Цифровой регулятор громкости на микроконтроллере схема. Электронные регулятор громкости

В этой статье мы рассмотрим схему электронного регулятора громкости звука с возможностью дистанционного управления и цифровой индикацией уровня.

Рис.1. Передняя сторона устройства

Рис.2. Задняя сторона устройства

Увеличение громкости осуществляется кнопкой или дистанционно с пульта ДУ (инфракрасное управление). Подходит практически любой домашний пульт управления.

Схема устройства представлена на рисунке 3.

Рис.3. Схема электрическая принципиальная

Переключения уровней звука основаны на десятичном счетчике CD4017 (DD1). Данная микросхема имеет 10 выходов Q0-Q9. После подачи питания на схему, на выходе Q0 сразу присутствует логическая единица, светодиод HL1 светится, указывая на нулевой уровень звука. К остальным выходам Q1-Q9 подключены резисторы R4-R12, которые имеют разное сопротивление.
Напомню, что микросхема в один и тот же момент времени выдает сигнал высокого уровня только на одном из своих выходов, а последовательное переключение между ними происходит при подаче короткого импульса на вход (вывод 14).
Исходя из этого, сопротивления в группе резисторов R4-R12 подобраны в порядке убывания (сверху-вниз по схеме), чтобы при каждом переключении микросхемы на базу транзистора VT2 поступало все больше и больше тока, постепенно открывая транзистор.
На коллектор этого транзистора подается сигнал от внешнего УНЧ или источника звука.
Итак, переключая микросхему счетчик, мы, по сути, изменяем сопротивление коллектор-эмиттер и тем самым изменяем громкость звука поступающего на динамик.
Сопротивления резисторов зависят от коэффициента усиления транзистора (h21э). Например, при использовании 2N3904 сопротивление резистора R4 может быть около 3 кОм, чтобы чуть чуть "приоткрыть" транзистор, звук при этом будет на самом тихом уровне. А сопротивление R12 должно быть наименьшим из всей группы (около 50 Ом), чтобы обеспечить режим насыщения и максимальную пропускную способность коллектор-эмиттер, соответственно максимальную громкость данного регулятора.
Мне трудно указать конкретные номиналы R4-R12, так как это еще очень сильно зависит от мощности звукового сигнала, поданного на транзистор, а также от питания. Лучше всего использовать многооборотные подстроечные резисторы и настроить ступени "на слух".

В нижней части схемы представлен узел индикации, основанный на дешифраторе К176ИД2 (DD2). Он предназначен для управления семисегментным индикатором.
На входы дешифратора подается двоичный код, поэтому на диодах VD1-VD15 построен шифратор, который преобразует десятичный сигнал от CD4017 в двоичный код, понятный для К176ИД2. Такая схема на диодах может показаться странной и архаичной, но вполне работоспособна. Диоды следует выбирать с малым падением напряжения, например диоды Шоттки. Но в моем случае использованы обычные кремниевые 1N4001, их видно на рисунке 2.
Итак, сигнал с выхода счетчика поступает не только на базу транзистора, но и на диодный преобразователь, превращаясь в двоичный код. Далее DD2 примет двоичный код и на семисегментном индикаторе отобразится нужная цифра, показывающая уровень звука.
Микросхема К176ИД2 удобна тем, что позволяет использовать индикаторы и с общим катодом, и с общим анодом. В схеме использован второй тип. Резистор R17 ограничивает ток сегментов.
Резисторы R13-R16 стягивают входы дешифратора на минус для стабильной работы.

Теперь рассмотрим верхнюю левую часть схемы. Двухпозиционным переключателем SA1 устанавливается режим управления громкостью. В верхнем (по схеме) положении ключа SA1 громкость изменяется вручную, путем нажатия на тактовую кнопку SB1. Конденсатор C3 устраняет дребезг контактов. Резистор R2 стягивает вход CLK на минус, предотвращая ложные срабатывания.
После подачи питания светится светодиод HL1, а индикатор показывает ноль - это режим без звука (Рисунок 4, сверху).

Рис.4. Отображение уровней на индикаторе

Нажимая на тактовую кнопку, маленькими скачками происходит увеличение громкости динамика от 1-го до 9-го уровня, следующее нажатие снова активирует беззвучный режим.

Если установить переключатель в нижнее (по схеме) положение, то вход DD1 подключается к схеме инфракрасного дистанционного управления, основанной на TSOP приемнике. При поступлении внешнего ИК сигнала на TSOP приемник, на его выходе появляется отрицательное напряжение, отпирающее транзистор VT1. Данный транзистор - любой маломощный, структуры PNP, например КТ361 или 2N3906.
ИК приемник (IF1) рекомендую выбрать с рабочей частотой 36 кГц, так как именно на этой частоте работает большинство пультов (от телевизора, DVD и т.д.). При нажатии на любую кнопку пульта, будет происходить управление громкостью.

В схеме присутствует кнопка с фиксацией SB2. Пока она нажата, вывод сброса RST подключен к минусу питания и счетчик будет переключаться. С помощью этой кнопки можно осуществить сброс счетчика и уровня громкости до нуля, а если оставить ее в отключенном положении, вывод сброса окажется не стянутым на минус и счетчик не будет принимать сигналы с пульта ДУ, и не будет реагировать на нажатия кнопки SB1.

Рис.5. Переключатели, тактовая кнопка и TSOP приемник с обвязкой выведены на отдельную плату

Аудиосигнал на транзистор регулятора я подаю с усилителя на микросхеме PAM8403. Коллектор VT2 подключен к положительному выходу одного из каналов усилителя (R), а его эмиттер к положительному контакту колонки (красный провод на фото). Отрицательный контакт колонки (черно-красный) подключен к минусу используемого канала. Источник звука в моем случае мини mp3 плеер.

Рис.6. Подключение устройства

Почему использованы подстроечные резисторы?
Хочу обратить ваше внимание на фото задней стороны устройства (рис.2). Там видно, что присутствуют три подстроечных резистора R4, R5, R6 на 100 кОм. Я реализовал только лишь три уровня громкости, потому что остальные резисторы (R7-R12) не поместились на плате. Подстроечные резисторы позволяют настроить уровни громкости для разных источников звука, т.к. они отличаются по мощности аудиосигнала.

Недостатки устройства.
1) Регулирование громкости происходит только вверх по уровню, т.е. только громче. Убавлять сразу не получится, придется дойти до 9-го уровня и затем снова вернуться к начальному уровню.
2) Немного ухудшается качество звука. Наибольшие искажения присутствуют на тихих уровнях.
3) Не осуществляет управление стерео сигналом. Введение второго транзистора для еще одного канала не решают проблему, т.к. эмиттеры обоих транзисторов объединяются на минус питания, что приводит к "моно" звуку.

Усовершенствование схемы.
Можно использовать вместо транзистора резисторную оптопару. Фрагмент схемы представлен на рисунке 7.

Рис.7. Фрагмент этой же схемы с оптопарой

Резисторная оптопара состоит из излучателя и приёмника света, соединенных оптической связью. Они имеют гальваническую развязку, а значит управляющая схема не должна вносить помехи в звуковой сигнал, проходящий по фоторезистору. Фоторезистор под действием света излучателя (светодиода или т.п.) будет изменять свое сопротивление и громкость будет изменяться. Элементы оптопары гальванически изолированы, а значит можно управлять двумя или более каналами аудиосигнала (рис.8).

Рис.8. Управление двумя каналами с помощью резисторных оптопар

Резисторы R4-R12 подбираются индивидуально.

Питание устройства можно осуществлять от USB 5 Вольт. При повышении напряжения следует увеличить сопротивление токоограничивающего резистора R17, чтобы не вышел из строя семисегментный индикатор HG1, а также следует увеличить сопротивление R1, чтобы защитить TSOP приемник. Но не рекомендую превышать питающее напряжение выше 7 Вольт.

К данной статье имеется видео, в котором изложен принцип работы, показана собранная на плате конструкция и проведен тест данного устройства.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
	Компоненты для схемы (рис.1)
DD1	Специальная логика	CD4017B	1	Десятичный счетчик	В блокнот
DD2	Микросхема. Дешифратор	К176ИД2	1		В блокнот
VT1	Биполярный транзистор	2N3906	1	Любой маломощный PNP	В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	2N3904	1	Можно КТ3102	В блокнот
VD1-VD15	Диод Шоттки	1N5817	15		В блокнот
С1		47 - 100 мкФ	1		В блокнот
C2	Конденсатор керамический	0.1 мкФ	1		В блокнот
С3	Конденсатор электролитический	1 - 10 мкФ	1		В блокнот
R1	Резистор	100 Ом	1		В блокнот
R2	Резистор	20 - 100 кОм	1		В блокнот
R3	Резистор	100 - 300 Ом	1		В блокнот
R4-R12	Резистор	Подобрать	9	Подобрать

Фото 1. Собранный регулятор

Думаю, каждый, кто занимался сборкой усилителя, сталкивался с выбором регулятора громкости для своего творения. В этой статье я хочу предложить свой вариант решения – цифровой регулятор громкости с опторазвязкой цифровой и аналоговой части.

Это моя первая статья подобного рода, поэтому прошу сильно не ругать. Все началось с того, что я собрал пару довольно приличных колонок. Слушал я их через ресивер Kenwood середины 90-х, который новые колонки тянул плоховато. Встал вопрос о сборке нового усилителя.

Первое, что встречает на своём пути звуковой сигнал в усилителе, это входной буфер и регулятор громкости. С них я и решил начать. Поскольку усилитель планируется довольно большой (моноблок на 4 канала по ~100 Ватт), то размещать переменный резистор на передней панели и тянуть к нему проводку через весь корпус не хотелось, да и 4-канальный переменник ещё найти надо.

Вторая идея – использовать цифровые резисторы. Однако чипы найти оказалось непросто, да и цена у них тоже не маленькая.

Идея третья – взять готовый цифровой аудиопроцессор типа TDA7313. Идея неплохая. Вытравил печатку, запаял, подключил и не понравилось. Что-то со звуком было не то: появился какой-то неприятный окрас. Да и функционал TDA7313 для меня излишен. Регулятор тембра мне не нужен и мультиплексор тоже.

Идея четвертая – регулятор на релюшках, известный как «регулятор Никитина». Не пошёл по причине отсутствия достаточного количества особых реле и точных резисторов.

И решил я придумать чего-нибудь сам.

--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Архив версии 1. Прошивка, исходники, модель для Proteus. Стартовая версия, вместо - кнопки. Реализовано только управление регулятором.
▼ 🕗 08/03/14 ⚖️ 91,15 Kb ⇣ 47 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи - помоги мне!

Наметившаяся в последнее время тенденция электронного ступенчатого регулирования громкости с использованием коммутации матрицы дискретных резисторов с помощью счетчиков, дешифраторов и аналоговых коммутаторов открывает широкие возможности для создания многоканальных звуковоспроизводящих устройств с практически идентичными характеристиками регулирования. Однако подобные регуляторы обладают недостаточной плавностью регулирования, их выходные сопротивления существенно изменяются в процессе регулировки, а потребляемая ими мощность часто оказывается довольно значительной. Перечисленные недостатки сдерживают применение регуляторов громкости с электронным управлением в высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре.

Автору статьи удалось разработать регулятор громкости, обладающий широким диапазоном регулирования с дискретностью почти на порядок меньше, чем в аналогичных устройствах, описанных в литературе, имеющий небольшие габариты, простой в налаживании. Характеристика регулятора линейна во всем диапазоне регулирования, что особенно важно при малых уровнях громкости. Сигнал можно регулировать в каждом канале отдельно либо в обоих одновременно. Предусмотрены два режима регулирования: пошаговый (громкость изменяется на одну ступень регулирования при каждом нажатии на управляющую кнопку) и автоматический (громкость изменяется в заданную сторону с определенной скоростью).

Основные технические характеристики:

Число каналов регулирования: 2

Диапазон регулирования: не менее 60 дБ

Шаг регулирования: не более 0,24 дБ

Ток потребляемый от источника напряжением +15 В/-15 В: не более 15/6 мА

Принципиальная схема регулятора приведена на рис.1. Громкость регулируется с помощью кнопок без фиксации в нажатом положении SB1- SB4. Их "дребезг" устраняет микросхема DD3. Регулятор содержит также генератор тактовых импульсов на элементах DD1.1 и DD2.1 и двухканальное устройство, каждый канал которого состоит из RS-триггера на элементах DD1.2, DD1.3 (DD4.1, DD4.2), реверсивных счетчиков на микросхемах DD7, DD9 (DD8, DD10), интегрального цифроаналогового преобразователя на микросхемах DA1 (DA2), выходного усилителя на ОУ DА3 (DА4), устройства блокировки случайного перехода от максимальной громкости к минимальной и наоборот на элементах DD2.3 (DD5.2), узла автоматического регулирования на элементах DD1.4, DD2.4 (DD4.3, DD5.3) и элементов DD2.2 (DD5.1), обеспечивающих пошаговый режим.

Работает регулятор следующим образом. При включении питания происходит начальная установка счетчиков обоих каналов регулятора. Прямоугольные тактовые импульсы частотой около 20 Гц с выхода генератора поступают на вход синхронизации микросхемы DD3 (вывод 5). Поскольку остальные ее входы (выводы 4, 14, 7, 13) через резисторы R1-R4 соединены с общим проводом, на выходах этой микросхемы (выводы 2, 1, 10, 11) записываются уровни логического 0. Дальнейшая работа регулятора зависит от того, какую кнопку нажмет оператор. Чтобы обеспечить пошаговый режим регулировки громкости, достаточно однократно нажать на соответствующую функциональную кнопку и затем отпустить ее.

При нажатии на кнопку "+" канала 1 (SB1) на выводе 2 микросхемы DD3 появляется логическая 1. Вследствие этого на выходе элемента DD2.2 устанавливается логический 0 и импульс, поступающий через элемент DD6.1 на выводы 15 счетчиков DD7, DD9, увеличивает состояние последних на 1.

При нажатии на клавишу "-" канала 1 (SB2) логическая 1 появляется на выводе 1 микросхемы DD3 и состояние счетчиков DD7, DD9 уже уменьшается на 1, поскольку с выхода RS-триггера на элементах DD1.2, DD1.3 на выводы 10 счетчиков DD8, DD9 поступит уровень логического 0.

Автоматический режим требует оперирования двумя кнопками. Для регулирования уровня громкости в нужную сторону сначала следует нажать на кнопку с соответствующим функциональным действием, а затем – на вторую кнопку этого канала. При достижении желаемой громкости обе кнопки нужно отпустить.

Так, при нажатии на кнопки SB1, SB2 устанавливается автоматический режим регулирования в первом канале. На выводах 2 и 1 микросхемы DD3 появляются уровни логических 1, вследствие чего на выходе элемента DD1.4 устанавливается уровень логического 0 и тактовые импульсы с генератора начинают проходить на счетный вход счетчиков DD7, DD9. Конденсатор С5 (С6) повышает помехоустойчивость счетчиков при переключении режимов счета.

Выходы двоичных реверсивных счетчиков DD7, DD9 подключены непосредственно к входам управления интегральными ключами цифроаналогового преобразователя DA1. Ключи коммутируют резисторы выполненной интегральным способом матрицы типа R-2R, выход которой нагружен на инвертирующий вход DA3. Благодаря ООС с выхода DA3 на вывод 16 микросхемы DA1 уровень напряжения на выходе регулятора изменяется плавно и с высокой стабильностью. Выходное сопротивление регулятора при этом остается постоянным и определяется выходным сопротивлением ОУ DA3.

На выходе элемента DD2.3 уровень логического 0 присутствует до тех пор, пока на выходах переноса счетчиков (выводы 7) будет уровень хотя бы одной 1. Состояние логического 0 устанавливается на выходах переноса, когда на выходах счетчиков DD7, DD9 (выводы 6, 11, 14, 2) возникает состояние 1111 при увеличении счета и 0000 при его уменьшении. Такая работа счетчиков обеспечивает блокировку элемента DD6.1 и делает невозможным переход от уровня максимальной громкости к минимальной и наоборот. Второй канал работает аналогично первому.

Все детали регулятора, кроме кнопок SB1-SB4, размещены на печатной плате размерами 80х70 мм: а) – вид со стороны установки микросхем, б) – с противоположной стороны, в) иллюстрирует расположение элементов на плате. Последняя крепится к передней панели аппаратуры, вблизи от входа оконечного усилителя (для уменьшения уровня фона).

Плата рассчитана на использование резисторов МЛТ, конденсаторов КМ-6 и К50-16. Кнопки SB1-SB4 без фиксации – ПКН-150-1. Вместо указанных элементов можно применить любые малогабаритные близких номиналов – резисторы ВС, ОМЛТ, конденсаторы К10-7В, K50-6, K53-19, кнопки П2К.

Налаживать регулятор практически не требуется. При необходимости скорость автоматического регулирования можно увеличить, уменьшив сопротивление резистора R5 либо емкость конденсатора С1.

Регулятор сохраняет работоспособность без ухудшения параметров при снижении питающего напряжения до ±5 В.

KA2250, TDA2030A, TC9153. Желание сделать качественный усилитель возникло давно. Выбор свой остановил на TDA потому, что во-первых у нас только оная МС и есть в продаже (из возможного разнообразия), а во вторых 80 ватт более чем достаточно, ну во всяком случае для меня. Кстати везде пишут, что очень много подделок этих МС, но мне пока не попадалось не ни одной такой (может потому, что до еще не добрались?)

Усилитель мощности ЗЧ TK-1

Почему TK-1? Всё просто УМЗЧ назван по первым буквам микросхем, которые в нем использованы: и KA2250, а 1 - значит "первый".

Идея

Желание сделать качественный усилитель возникло давно. Выбор свой остановил на потому, что во-первых из возможного разнообразия у нас только оная МС и есть в продаже, а во вторых 80 Ватт более чем достаточно, ну во всяком случае для меня.

Кстати везде пишут, что очень много подделок среди TDA, но мне пока не попадалось не ни одной такой. Может потому, что до 7295 еще не добрались? Всего на этой МС к сегодняшнему дню собрано около 10 усилителей.

Сначала был сделан пробный вариант по даташиту, и успешно опробован на S90. Звук порадовал, но чего то не хватало (возможно дело в самих колонках). Однако владельцу S90 всё понравилось и усилители благополучно ушли к другу. Через некоторое время было решено сделать усилитель по измененной схеме.

Измененная схема включения TDA7295

--
Спасибо за внимание!

▼ 🕗 21/09/08 ⚖️ 8,7 Kb ⇣ 273 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи - помоги мне!

--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Дополнение от Датагора

О бэкапе уровня громкости

Бэкап состояния микросхемы регулятора громкости возможен. Т.е. выставленный уровень будет сохраняться между включениями усилителя и не будет сбрасываться в ноль.
Такое возможно и опробовано на оригинальной Тошибовской микросхеме TC9153AP. За аналог типа KA2250 не ручаюсь. Опробуйте и отпишитесь в комментах.

Итак, TC9153AP имеет управляющий вход 7 (INH). Необходимый для нормальной работы высокий уровень (лог.1) на нём обеспечивается делителем напряжения на резисторах 10 Ком / 51 Ком. Снятие высокого логического уровня переводит МС в режим отключения и минимального потребления энергии.

Это позволяет использовать для сохранения установленной громкости обычный конденсатор большой ёмкости, подключенный в схему питания МС.
Диод необходим для предотвращения разрядки конденсатора через прочие цепи. Резистор ограничивает ток разрядки конденсатора, продляя "срок жизни" настроек. Настройки сбросятся в ноль, как только напряжение в точке VDD упадет ниже 4,0 Вольт.

Номиналы питающего кондёра и резистора подберите экспериментально. Например, 1000 мкФ и 4,7 - 10 Ком. Пробуйте!

О сбоях регулятора и ошибочном решении

Ошибочно пытаться увеличивать ёмкость С3, что пытается проделать Иван. Конденсатор С3 определяет частоту внутреннего генератора МС, т.е. скорость регулирования. И увеличение его ёмкости до 220Мкф может привести к неработоспособности схемы.

Вероятнее сбои происходят из-за немного неверного схемного решения.

Дело в том, что номинальное напряжение питания чипа TC9153AP лежит в пределах от 6 Вольт (min!) до 12 Вольт (max!), 9 Вольт - идеально. А в приведенной схеме что-то странное наворочено по питанию! Посмотрите, линейный стабилизатор на 5 В, потом всё давится стабилитроном на 4,7 В. В итоге, МС питается экстремально низким напряжением, за абсолютным минимумом.

Всем удачи, Игорь.

Читательское голосование

Статью одобрили 14 читателей.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.

Когда встает вопрос что поставить на вход УНЧ для управления звуком? Решений много можно установить сдвоенный резистор или счетверённый регулятор, а если звуковых каналов намного больше можно применить электронные регуляторы громкости на специализированных микросхемах, но это будет достаточно дорого. Но существуют и простые способы решения этой проблемы.

Принцип работы обоих схем заключается в том, что как только на базу транзистора поступает положительный потенциал через резистор, транзистор открывается и шунтирует вход УНЧ - громкость на его выходе снижается.

Главная особенность схемы - регулятор громкости запоминает уровень последней даже после выключения питания.

Маленькая полезная схема, позволяющая настраивать громкость крутилкой. Вставляется в USB порт, подходит для операционных систем Windows и Андройд. Для андройда есть один недостаток - не работает кнопка MUTING. Драйвера ставить не нужно.

Основа схемы USB экнкодера микроконтроллера ATtiny85 прошивка к нему и печатная плата лежит по ссылке выше. Печатная плата достаточно миниатюрная, чуть больше площади корпуса энкодера.

Прошивки в архиве две, одна под схему выше, другая немного подпилена для увеличение громкости в левую сторону (в случае если энкодер расположить с противоположной стороны печатной платы). Фьюзы также в архиве, читаем в статье.

Микросборка позволяет регулировать громкость цифровым методом. Настройка уровня осуществляется не переменным резистором как в выше рассмотренных схемах, а при помощи специализированной микросхемы. Конструкция состоит из одной микросборки DS1669 и двух кнопок. Первая увеличивает громкость (S1), а другая снижает (S2).

Микросборка представляет собой типовой двухканальный цифровой регулятор громкости с кнопочным управлением. Увеличение уровня громкости осуществляется нажатием на кнопку SB1, а снижение - SB2. Нажатие на SB3 отменяет действия кнопок SB 1 и SB2 и переводит работу LC7530 в режим ожидания с минимальным током потребления.

Первая рассмотренная схема регулятора тембра построена на основе микросборки К140УД1А и используется преимущественно в роли качественных усилителей низкой частоты. Данная конструкция позволяет производит настройку уровня входного сигнала для различных частотных составляющих. Вторая выполнена на микросхеме TDA1524A

Электронная регулировка в данной схеме осуществляется с помощью двух кнопок SB1 громче и SB2 тише.

Многие радиолюбители использующие эту микросборку ругаются на посторонний фон, но как только я заменил неэкранированный провод, на экранированный гул пропал. Единственный минус, который я заметил, при выключении и повторном включении громкость сбрасывается и приходится заново её настраивать. А в целом нормальная схема.