Основные параметры:
— два восьмиразрядных цифровых потенциометра сопротивлением 10 кОм (или других, после замены интегральной схемы)
— два однооборотных механических потенциометра для установки положения ползуна в цифровых схемах
— регулирование обоих каналов отдельно или одновременно (выбирается перемычкой)
— два режима работы цифрового потенциометра: самое нижнее положение может быть отключено от входной клеммы или нет выбирается перемычкой
— возможность добавления резисторов для псевдологарифмического регулирования
— питание 5 В
— ток потребления 6 мА
Как сделать потенциометр регулировки громкости (почти) вечным? Аудиофильские регуляторы на герметичных сигнальных реле, конечно, долговечны, но дороги и могут иметь довольно большие размеры. В свою очередь, обычные однооборотные механические потенциометры с углеродной дорожкой со временем изнашиваются, как бы качественно они ни были изготовлены. С другой стороны, цена на эти очень качественные вещи может быть ошеломляющей.
Можно ли за несколько десятков центов сделать потенциометр таким же долговечным, как самые дорогие регуляторы, и при этом совсем недорогим? Да! Все, что вам нужно сделать, это подключить его к цифровому потенциометру, который будет получать информацию о положении ползунка механического потенциометра. Кстати, разброс между каналами будет гораздо меньше, чем в типичных стереопотенциометрах.
Описание схемы
Принципиальная схема представлена на рис. 1. Микросхема US1 MCP42010 представляет собой полупроводниковый двухканальный восьмиразрядный линейный потенциометр сопротивлением 10 кОм. Управление осуществляется через интерфейс SPI, которым, в свою очередь, управляет МК ATtiny24A US2. Резистор R1 блокирует тактовый вход шины SPI, когда МК не осуществляет передачу. Резисторы R1 и R2 допускают псевдологарифмические характеристики регулирования вместо линейных (будет объяснено позже в статье). Разъемы J1 и J2 подключены к контактам потенциометра и маркированы так, как будто управляются по громкости:
IN (вход) – верхний конец цепи сопротивления, подключенный к OUT при максимальной настройке,
GND (земля) – нижний конец цепи сопротивления, подключен к OUT при минимальной настройке,
OUT (выход) — ползунок потенциометра, «перемещающийся» между IN и GND.
Уже упомянутый МК US2 можно запрограммировать через разъем J3. На них выведены линии интерфейса ISP, предназначенного для программирования МКов семейства AVR. Лестничные резисторы RN1 подтягивают эти контакты к положительному потенциалу питания, когда они не используются. Конденсаторы C2 и C3, расположенные рядом с контактами питания US2, развязывают его питание.
Настройки цифрового потенциометра берутся с аналого-цифрового преобразователя, встроенного в МК. Механические потенциометры Р1 и Р2 включены как делители напряжения питания, поэтому на их ползунках появляется напряжение (относительно массы), прямо пропорциональное углу поворота оси. RC-цепи фильтруют это напряжение от шума, включая потрескивание, которое может быть вызвано механическими потенциометрами после длительного использования. Они также сужают полосу шума, поэтому на выходе преобразователя выводится десятибитное число, соответствующее положению ползунка каждого потенциометра. Отрезав два младших бита, можно напрямую управлять цифровым потенциометром, без дополнительного масштабирования. С помощью перемычки JP2 вы можете одновременно регулировать обе секции цифрового потенциометра, поэтому вы можете исключить один из механических потенциометров и легко добиться стереорегулировки.
Перемычка JP1 используется для установки режима работы цифрового потенциометра. Если она разомкнута, то линия MODE принимает высокое логическое состояние, что МК интерпретирует как необходимость управления цифровым потенциометром, используя только его регистры: значение 0 (0x00) соответствует низшему положению, а 255 (0xFF) - самый высокий. Если бы мир был идеальным, то эта перемычка не была бы нужна, но после установки такого цифрового потенциометра на минимум, он продолжает «пропускать» сигнал. Точнее, это внесет затухание примерно на 46 дБ — если считать, что «верхнее» сопротивление делителя напряжения будет 10 кОм, а «нижнее» сопротивление — 53 Ом. Это немного, ведь в аудиосистемах есть регулятор громкости с динамическим диапазоном от 60 дБ и более. Хотелось бы и полного приглушения звука после поворота ручки в крайнее левое положение. Так что здесь можно сделать?
Самое простое решение, реализованное в этом проекте, — отключить цифровой потенциометр. Для этой цели используется линия SHDN, которая во время нормальной работы находится в высоком логическом состоянии. Однако, если перемычка JP1 замкнута, то МК переключит SHDN на низкий уровень после поворота обоих потенциометров P1 и P2 в минимальное положение. Затем клемма IN отключается от резистивной цепи, а OUT и GND замыкаются накоротко сопротивлением 50 Ом. Это позволяет полностью отключить звуковой сигнал после поворота обоих потенциометров на минимум.
Монтаж и наладка
Схема собрана на односторонней печатной плате размерами 50х60 мм, представленой на рис. 2.:
На этапе запуска необходимо запрограммировать МК и изменить FUSE BIT. Вот их новые значения:
Low Fuse = 0xE2
High Fuse = 0xDD
Подробности видны на рис. 3, где представлен вид окна настройки битов из программы BitBurner. Это активирует внутренний RC-генератор с частотой колебаний 8 МГц и Brown-Out Detector, который выведет МК в ноль, если напряжение его питания упадет ниже 2,7 В. Это существенно снижает риск зависания МК при запуске.
Правильно запрограммированная схема сразу готова к работе. Она запитывается напряжением 5 В. Потребление тока составляет примерно 6 мА.
У цифровых потенциометров есть два существенных ограничения. Во-первых, потенциал любой клеммы потенциометра не может упасть ниже потенциала земли и не может подняться выше напряжения питания. Если мы хотим регулировать амплитуду переменного аналогового сигнала, ему необходимо придать постоянную составляющую, желательно половину напряжения питания. Пример такого подключения показан на рис. 4. Это лишь одно из многих возможных решений.
Второй недостаток, во многих случаях не очень существенный, — это большой разброс сопротивления (R). Фактическое сопротивление может отличаться на целых 20% по сравнению с номинальным - таблица 1. Однако преимуществом является очень высокая одновременность регулирования, разброс между обеими секциями не превышает 1% (R/R). Это очень хороший результат, редкий среди потенциометров с углеродистой дорожкой.
Помимо MCP42010, также доступны MCP42050 и MCP42100. У них разные величины сопротивления: 50 кОм и 100 кОм соответственно. Их использование не требует каких-либо переделки схемы.
Схема допускает линейную регулировку демпфирования с помощью цифрового потенциометра, но в некоторых приложениях требуется другая характеристика, например логарифмическая - например, в аудиосистемах. Эта характеристика может быть достигнута с хорошим приближением, подключив постоянный резистор между клеммами OUT и GND цифрового потенциометра. На принципиальной схеме для этого предусмотрены резисторы R1 и R2. Их величину можно определить экспериментально, но испытания показали, что его сопротивление должно составлять 20…25% от общего сопротивления дорожки линейного потенциометра. Это означает, что для MCP42010 (10 кОм) потребуются резисторы номиналом в диапазоне 2…2,5 кОм. Лучше всего использовать малошумящие металлопленочные резисторы, например сопротивлением 2,2 кОм.
Общий вид собранной платы устройства:
В архиве находятся код прошивки для МК, а также файлы EAGLE.
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
Автор: alik19
