Двухканальный пиковый VU-метр на ATmega8. Стрелочный индикатор звука на LCD дисплее Изготовление печатной платы
Доброго времени суток!
Хоть я и не отношу себя к любителям теплого лампового звука, стрелочные измерители уровня звука или VU-метры, давно меня привлекают. К сожалению сейчас их довольно редко встраивают в фабричные усилители и стереосистемы, а если и встраивают, то в достаточно дорогие устройства. Данный набор будет полезен тем, кто собирает свой усилитель/предусилитель/цап и как и я не безразличен к этим прыгающим в такт музыке стрелочкам.
Небольшое предисловие:
Как и многие радиолюбители, я достаточно давно загорелся идеей собрать свой усилитель. К сожалению из-за малого количества свободного времени пока все ограничилось покупкой тороидального трансформатора на 300 VA и diy набора на lm3886. Надеюсь, что когда-нибудь я докуплю необходимое, все соберу и эти волюметры займут свое почетное место на передней панели усилителя, ну а пока познакомимся с ними поближе.
Упаковка:
Весь комплект был запакован в антистатический полиэтилен:
Внутри лежали два волюметра, завернутые в пупырку, а так же плата драйвера в антистатическом пакетике:
Внешний вид, размеры:
Сами приборы оказались довольно маленькими, и хотя все размеры есть на сайте продавца, я представлял их себе большего размера. Вот фото в сравнении с пальчиковой (АА) батарейкой:
Спереди имеются винты для подстройки нуля, но этого делать не пришлось. Сопротивление измерительных головок - 671 Ом.
Ширина, она же высота, она же диаметр отверстия для установки - 34 мм:
Глубина чуть больше - 37 мм:
Сзади имеются контакты для подключения сигнала (большие ближе к центру) и питания подсветки (маленькие по краям):
Претензий к изготовлению нет, все сделано качественно.
Плата драйвера тоже небольшая - 67х55 мм:
Качество сборки среднее: флюс смыт, но многие компоненты покосило:
Небольшой минус - подписи входов/выходов, постоянно смотреть в список не очень удобно, но и делать это предполагается всего один раз.
Драйвер выглядит достаточно просто. Основную функцию выполняет неопознанная микросхема с маркировкой LB
За ее питание отвечает стабилизатор L7812CV:
Из остальных компонентов: много конденсаторов и резисторов, два подстроечных резистора регулирующих уровень сигнала на волюметры, два мощных токоограничивающих резистора в цепи питания подсветки, диодный мост и npn-транзистор S9013.
Питать драйвер рекомендуют от источника постоянного или переменного напряжения 12-15V / 300mA. Я для тестирования использовал импульсный б/п 12VDC / 1A. Ток потребления при этом составил всего 100 мА, при этом основным потребителем является ожидаемо подсветка. При напряжении 10 В, она потребляет около 48 мА на канал.
Светится подсветка теплым янтарным светом, выглядит красиво:
Тут сразу виден косяк - подсветка одной из головок немного ярче, чем у другой, поскольку лампочки у них имеют немного разное сопротивление 25.86 и 24.76 Ом соответственно. На глаз это практически не заметно, но на фото сразу вылезает. В принципе это легко исправить подобрав и поставив параллельно одному из токоограничивающих резисторов еще один.
Производитель рекомендует держать напряжение подсветки в диапазоне 6-12 В, при этом чем ниже напряжение, тем дольше проработает лампа. Ниже на фото подсветка левого волюметра работает от 7 В, а правого от 10 В. 
При 7 В подсветка работает ощутимо тусклее и сильно желтит.
Нагрев:
В заголовке я не соврал - приборы действительно теплые, ведь для подсветки используются самые настоящие лампы, хоть и накаливания:-) Спустя полчаса работы корпуса немного нагрелись:
Драйвер остался практически холодным, в основном греется диодный мост:
Устройство в работе:
Сигнал на драйвер я подал с линейного выхода звуковой карты, при этом стрелки зашкаливали и пришлось достаточно сильно открутить подстроечники. Входное сопротивление драйвера - 200 кОм. На сайте продавца написано, что драйвер можно подключать и непосредственно параллельно динамикам и все будет работать, но я не рискнул.
VU-метры по определению показывают среднее значение уровня звукового сигнала в децибелах, с временем интегрирования порядка 300 мс. «Откалибровать» их очень просто, достаточно подать на драйвер синусоидальный сигнал максимальной громкости, а затем подстроечниками вывести стрелки на 0 дБ. Отклик по частоте линейный, при свипировании частоты стрелки не двигаются:
А вот с линейностью по амплитуде не все так хорошо, если сравнивать со шкалой регулятора громкости foobar, то приборы занижают показания примерно в полтора раза (в децибелах), возможно конечно врет фубар или проблемы в звуковой карте.
Ну и на последок небольшое видео, демонстрирующее работу измерителей в реальных условиях:
На мой взгляд с основной своей задачей - дергать стрелочками под музыку и красиво выглядеть эти волюметры справляются отлично. Для профессионального использования они вряд ли подойдут, но там, в эру цифрового звука они уже и не используются.
К минусам на мой взгляд можно отнести только маленький размер, я бы сделал их раза в полтора побольше, но тут дело вкуса.
Также светодиоды в подсветке были бы долговечнее, но возможно с ними трудно добиться такого-же теплого свечения как у лампы при слабом накале.
Спасибо за внимание!
П.С. На случай перегоревшей лампы продаются и измерительные головки отдельно, но по цене они как половина набора:
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Планирую купить +14 Добавить в избранное Обзор понравился +43 +66Вашему вниманию предлагается ещё один индикатор выходного напряжения для усилителя мощности. Данный индикатор собран на микроконтроллере ATMEGA8 . В нём для индикации уровня сигнала, используются две линейки из 33-х светодиодов, вернее из 32-х, так как оба первых светодиода в двух каналах, горят постоянно для обозначения начала шкалы (или хоть какой то индикации при отсутствии сигнала). При желании их можно не устанавливать. Индикатор может работать в линейном и логарифмическом режиме отображения уровня сигнала, также индикация может быть линией или точкой с отображением пиковых уровней сигнала и без отображения пиковых уровней. Индикатор позволяет выбрать эти режимы работы в любом сочетании:
- Линейное или логарифмическое преобразование уровня.
- Отображение текущего уровня столбиком или точкой.
- Включение или выключение отображения пикового уровня.
Рисунок 1.
Собранный индикатор.
Подробности.
За основу этой схемы индикатора, был взят VU-метр, где был всего один режим работы и без индикации пиковых уровней сигнала. Михаил Сергеев немного изменил изначальную схему индикатора для повышения его надёжности и расширению функциональности устройства. В частности был добавлен трёх-позиционный Dip-переключатель для выбора необходимых режимов индикации, и добавлены токо-ограничивающие резисторы. Программу для новой схемы с расширенными возможностями, написал Николай Егоров.
Рисунок 2.
Схема индикатора.
Схема индикатора собрана на микроконтроллере ATmega8.
Входной сигнал поступает на входы микроконтроллера через ограничительные резисторы RxL
и RxR
. Без них при сильном сигнале с усилителя (при подключении индикатора к выходу усилителя мощности) - возможно повреждение микроконтроллера.
В индикаторе применена динамическая индикация. Все светодиоды индикатора - образуют четыре секции по 16 светодиодов (первые два горят постоянно). Для увеличения яркости светодиодов, секции включаются ключами на транзисторах BC337, вместо которых можно использовать любые средней мощности, соответствующей структуры. Было также замечено, что при закрытых транзисторах, происходит незначительная подсветка чувствительных светодиодов выключенных секций. Поэтому для устранения этого явления были установлены резисторы R10 -R13 (470 Ом). Резисторы эти изначально на плату можно не устанавливать, если засветка не наблюдается.
Микроконтроллер ATmega8 имеет ограничение по суммарному току, протекающему через любой вывод питания, который составляет 300 мА. Максимальный ток через любой другой вывод не должен превышать 40 мА. Поэтому ток через один светодиод не должен превышать 15-18 мА. Это необходимо учитывать при подборе ограничительных резисторов в цепях светодиодов. Для светодиодов с рабочим напряжением 2.5 вольта, сопротивление ограничительных резисторов не должно быть менее 110 ом.
Сопротивление ограничительных резисторов для применяемых в схеме светодиодов, можно рассчитать по следующей формуле;
R=(Udd - Ut - Uled)/Imax
Udd - напряжение после стабилизатора, 5 вольт
Ut - падение напряжения на открытом ключе, примерно 0.5 вольт
Uled - номинальное напряжение светодиода
Imax - максимальный ток светодиода, но не более 18 мА
Выбор необходимого режима работы индикатора, осуществляется DIP-переключателями SW1 -SW3 , при отсутствии которых можно использовать, коммутируемые джамперами перемычки.
Программа рассчитана на работу микроконтроллера от внутреннего RC-генератора с частотой 1 МГц, поэтому изменения заводских фьюзов микроконтроллера при программировании не требуется.
Индикатор лучше всего подключать на выход предварительного усилителя, чтобы регуляторы громкости и тембра не оказывали влияние на индикацию. Для зажигания всех светодиодов, на вход индикатора необходимо подать сигнал, напряжением 2 вольта. Если Ваш предварительный усилитель не обеспечивает необходимый уровень сигнала на входе индикатора, то его входную часть (индикатора) нужно дополнить дополнительными усилителями (один корпус LM358) по следующей схеме (показан один канал).
Рисунок 3.
Предварительный усилитель.
В целом, конструкция не критична к выбору деталей. Постоянные резисторы могут быть любой мощности. В качестве ограничительных резисторов, и резисторов подключенных к DIP-переключателям, можно использовать и резисторы SMD, для них предусмотрены контактные площадки на печатной плате. При этом отверстия для установки обычных резисторов, которые устанавливаются на эти места вертикально, можно не сверлить.
При подборе замены транзисторов необходимо учитывать максимальный ток коллектора, который должен быть не менее 300 мА. Диоды - любые маломощные, с обратным напряжением не меньше амплитуды напряжения, выдаваемого усилителем на максимальной мощности.
Рисунок 4.
Печатная плата индикатора.
Индикатор собран на печатной плате, размером 100х70 мм. Светодиоды для индикатора используются плоские и установлены они на плату вплотную друг к другу широкой стороной.
Да, для того, чтобы зажженные светодиоды не засвечивали своим свечением соседние, между ними желательно проложить светоотражающий материал, например кусочки пищевой алюминиевой фольги.
Вы можете по своему желанию изменить размеры печатной платы, как в длину, так и в ширину, например, применив круглые светодиоды (длинна платы естественно увеличится), или поставить плоские светодиоды узкой стороной друг к другу.
Рисунок 5.
Светодиодная матрица.
В конструкции можно применять и светодиодные матрицы, подобны таким или меньшим (по 10 светодиодов). Засветки соседних светодиодов в таких матрицах нет.
Стабилизатор 7805, установлен на небольшом радиаторе.
Посмотрите демонстрационное видео своего варианта реализации данной схемы индикатора от Михаила Сергеева. Своеобразное решение оформления и при работе выбран режим линейного отображения, с индикацией пикового уровня.
Видео.
В прикреплённом архиве содержатся все необходимые файлы для сборки индикатора.
Архив для статьи
Помню, как лет в десять впервые взялся за паяльник и к годам так к четырнадцати уже собрал радиуправляемую машину, но с появлением компьютера как то-забросил это благородное занятие. И вот, буквально две недели назад, меня посетила идея сделать что нибудь красивое. Подумал и решил сделать VU - meter. Начал перекапывать форумы по электронике, в поисках наилучшей, на мой взгляд, реализации данного девайса. Спустя день поисков я наткнулся статью в журнале “РадиоХобби ”, поискав еще немного я нашел рисунок печатной платы. Так что, что ни логика ни печатная плата мне не принадлежит, предложил данную схему, как написано в журнале - Марцин Вьязаня.Тут начинается самое интересное…
Осторожно трафик
Это прецизионный индикатор уровня звукового сигнала с расширенным динамическим диапозоном и повышенной точностью индуцируемых уровней. Звуковой сигнал поступает на прецизионный детектор, выполненный на ОУ U1, диодах D1, D2 и конденсаторе C6. Выпрямленное и сглаженное напряжение с выхода детектора поступает непосредственно на вход ИМС драйвера линейки светодиодов U2 и через делитель R4R5, ослабляющий сигнал на 5 дБ, - на аналогичный драйвер U3. Выходы обоих драйверов перемежены так, что их одноименные выводы в общей линейке из семнадцати светодиодов D3-D19 соответствуют уровням, смещенные на эти самые 5 дБ (уровни срабатывания дБ на схеме) указаны справа от светодиодов). Таким образом обеспечена индикация сигналов уровнем от -23 дБ до +5 дБ с шагом в 1дБ для уровней от -6 до +5 дБ. Вместе с цветовой маркировкой (D19-D17 - красные, D16, D15 - желтые, остальные зеленые) такое построение индикаторов обеспечивает удобное наблюдение за уровнем сигнала вблизи номинального. Питание устройства осуществляется от однополярного источника напряжением 12 В. ИМС интегрального стабилизатора U4 обеспечивает питание линейки светодиодов и через R6D20-D22 формирует опорные напряжения «искусственной земли» для ОУ U1 и драйверов U2, U3. Чувствительность устройства 0.775 В = 0 дБ, верхняя граница частотного диапазона 22 кГц«РадиоХобби» 1/2008, с. 23-24
Вообще статья нацелена на аудиторию читателей владеющих базовыми навыками работы с паяльником и желающих сделать что нибудь интересное, имеющее практическое применение и не слишком сложное в реализации. В статье описывается голый тестовый образец, в будущем я планирую заказать оргстекло размерами 15 * 150 * 100 мм, их будет 20 штук на каждый из двух каналов, блоки будут расположены горизонтально. В каждом блоке будет по 3 диода. Должно получиться что то вроде VU - TOWERов.
Ближе к делу
Изготовление печатной платы
Для начала нам нужно вытравить печатную плату. Для этого берем немного денег и едем на радиорынок, или другое место где можно купить:- Стеклотекстолит односторонний размером 10*15 (~50р )
- Хлорное железо (~60р за 100г )
- Глицерин (~40р )
- Фотобумага Lamond глянцевая 120 или 140 г/м^2 (~200р за 50 листов )
- Ацетон
После того как мы запаслись всем необходимым мы можем приступать к изготовлению платы.
Скачиваем любую программу для открытия *.lay (я использовал Sprint Layout 5
) и скачиваем проект платы .
Печатаем на лазерном принтере рисунок платы, при этом желательно в настройках драйвера принтера указать высокую контрастность и качество печати. Также в Sprint Layout убираем слой с подписями, и цвет дорожек ставим черный. Необходимо печатать в зеркальном отображении. Бумагу желательно не трогать пальцами за поверхность, чтобы не оставить на ней жирные пятна.
После печати аккуратно вырезаем ее и пока откладывам.
Берем стеклотекстолит уже разрезанный под нужные размеры (115 * 45 мм), шлифуем мелкой шкуркой, и удаляем жирные пятна ацетоном или средством для снятия лака.
Далее прикладываем принт тоннером вниз к стеклостекстолиту и очень тщательно проглаживаем утюгом на максимальной температуре. Это очень важный момент, неоюходимо прогладить каждый уголок, каждый квадратный миллиметр бумаги. Гладим пока бумага слегка не пожелтеет. На это у меня ушло около 5 - 7 минут.
Даем плате остыть 5 - 10 минут, и подставляем под струю воды. Аккуратными движениями пальцев скатываем бумагу, пока она полностью не отделится от пластинки. На данном этапе важно хорошо проверить качество принта, так как если останутся места где не отпечатался тоннер они вытрявятся и контакты буду разорваны. Если все плохо то повторяем процесс заного, если есть небольшие косяки, то замазываем их маркером.
Далее готовим раствор хлорного железа в воде. Обычно хватает 100 г порошка на 0.5 - 0.7 литра воды. Засыпаем порошок в воду, а не наоборот и маленькими порциями, так как реакция идет с выделением большого количество тепла. Перемешивая доводим до равномерно ржавого цвета.
Аккуратно под углом опускаем нашу плату в раствор, держим некоторое время периодически проверяя как идет процесс. В среднем процесс травления идет от 10 до 40 минут.
Когда вся ненужная медь будет вытравлена, достаем плату и промываем под струей воды. Далее внимательно рассматриваем плату на наличие остатков меди и разрывов. Если таковых нет, то все получилось замечательно и печатная плата почти готова. Осталось совсем немного. Снова берем ацетон и аккуратно ваточкой удаляем тоннер с платы.
Можно начинать сверлить. Так как бормашины у меня нет, как и других точных инструментов я использовал обычную строительную дрель.
Далее нам необходимо залужить плату. Ставим паяльник разогреваться, а пока берем ватную палочку мокаем в глицерин и наносим слой на плату. Когда паяльник разогреется берем жалом немного припоя и проходим по всем дорожкам платы. Лучше покрыть все дорожки оловом, чтобы исключить окисление меди и быть уверенным что нигде не разорван контакт. После чего отмываем плату от глицерина под струей воды и даем ей высохнуть.
Итак печатная плата готова. Теперь можно приступить с наполнению ее электронными компонентами.
Наполнение платы начинкой
Список покупок
- ИМС LM3916N-1 PDIP18 * 2шт (~100руб каждая)
- Стабилизатор напряжения 78L05 - 1шт (~20р) *
- Диоды 1N4148 (КД522А) 150мА, 100В DO-35 * 5шт (~1р каждый)
- Операционный усилитель TL081 PDIP8 - 1шт (~20р)
Конденсаторы:
- К10-17А Н50 0.1мкФ * 2шт (~5р)
- К10-17А Н90 0.33мкФ - 1шт (~5р)
- К50-35 47мкФ 16В * 3шт (~5р)
- К50-35 470мкФ 16В - 1шт (~5р)
Резисторы
- 330 Ом
- 2.2 кОм
- 3.0 кОм
- 3.9 кОм
- 47 кОм
- 120 кОм
- Резистор подстроечный на 10кОм, я брал 3362-1-103 (~20р)
Я брал С1-4 0.25 Вт подошли отлично, берите каждого по 5 штук, останутся лишние нестрашно, лучше иметь прозапас нежели мотаться снова по магазинам за компонентом из за сломанной ножки.
*Насчет стабилизатора напряжения. Изначально спаял схемы на 78L05, после включения он очень сильно грелся, стабилизатор расчитан на 100мА потребеление диодов оказалось много выше, поэтому я заменил его на LM7805 в корпусе ТО220, который рассчитан уже на 1А и закрепил на него радиатор. Так что если диоды будут с большим амперажом то советую позаботиться и о стабилизаторе.
Так же при желании можно позаботиться и о панельках для микросхем, ибо выпаивать микросхемы в случае неисправности довольно проблематично.
Думаю процесс паяния не нуждается в объяснении, поэтому предлагаю вашему вниманию просто фотографии без комментариев.
Демонстрация рабочего образца
И еще одно видео, уже два собранных драйвера
Вывод
Вообще на сборку ушло около одного вечера, цена вопроса примерно 600 рублей с учетом стоимости диодов. Как использовать данное устройство зависит от вашей фантазии, о своей задумке я рассказал, думаю данный драйвер неплохо впишется в компанию к сабу в машине да и в любую акустическую систему. К тому же данный драйвер имеет 2 режима отображения уровня сигнала: BAR и DOT. Для их переключения необходимо замкнуть или разомкнуть контакты, обозначенные на печатной плате S1P/L. Особенно понравилась реализация данного девайса с использованием оргстекла, когда режутся блоки толщиной 10 - 20мм и в каждый блок вставляется диод. Выглядит очень красиво.Хочется еще добавить, что это часть одного большого проекта по сборке домашней аудиосистемы в которую войдут:
- Внешний USB ЦАП
- Графический эквалайзер на 10*2 полос
- Анализатор спектра 20 * 20
- Усилителя с темброблоком на энкодерах
- И многое другое, исключительно своими руками
