный вход кнопкой на корпусе или на пульте ДУ. Выбранный вход запоминается и не изменяется при отключении питания..

5. Однократное нажатие кнопки громкости смещает регулятор на величину установленную в 3-й ячейке ЕЕПРОМ, при удержании кнопки громкости регулятор вращается постоянно

6. При нажатии кнопки «mute» регулятор на максимальной скорости вращается до минимума.

При повторном нажатии увеличивает громкость на величину установленную в 5-й ячейке ЕЕПРОМ.

Нажатие любой кнопки громкости во время движения регулятора по команде «mute» отменяет действие «mute» и переходит в режим регулировки громкости.

В момент прошивки микроконтроллера Вы самостоятельно устанавливаете нужные значения работы программы (путём внесения в ячейки ЕЕПРОМ требуемых значений)

Программирование нового пульта ДУ.

При первом включении следует запрограммировать (прошить) Ваш пульт ДУ. Подходит любой пульт в кодировке NEC, это большинство «китайских» пультов, а так-же пульты от бытовых приставок и телевизоров (кроме Самсунг и Сони)

Прошивка ДУ:

1. Отключите питание микроконтроллера от сети на несколько секунд.

2. Подайте питание на микроконтроллер и в течение одной минуты, но не позднее включения анодного питания нажмите и удерживайте несколько секунд кнопку «СЕТЬ» на корпусе усилителя, пока светодиод «СЕТЬ» начнёт медленно мигать 1 раз в сек., это режим программирования нового пульта ДУ.

3. Нажмите в определённой последовательности кнопки пульта, при приёме кода светодиод «СЕТЬ» часто мигнёт несколько раз, означая принятие и запись команды.

Очерёдность нажатия кнопок следующая:

1. Питание

2. Выбор входа

3. Громкость больше

4. Громкость меньше

5. Приглушить звук

(нажимать можно любые удобные кнопки пульта ДУ)

4. Отключите питание на несколько секунд. После включения проверьте правильность работы кнопок пульта ДУ, при необходимости повторите процесс прошивки с самого начала.

Прошивка микроконтроллера

Перед прошивкой МК внесите в ячейки ЕЕПРОМ нужные Вам значения.

Ячейки ЕЕПРОМ:

1 - время задержки анодного питания (в секундах)

2 - скорость вращения мотора регулятора громкости (1–255, где 255 макс.скорость)

3 - шаг одного нажатия (угол поворота при однократном нажатии кнопки громкости, 0-255)

4 - время прохождения от мин. до макс. громк. (в секундах, измерить и прописать)

5 - уровень громкости при включении (в секундах)

6* – флаг, использование функц. установки небольшой громкости - п.5. и п.6 (1 – вкл, 0 – откл.)

7** - флаг, мигание светод. «СЕТЬ» во время прогрева ламп, 1- ДА, 0 – НЕТ

Все значения в ячейки ЕЕПРОМ заносятся в шестнадцатеричной системе, для этого можно использовать приложенную программу или любой он-лайн калькулятор.

4-я ячейка - время равное или чуть больше времени прохода от максимума до минимума громкости, чтоб установить гарантированно минимальный уровень, измерьте при включении усилителя, т.к. в этот момент скорость движения максимальная.

5-я ячейка – уровень громкости, который плавно установится после подачи анодного питания,

установите желаемый уровень.

*Если вышеуказанные функции не требуются, то установите флаг в 6-й ячейке в «0».

**Если флаг мигания светодиодом «СЕТЬ» выставить в «0» светодиод будет гореть постоянно.

Прошить МК можно любым удобным способом, пример программатора

Список деталей:

PIC16F628A – 1шт.

ULN2003 (ULN2004) – 1шт.

Кварцевый резонатор 4 мгц – 1шт.

Слаботочные реле с двумя группами контактов (селектор входов) – 2 шт.

Реле с одной или двумя группами контактов на включение анодного – 1 шт.

Реле с одной группой контактов на включение сети (подключение силового трансформатора) – 1 шт.

Все реле на 12 вольт.

Биполярный транзистор MPSA 42 – 2 шт.

Биполярный транзистор MPSA92 – 2 шт.

Биполярные транзисторы можно заменить на любой маломощный аналог или на полевые транзисторы

ФотоприёмникTSOP или любой совместимый.

Маломощный стабилизатор 7805 на 5 вольт – 1 шт.

Стабилизатор 1 ампер 7812 на 12 вольт – 1 шт.

Конденсатор

470мкф*25 вольт – 1шт.

470мкф*16 вольт– 1шт.

470мкф*6,3 вольт– 1шт.

4шт диодов или выпрямительный мостик.

Маломощный трансформатор на несколько ватт 220/12(14)вольт – 1шт.

Можно применить любой маломощный блок питания с напряжением +5 и +12 вольт на выходе

Резисторы (0,125 вт):

20 ком – 2шт.

1 ком – 4 шт.

10 ком – 1 шт.

Кнопки – 2 шт.

Светодиод – 4 шт.

В приложенном архиве находится комментированный исходник программы, файл прошивки, схема в PDF и схема в Протеус, а так же программка-конвертор двоичной в шестнадцатеричную систему (в программе следует использовать цифровую клавиатуру над буквенными клавишами)

Ввиду простоты схемы печатная плата не разрабатывалась, схема собрана на макетной плате.

Плата с реле входов находится в непосредственной близости к входным гнёздам.

Возникшие вопросы можно задать на .

Рассказать в:
В широко распространенной в настоящее время аналоговой радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) все чаще используют элементы цифровой техники, особенно в узлах, имеющих низкую надежность. Одним из самих надежных элементов РЭА являются переменные резисторы (потенциометры). Ряд фирм разработали широкую номенклатуру цифровых потенциометров, однако такие элементи требуют для своей нормальной роботы микропроцессорное управление, т.е. необходимо использовать микроеонтроллеры (МК). Учитывая далеко не всегда низкую стоимость как МК, так ицифровых понтециометров, актуальной является задача разработки простых дешевых цифровых регуляторов на основе самих микроконтреллеров. Как известно, потенциометр представляет собой регулируемый делитель напряжения и содержит два плеча: верхнее и нижнее. В рассматриваемой в этой статье конструкции верхнее плечо каждого делителя имеет постоянное сопротивление, а сопротивления нижнего плеча изменяется переключением резисторов (на корпус) с помощью МК (рис.1). Принципиальная схема простого двухканального цифрового потенциометра на основе недорогого микроконтроллера PIC16F628A показана на рис.2. Его можно использовать в качестве стереофонического регулятора громкости.
Для переключения резисторов нижних плеч делителей для одного канала цифрового потенциометра используются 6 линий порта А, для другого-6 линий порта В. К выводам портов А и В подключено по шесть точных резисторов R1-R6 и R7-R12 причем номиналы соседних резисторов отличаются в два раза. Учитывая, что используемых резисторов шесть, образуемый ими переменный резистор может иметь 64 положения «движка». Изменения сопротивления нижнего плеча каждого делителя, при выбранных номиналах резисторов, находится в приделах от 5 до 316 кОм. При использовании точных (или точно подобранных) резисторов R1-R12 регулировки может быть не хуже, чем в промышленных образцах цифровых потенциометров, например, МСР4021. Плавное изменение коэффициентов деления в обоих каналах осуществляется нажатием кнопки S1 путем плавного увеличения или уменьшения цифрового кода, обеспечивающего переключения резисторов нижних плеч делителей. С помощью кнопки S2 осуществляется регулировка стереобаланса. Основной сложностью при разработке программы для контроллера было то, что выводы портов А и В нужно постоянно переформатировать то как входы, то как выходы. Причем при работе линий портов в режиме выходов необходимо программно выставлять на них только уровни лог. «0». Если кроме лог. «0» на выводы портов поступит уровень лог. «1» ,то потенциалы на аналоговых выходах устройства будут формироваться непредсказуемым образом. Алгоритм работы МК выбран так, что при каждом последующем нажатии кнопки меняется направление регулировки (интервалы времени между нажатиями кнопок выбирают опытным путем). Во время удержания кнопки коды плавно изменяются (увеличиваются или уменьшаются). После отпускания кнопки значение кодов сохраняются. Устройство может использоваться в самых разнообразных радиоэлектронных устройствах: генераторах, радиоприемных и передающих устройствах, устройствах автоматики, измерительных устройствах, а также усилительных устройствах в качестве сдвоенного цифрового переменного резистора и регулятора баланса в стереофонической звуковоспроизводящее аппаратуре. Разработанное устройство может использоваться также в системах автоматического регулирования усиления (АРУ). Для этого его необходимо дополнить масштабирующим усилителем, диодным выпрямителем и компаратором. Принципиальная схема такого цифрового потенциометра показана на рис.3.
Если уровень входного сигнала компаратора превысит уровень, заданий переменим резистором R23, то компаратор срабатывает, и на его выходе появится постоянное положительное напряжение. Порог срабатывания компаратора ОР2 (а также необходимое усиления сигнала) регулируют переменным резистором R23. Слежение за уровнем сигнала происходит автоматически. Изначально код увеличивается, а после срабатывания компаратора начинает уменьшатся, а затем наоборот. Этот регулятор может найти применение в различных устройствах, в том числе измерительных. Особенность такой цифровой АРУ- отсутствие дополнительного увеличение коэффициента нелинейных искажений, связанного с цепями регулировки в аналоговых системах. Резисторы R1-R12 в схемах рис.1 и рис.2 должны быть точнее, например, типа С2-29В. Можно использовать резисторы близкого номинала, но при этом обязательно соответствующие резисторы в одном и втором каналах должны быть одинаковые. Допустимо использовать и обычные резисторы, но их обязательно нужно подбирать. Конденсаторы С1-С4 лучше использовать неполярные оксидные или пленочные. Входные провода нужно экранировать. Напряжение питания устройства +5 В. Регулятор разработан так, что он работает в режиме микропотребления (внутренний встроенный генератор микропроцессора, низкая тактовая чистота - 37 кГц при токе потребления 15 мкА). Поэтому устройство может быть оформлено в виде автономного малогабаритного блока, который можно включить в разрыв соединительного сигнального кабеля. Это значительно расширяет область использования устройства. Оно может использоваться как в качестве встроенного узла, так и совместно с давно используемыми усилителями. При этом штатные регуляторы громкости этих усилителей можно не использовать. Недостаток устройства: сопротивления не доходит до 0, но, по мнению автора этот недостаток не является существенным. Однако приделы регулировки можно уменьшить до 2,5 кОм путем использования дополнительного седьмого резистора номиналом 5 кОм, при этом «переменный» резистор будет 128 положений, однако программу можно откорректировать. Кто в этом разбирается, может сделать это сам. Если использовать 28-выводный МК типа РІС16F876A, то можно использовать и по восемь резисторов, такой потенциометр будет иметь 256 положений. Для сравнения заметить, что серийно выпускаемые цифровые потенциометры обычно имеют 64 положения, а минимальное сопротивление у них составляет 1,2 кОм(при максимально возможном - 316 кОм)При желанию можно расширить возможности и удобство использования устройства. Если вывод 3 МК через резистор номиналом 10 кОм подключить к +5 В, то на нем появятся импульсы прямоугольной формы звуковой частоты амплитудой размахом 5 В. Подав эти импульсы через делитель напряжения к выходам устройства, получим звуковую сигнализацию, которая будет работать при нажатии кнопок.

Раньше использовались, да и сейчас во многой аппаратуре используются обычные аналоговые механические регуляторы громкости, представляющие собой переменные резисторы, включенные потенциометрами, и регулирующие уровень сигнала, проходящего от источника сигнала на вход УНЧ. Относительно простым путем, мало вторгаясь в схему УНЧ, можно ввести в нем электронную регулировку громкости используя микросхему типа DS1868 .

Данная микросхема выпускается фирмой Dallas-semiconductor и представляет собой аналог двух переменных резисторов, управляемых программно при помощи внешнего микроконтроллера. Регулировка возможна 256-ю ступенями изменения сопротивления (вернее, положение « ползунка » переменного резистора). Один вывод переменного резистор -НО или Н1, второй, который желательно (но не обязательно) соединять с общим минусом питания - L0 или L1. Вывод « ползунка » - W0 или W1, соответственно.

Микросхемы выпускаются в трех исполнениях по сопротивлению переменных резисторов, - DS1868-10, - 2x10 кОм, DS1868-50, - 2x50 кОм, DS1868-100, -2x100 кОм, в трех видах корпусов : 20-выводном TSSOP, 16-выводном SOIC и 14-выводном DIP (рис.1).

Структурная схема микросхемы показана на рисунке 2. Потенциометры одной микросхемы могут быть использованы как раздельно, например, для регулировки громкости в разных каналах УНЧ, так и могут быть и включены последовательно для повышения общего сопротивления (рис.З). В этом случае общим выводом, то есть, « ползунком » такого переменного резистора становится выход Sout. В этом случае число ступеней регулировки программным способом может быть увеличено вдвое (до 512). Этот вариант может быть полезным для построения схемы электронной настройки, например, УКВ-ЧМ приемника с системой АПЧ на ИМС типа К174ХА34. Микросхема DS1868 совместно с внешним микроконтроллером и ЖК-дисплеем будет выполнять функции шкалы и верньерного устройства.

Микросхемы можно каскадировать до любого количества чтобы посредством одной и той же цифровой шины управлять несколькими регуляторами. В этом случае выводы CLK соединяются вместе, выводы RST так же соединяются вместе, а вот порт контроллера, который должен быть DQ подключается только к первому каскаду. Далее, для переноса используется вывод Cout (рис.4).

Например, если в УНЧ используется электронная регулировка, в которой переменными резисторами регулируется управляющее напряжение на соответствующих входах микросхемы-предусилителя, то один из « переменных резисторов » микросхемы DS1868 можно будет использовать, например, для регулировки громкости, а второй для стереобаланса. Программное обеспечение, используемое в данной конструкции допускает раздельную регулировку для каждого « переменного резистора » микросхемы. Органом управления является микроконтроллер D2, а так же три кнопки S2-S4 и жидкокристаллический дисплей.

Кнопка S4 (Up) служит для увеличения параметра, кнопка S3 (Down) - для уменьшения параметра. Кнопкой S2 (Select) можно выбрать режим работы, регулировка левого, правого или обоих каналов одновременно. На дисплее две строки прямоугольников по длине которых можно понять положение регулятора. Кнопка S1 (Reset) - для сброса, её можно на переднюю панель не выводить (сделать дырочку чтобы тыкать ей спичкой при необходимости).

На рисунке 5 показана схема с микросхемой DS1868 в 14-выводном DIP-корпусе. Так же можно использовать микросхему и в другом корпусе, согласно рисунку 1. Схема регулировки коэффициента усиления ОУ (рис.6.1 - переменным резистором, рис.6.2 - микросхемой DS1868). Исходный код программы на языке программирования СИ и прошивка микроконтроллера PIC18F2550 доступны по ссылке ниже.

Вашему вниманию предлагается простой высококачественный

шестиканальный цифровой регулятор громкости

. Регулятор собран на микросхеме TDA7448, производимой европейской фирмой STMicroelectronics. Данная микросхема имеет цифровой интерфейс I2C. Для управления через этот интерфейс использован распространенный, дешевый, высокоскоростной RISC микроконтроллер фирмы Microchip PIC16F873 (возможна замена на PIC16F873A, PIC16F876, PIC16F876A).
Разработчики устройств на микроконтроллерах от Microchip имеют уникальную возможность лёгкого подключения нескольких энкодеров без дополнительной обвязки. Это позволило реализовать довольно необычный концепт устройства.
Конструктивно схема состоит из двух узлов: микроконтроллерного блока управления

И блока регулятора на TDA7448.

Регулятор предполагается использовать в системах формата 5.1. Это предполагает наличие следующих каналов: фронтальные (левый и правый), тыловые (левый и правый), центр и сабвуфер. Для управления этими каналами используется 4 энкодера. Режим громкости и баланса для фронта и для тыла переключается кнопкой "громкость/баланс". Также предусмотрены кнопки "Mute" (приглушение) и "StandBy" (дежурный режим). Есть и отдельная линия StandBy, которую можно использовать для аппаратного отключения усилителей. Особый режим - "Общая громкость" (Master volume). Переход в данный режим осуществляется кнопкой по зарезервированной линии. В этом режиме все энкодеры работают в параллели, т.е. равномерно изменяют уровни громкости по всем каналам (линиям). Параметр "общая громкость" не имеет какого-то определенного числового измерения, т.к. каждый из каналов настроен на свой уровень громкости. Регулировка "общей громкости" лишь синхронно уменьшает или увеличивает все каналы.
Для визуализации направления регулирования в этом режиме на индикаторе в верхней строке выводится название режима "Master volume", а в нижней строке анимированные значки <<<<< или >>>>>.

Все перечисленные функции управления можно осуществить через любой пульт дистанционного управления в формате RC5 (от бытовой техники Philips).
Печатные платы выполнены из одностороннего фольгированного текстолита методом ЛУТ, но могут быть легко выполнены на монтажных платах. Файлы рисунков плат в формате Sprint Layout в конце статьи. Ниже рисунок и фотография собранной печатной платы микроконтроллерного блока управления.

Номиналы сопротивлений и конденсаторов могут отличаться от указанных на схеме на 20%.
Индикатор имеет 2 строки по 16 символов. Их выпускает много разных фирм и в их составе используются разные микросхемы: HD44780 (HITACHI), KS0066 (SAMSUNG), КБ1013ВГ6 (АНГСТРЕМ) и другие.
ИК-приемник TSOP1736 (Vishay) можно заменить на SFH-506 (Siemens), TFMS5360 (Temic), ILM5360 (ПО "Интеграл").
Микросхема TDA7448 выполнена в корпусе для поверхностного монтажа, но имеет довольно широкий шаг выводов (1,27 мм) и легко припаивается острозаточенным паяльником. Далее рисунок и фотография собранной печатной платы блока регулятора на TDA7448.

Ниже рисунок платы энкодеров:

Энкодер механический инкрементирующий, например, PEC12 или из серии EC11. При выборе энкодера руководствуйтесь документацией по цоколевке выводов. Определить правильное включение можно методом научного перебора.

Кнопки могут быть любыми на ваш вкус - от тактовых до типовых пленочных клавиатур. Пленочная клавиатура имеет прочную липкую основу (как скотч), что позволяет легко наклеивать её на корпус устройства. Для подключения шлейфа пленочной клавиатуры удобно использовать разъемы серии FB-x, например, FB-5R.
Работа регулятора успешно протестирована с различными пультами в формате RC5. Ниже фотография одного из пультов. Кнопками влево-вправо выбирается регулируемый параметр, а кнопками вверх-вниз устанавливается желаемый уровень (функции кнопок соответствуют кнопкам "громкость" и "канал").

В процессе работы все настройки автоматически сохраняются и при включении плавно устанавливаются последние введенные уровни громкости.
Настройка схемы устройства сводится к установке необходимой контрастности подстроечным резистором. Все диалоги в меню сделаны на английском. Ниже фото из жизни:

Об организации питания.
В сторону микроконтроллерного блока управления на стабилизатор 7805 желательно подавать напряжение на уровне 6-7 вольт с тем, чтобы он не грелся при падении напряжения. В сторону TDA7448 следует подавать напряжение 9 вольт со стабилизированного источника питания, например собранного на стабилизаторе 7809. Общие "земли" рекомендуем соединить на стороне блока питания.
Для любителей синтетического моделирования собран проект в Proteus Professional 7.2 SP6, в котором можно оценить некоторые функции регулятора громкости.

Если на входе вашего усилителя уже стоят блокировочные конденсаторы, то в данной схеме выходные электролиты смело можно выкинуть и поставить на их место перемычки.

Схема кнопочного потенциометра (сдвоенного) с цифровым управлением построена на основе специализированной микросхемы DS1267 от компании Dallas. В этом проекте используется версия 100к. Для управления ей служит микроконтроллер ATTiny13, выбранный из-за небольших размеров. Потенциометр позволяет регулировать максимум 256 шагов, однако можно применить ограниченное значение до 128 шагов. Этот показатель свободно устанавливается изменяя исходный код программы. На плате предусмотрен также вывод поляризации системы DS1267, так называемые «VBias», который можно поляризировать отрицательным напряжением, когда требуется перемещение бОльших чем 0,5 В амплитуд сигнала.

В схеме регулятора применены в основном SMD элементы, чтобы максимально уменьшить его размеры. Плата с успехом может быть встроенная в любую часть усилителя звука, так как ее высота всего 1 см. Регулировка громкости осуществляется с помощью двух миниатюрных кнопок (микриков), припаянных непосредственно на плату. Светодиод сигнализирует своим миганием о процессе нажатия и регулировании.

Схема электрическая кнопочного регулятора

Схема принципиальная кнопочного регулятора потенциометра

Основой схемы является микроконтроллер U1 (ATTiny13), работающий на внутреннем источнике синхронизации (внутреннем генераторе). По трех-проводной шине он управляет состоянием U2 (DS1267). Выходами потенциометров будут разъемы P1 и P2. Диод D1 вместе с резистором, ограничивающим его ток, выполняет функцию индикатора работы шины. Короткой вспышкой сообщает о факте отправки данных в м/с U2. Конденсатор C1 (100nF) представляет собой фильтр питания.

Изготовление конструкции

Схема паяется на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Плата не содержит перемычек, а два кажущихся разрыва в цепи массы будут местами пайки корпуса кнопок. Монтаж следует начать с припаивания интегральных микросхем, потому что это делается гораздо удобнее, когда нет выступающих элементов от другой стороны. Порядок пайки остальных элементов произвольный. Схему необходимо питать напряжением 5 В, желательно стабилизированным.

Готовые для пайки платы

Определенным неудобством является программирование микроконтроллера, так как здесь не предусмотрено разъема программирования. Чтобы запрограммировать МК U1 — подпаяйте аккуратно к его выводам тонкие провода, которые затем будут подключены к программатору. Вывод VB (VBias) соединен с массой схемы, однако, если необходимо подключение этого входа к другой полярности, просто вырежьте фрагмент дорожки между выводами на плате. Когда потенциометр работает для регулировки громкости предусилителя и амплитуда сигнала, что на него подается не превышает 0,5 вольта, то выход VB следует поляризировать относительно отрицательного напряжения -5 В относительно массы. Это обеспечит правильную передачу аналогового сигнала.

кнопочный регулятор — потенциометр

Следует иметь в виду, что потенциометр имеет максимально допустимое напряжение, которое может присутствовать на любом из контактов (относительно GND) от -0.1 до +7 В для Vb = 0 и от -5 до +7 В для Vb = -5 В. При эксплуатации регулятора следует позаботиться о том, чтобы не превышать указанные допустимые границы напряжений. Когда вы питаете схему от отдельного БП, необходимо убедиться, что масса потенциометра (GND) и масса схемы назначения связаны между собой.

Фьюзы биты

На рисунке показаны настройки фузов для микроконтроллера ATTiny13

Управление регулятором

Работа со схемой проста. Изменение громкости осуществляется нажатием кнопок S1 и S2. Удержание нажатой кнопки вызывает плавное перемещение воображаемого ползунка потенциометра в нужном направлении. Светодиод D1 сигнализирует своим миганием факт изменения положения ползунка. Когда он достигнет одной из крайних позиций — индикатор перестанет мигать, хотя вы и продолжите держать нажатой кнопку.

Подключение регулятора

Прошивка и плата

Все необходимые для самостоятельной сборки файлы вы можете .