Kaj neki je pesnik mislil s tem? Tudi sam sem se spraševal, kako članku dati naslov. Equalizer, ekvalizator, same čudne besede. Ker pa bom pisal o napravi, ki ni samo to, pa jo je še težje poimenovati. V bistvu gre za stereo kontrolo glasnosti (volume), ravnovesja levi-desni (balance), ravnovesja spredaj-zadaj (fader) ter 5 stopenjske nastavitve barve zvoka. Poleg tega ima tudi funkciji utišanja (mute) in dodatnega ojačanja basov (bass boost). Upam, da mi ne boste zamerili, ker bom v članku največ uporabljal besede v oklepajih.

Vsebina:

Zgodovina I2C-vodila
Protokol I2C vodila
Nekaj o TEA6330T
Nekaj o TEA6360
Shema audio procesorja
Montaža vezja in umerjanje
Navodilo za uporabo naprave
Programska oprema
Za konec
Spisek materiala
Tiskano vezje

Jedro naprave je zopet mikrokontroler, vendar pa to pot naš stari znanec 2051 ni imel več dovolj spominskega prostora, zato sem moral uporabiti njegovega večjega brata AT89C4051. V njem se izvajajo rutine skeniranja tipkovnice, pisanja na LCD-zaslon ter komunikacija s tremi pomembnimi elementi našega vezja – procesorjema zvoka in serijskim EEPROM-om. Analogni del je razdeljen na dva dela, torej se nahaja v dveh integriranih vezjih. Prvo od teh je TEA6330T in drugo TEA6360 od Philipsa. Posebnost teh vezij je ta, da komunicirajo preko I2C-vodila, ki je dandanes zelo razširjeno in predstavlja enega izmed standardov za medsebojno komunikacijo integriranih vezij. Glede na to, da ste o mikrokontrolerjih že veliko slišali, o sedaj omenjenih vezjih pa verjetno malo ali še nič, vam jih bom na kratko predstavil, še prej pa nekaj kratkih informacij o I2C vodilu.

Zgodovina I2C-vodila

I2C-vodilo je razvilo podjetje Philips semiconductors v zgodnjih osemdesetih letih. Njegov osnovni namen je bilo enostavno povezovanje procesorja (CPU) s perifernimi enotami v TV-sprejemniku. Običajni računalniški sistemi uporabljajo paralelna vodila za opravljanje takšne naloge. Rezultat tega je veliko bakrenih povezav na tiskanem vezju za podatkovne in naslovne linije, da sploh ne omenjamo kup dekoderske kogike, ki vse to povezuje. V izdelkih široke potrošnje, kot so audio-video naprave, je tako povezovanje nesprejemljivo. V teh napravah šteje vsaka komponenta in komponenta manj pomeni večji dobiček za proizvajalca in nižjo ceno za končnega potrošnika. Poleg tega ima veliko število linij za posledico, da je naprava bolj podvržena tako elektromagnetnim motnjam kot elektrostatičnim razelektritvam. Raziskava, ki so jo naredili v Philipsovih laboratorijih v Eidhovnu na Nizozemskem je imela za posledico novo dvožično vodilo imenovano I2C-vodilo ali I2C-bus. I2C je sinonim za Inter-IC bus.  Že samo ime pove njegov namen: medsebojno povezati integrirana vezja.
V današnjih dneh se je vodilo razširilo izven svojega AV področja. Vodilo je široko sprejeto v industriji integriranih vezij, saj so si ga priredili mnogi izdelovalci  le-teh.

Slika 1: Simbol za I2C-protokol

Protokol I2C vodila

Vodilo se fizično sestoji iz dveh signalnih linij in mase. Aktivini liniji SDA (Serial Data) in SCL (Serial Clock) sta obojestransko propustni. Vsaka komponenta, priključena na vodilo ima svoj unikaten naslov, pa naj si bo to CPU, LCD, gonilnik ali IC s kompleksno funkcijo. Vsak od teh IC-jev je lahko oddajnik in/ali sprejemnik, odvisno od njegove funkcije. Očitno je, da bo LCD-gonilnik samo sprejemnik, medtem ko bo spominski IC sprejemnik in oddajnik podatkov. Torej, na vodilu je lahko več »gospodarjev« (po domače Bus Master).
Po specifikacijah I2C vodila je Bus Master tisti IC, ki izda ukaz po vodilu, torej prvi pošlje podatke. V tem trenutku so vsi ostali IC-ji »sužnji« ozirom Bus Slaves. Kot sem že omenil, je na I2C-vodilu lahko več gospodarjev, kar pomeni da je lahko na vodilu več IC-jev, ki so sposobni pričeti s prenosom podatkov. Mastri so ponavadi mikrokontrolerji.
Pa si oglejmo primer Inter-IC klepeta, kjer se CPU želi pogovarjati z enim od sužnjev.

CPU generira START stanje. To pomeni »Pozor, prisluhnite« in vsi IC-ji na tem vodilu čakajo na prihajajoče podatke. Potem CPU pošlje naslov prejemnika, za kar porabi 8 clock ciklov. V tem trenutku bodo vsi sužnji primerjali naslov, ki ga pošilja CPU s svojim. Če se ne ujema, enostavno čakajo naprej na STOP stanje in ne naredijo nič. Če se naslov ujema, bo IC to sporočil nazaj z ACKNOWLEDGE signalom, katerega sprejme CPU in prične s sprejemanjem ali oddajanjem podatkov. Na koncu sledi še STOP stanje, ki ga generira CPU in na ta način sprosti vodilo, ki je pripravljeno na naslednji prenos podatkov.

I2C v praksi

Kot sem že omenil, je vodilo v praksi sestavljeno iz dveh aktivnih vodov, ki sta po naravi obojestransko prepustne. Uporablja se odprti kolektor ali odprti ponor, odvisno od tehnologije samega IC-ja.

Poleg tranzistorja je na vsakem od pinov tudi buffer s Schnitt trigger karakteristiko, ki filtrira motnje iz okolice. Ko se na vodilu nič ne dogaja, sta obe liniji na visokem potencialu. Upoštevati moramo, da je potrebno namestiti zunanja pull-up upora, saj so pull-up upori v IC-jih zanemarljivi.
Ta tehnika ima za slabo stran predvsem to, da se pri dolgih povezavah pojavi nezanemarljiva RC-konstanta, kjer pull-up upor predstavlja upornost in vodi kapacitivnost. Ker so pull-up upori pasivni, tvorijo z ožičenjem RC-konstanto, ki bistveno vpliva na obliko signala. V določeni kritični točki to lahko pripelje do dejstva, da sprejemni IC ne bo več ločil 1 in 0.
O I2C vodilu bi se dalo napisati še veliko, vendar o tem morda v posebnem članku.

Nekaj o TEA6330T

TEA6330T je bipolarno integrirano vezje namenjeno nastavljanju glasnosti, ravnovesja ter visokih in nizkih tonov, predvsem za potrebe avtoakustike. Kot dodatek ga lahko povežemo z equalizerjem, vendar v tem primeru odpade nastavitev visokih tonov.

Značilnosti:

• Stereo hi-fi procesor zvoka namenjen predvsem za avtoakustiko, s kontrolo glasnosti, ravnovesja (levo/desno, spredaj/zadaj)
• Kontrola ravnovesja spredaj/zadaj do –30dB v korakih po 2dB
• Hitro utišanje preko vodila ali preko posebnega pina
• Primeren za povezavo z zunanjim equalizerjem, ki deluje preko I2C vodila
• Vse ukaze sprejema po I2C-vodilu
• Reset ob vklopu (POR) postavi napravo v stanje tišine (general mute ali GMU)
• AC in DC zaščita pred kratkim stikom na sosednjih pinih

Glavne karakteristike:
 

V našem primeru bomo uporabili napajalno napetost 8V, kar je najlažje izvedljivo zaradi standardnega regulatorja 78L08.

Integrirano vezje sestavlja interni napajalni del, kontroler za I2C-vodilo, kontrola glasnosti za posamezni kanal, tonska kontrola ter stopnja za uravnavanje ravnovesja spredaj/zadaj z izhodnim ojačevalnikom, kar je razvidno tudi s spodnje sheme.

Nastavitev glasnosti v samem integriranem vezju se vrši s pomočjo uporovne verige in večvhodnimi operacijskimi ojačevalniki. S tem se doseže zelo nizek šum, nizka harmonska popačenja ter zelo širok dinamični razpon. Ločeno nastavljanje glasnosti za posamezni kanal omogoča uporabo uravnovešanja ali »balanciranja« levega in desnega kanala, ki mu v knjižni slovenščini rečemo balance. Za kontrolo glasnosti se nahaja prilagodilno vezje za zunanji equalizer. V tem primeru se nastavljanje visokih tonov izključi, s pomočjo nizkih tonov pa lahko dodatno ojačimo base, kar sem uporabil tudi pri funkciji »Bass boost«.

V primeru, da z našo kontrolo basov (+15 do –12 dB) nismo zadovoljni, lahko namesto kondenzatorja vežemo na njegove priključke T filter, s katerim popravimo ojačanje oziroma slabljenje basov na +20/-15 dB.

Poleg utišanja posameznega kanala lahko utišamo vse izhode hkrati preko I2C- vodila, tako da nastavimo GMU (general mute) bit, poleg tega pa nam vezje omogoča tudi utišanje izhodov preko zunanjega pina, kar je še posebej uporabno v avtomobilih z inštalacijo mobilnega telefona, ki lahko utiša glasbo.

Kot vidite, je potrebno zelo malo zunanjih komponent, tudi zahvaljujoč I2C-vodilu, zaradi katerega se izognemo potenciometrom in podobnim rečem, ki nam zaradi šumov in prasketanja lahko zagrenijo audiofilske užitke. Vezje ima I2C naslov 128 (80h) in nima možnosti večih naslovov.

TEA6360

je monolitno integrirano vezje z integriranim petkanalnim stereo equalizerjem, katero se največkrat uporablja v avtoradijih, glasbenih centrih in televizijskih sprejemnikih. Omogoča nastavitev frekvenčne karakteristike, s čimer si prilagodimo barvo zvoka glede na naš prostor, vrsto zvočnikov in seveda naš okus.

Značilnosti:

• monolitni integrirani stereo petkanalni equalizer
• pet filtrov za vsak kanal
• centralna frekvenca, pasovna širina in maksimalno ojačenje/dušenje je definirano z zunanjimi komponentami
• »DEFEAT« način delovanja (brez korekcije zvoka)
• vse stopnje so povezane med sabo direktno, brez ločilnih kondenzatorjev
• I2C-vodilo za kontrolo vseh funkcij
• dva možna naslova za I2C-vodilo (MAD pin)

Kot lahko vidite na zgornji sliki, je vezje sestavljeno iz desetih filtrov, po pet za vsak kanal. Ostane nam edino blokirni kondenzator in equalizer je narejen. Ker se povezuje na TEA6330T direktno, odpadejo vsi vezni kondenzatorji. Vezje ima I2C-naslov 132 (84h), če je pin MAD na masi, če je na Vcc ali v zraku, pa je naslov 134 (86h)
Za ostale podatke priporočam, da si ogledate originalne datasheete, ki jih lahko najdete na Philipsovi domači strani.

Shema audio procesorja

Shema se sestoji iz napajalnega dela, digitalnega dela s prikazovalnikom, kamor spada tudi EEPROM-pomnilnik ter analognega dela, na katerem je digitalni samo prenos podatkov preko I2C-vodila.

Napajalni del je klasičen, realiziran z dvema integriranima stabilizatorjema 78L08 in 78L05. Napetost +5V (U2) potrebujemo za napajanje mikrokontrolerja, displeja in EEPROM-a, +8V (U1) pa za napajanje analognega dela. Napetost U1 vklaplja in izklaplja mikrokontroler. Zener dioda kompenzira razliko v napajalni napetosti. Brez nje bi tranzistor ostal odprt tudi takrat, ko bi šel P1.0 na logično 1.

Digitalni del sestavljajo mikrokontroler AT89C4051, ki sprejema ukaze preko tipkovnice in kontrolira delovanje vseh podrejenih sklopov, kamor spada tudi serijski EEPROM, v katerega se ob izklopu shranijo nastavljene vrednosti. EEPROM zdrži po podatkih proizvajalca kar 1.000.000 pisalnih ciklov. Torej boste lahko najmanj milijonkrat vklopili in izklopili svojo napravo. Pri petih vklopih na dan naj bi vam torej zdržala skoraj 550 let. Shema, ki jo vidite, bi lahko brez problemov služila tudi kakemu drugemu namenu in je dokaj univerzalna in razumljiva, zato o njej ne bom zgubljal besed. Morda se vam zdi nenavadno to, da je priključek TP1, ki bi moral biti na masi, priključen na P1.1. To pa zato, da se ob izklopu naprave počisti tudi displej, ki bi sicer lahko imel zaradi kontrasta v izklopljenem stanju siv raster. Posamezni priključki na konektorju CN3 imajo naslenje funkcije:
 
 

Analogni del sestavljata že omenjeni integrirani vezji z okoliškimi elementi. TEA6330T skrbi za glasnost posameznega kanala ter tako za ravnovesje levo/desno, prav tako pa lahko nastavljamo ravnovesje spredaj/zadaj in poudarjamo nizke frekvence s funkcijo BASS BOOST. TEA6360 ima po pet filtrov za vsak kanal, ki tvorijo pet kanalni equalizer. Edina povezava med digitalnim in analognim delom je I2C vodilo. Vse izhode hkrati lahko utišamo preko vhoda MUTE, kamor pripeljemo logični signal (1=tiho). O vezjih sem že pisal, tako da naj bo to vse, 16 pinski konektor CN4 ima naslednjo razporeditev:
 
 

Osnovne karakteristike:
 
 

Montaža vezja in umerjanje

Tiskano vezje si lahko naredite sami s pomočjo priložene predloge. Priporočam, da najprej prispajkate vse SMD upore in kondenzatorje, pri čemer si pomagajte z razporedom elementov na sliki 12. Nato se lotite spajkanja kratkospojnih mostičkov, katerih je šest. Prispajkajte podnožje za mikrokontroler, trimer potenciometer, oba stabilizatorja, konektorje in elektrolitske kondenzatorje (slika 13). Šele na koncu se lotite spajkanja integriranih vezij in nazadnje vstavite SPROGRAMIRAN mikrokontroler v podnožje. Pri spajkanju SMD-komponent morate biti izredno pazljivi, da ne naredite kakega kratkega stika s spajko. Ko vezje sestavite, pred priklopom obvezno preverite vse spoje, da ne bi prišlo kje do kratkega stika. Dobra stran SMD-komponent je (poleg tega, da zavzamejo malo prostora) ta, da lahko spajkate eno povrh druge. V primeru, da nimate 6,2k upora, ga naredite z vzporedno vezavo uporov 6,8k in 68k. Najprej na svoje mesto prispajkate enega izmed uporov, potem pa povrh njega še drugega. Isto lahko storite s kondenzatorji, kjer npr. 18nF kondenzator nadomestite z 10nF in 8,2nF. Na tiskano vezje tipkovnice direktno prispajkajte ploščati kabel, na drugi konec pa nanj stisnite ženski del Speedy 10 konektorja. Seveda si lahko omislite povsem svojo tipkovnico. Vezje ne potrebuje nikakršnega umerjanja. Edino, kar nastavite je kontrast na LCD-displeju in že ga lahko preizkusite.

Navodilo za uporabo naprave

Ko boste vezje prvič zagnali, vam bo v primeru, da je bilo vse v redu, LCD čestital za uspešno sestavljanje. Ob prvem zagonu je EEPROM prazen. Mikrokontroler to zazna in postavi vse spremenljivke na svoj izhodiščni položaj. Spremenljivke se shranijo v EEPROM vsakič, ko napravo izklopite preko tipke ON/OFF. Če boste izklopili napajanje, se vrednosti ne bodo shranile v EEPROM. Za to varianto sem se odločil zato, ker EEPROM nima neomejenega števila pisalnih ciklov, da bi vanj shranjeval spremenljivke sproti ob vsaki spremembi.
Ko je naprava vklopljena, se vam na displeju pokaže »Volume: 0«. S tipkama + in – lahko povečujete ali zmanjšujete glasnost. Če tipko tiščite, bo glasnost naraščala. Glasnost se lahko nastavlja od 0 do 44 v korakih po 2dB. Ko imate na displeju izpisano »Volume: xx«, lahko pritisnete tipko MUTE in utišate izhode. Na displeju se izpiše »MUTED«. S ponovim pritiskom na to tipko se funkcija izključi.
Do ostalih nastavitev pridete s pritiskanjem (ali tiščanjem) tipke »MODE«, vrstni red pa je naslednji: Volume (privzeto), Balance, Fader, 60Hz, 200Hz, 800Hz, 3kHz in 12kHz. Balance in Fader se lahko nastavljajo od –15 do + 15, medtem ko equalizer od – 5 do + 5. V način za nastavljanje glasnosti se lahko vrnete s pritiskanjem na tipko »MODE«, ali pa počakate 10 sekund, da se preklopi samodejno. Funkcijo »BASS BOOST« lahko vklapljate, ko ste v enem od načinov za nastavljanje equalizerja.
Kot sem že omenil, se ob izklopu vse nastavitve shranijo v EEPROM, ob ponovnem vklopu se vrednosti samodejno nastavijo. Posebnost je glasnost, ki narašča ob vklopu postopoma na shranjeno vrednost. Če želite naraščanje ustaviti (recimo, da ste ob izklopu imeli veliko glasnost, zdaj pa je ne želite), pritisnite na tipko – in naraščanje se ustavi.

Programska oprema

Program, shranjen v mikrokontrolerju, je napisan v programu Bascom-8051 in zasede predvsem zaradi I2C in LCD-rutin skoraj polne 4kB. Ker je program dokaj kompleksen, ga ne bom opisoval preveč podrobno, ampak bom opisal le nekaj najbolj zanimivih rutin, ki se tičejo I2C-protokola.

Branje EEPROM-a, rutina Read_eeprom:

I2cstart               'Prični s prenosom podatkov
I2cwbyte 160           'Naslov EEPROM-a - pisanje
I2cwbyte 1             'Naslov spominske lokacije
I2cstart               'Ponovi START
I2cwbyte 161           'Naslov EEPROM-a – branje
I2crbyte Vol , 8       'Preberi glasnost
I2crbyte Bal , 8       'Preberi Balance
I2crbyte Fad , 8       'Preberi Fader
I2crbyte Fil(1) , 8    'Preberi filter 60Hz
I2crbyte Fil(2) , 8    'Preberi filter 200Hz
I2crbyte Fil(3) , 8    'Preberi filter 800Hz
I2crbyte Fil(4) , 8    'Preberi filter 3kHz
I2crbyte Fil(5) , 8    'Preberi filter 12kHz
I2crbyte Bassboost , 9 'Preberi Bass boost
I2cstop                'Ustavi prenos

Na ta način se postavijo vse spremenljivke ob vklopu na želeno stanje. Kot ste morda opazili. potrebuje eeprom pred pričetkom simulacijo pisanja, tako imenovan Dummy write, ki sinhronizira podatke. Pisanje v EEPROM je podobno

Pisanje v EEPROM, rutina Poweroff

I2cstart               'Prični s prenosom
I2cwbyte 160           'Naslov EEPROM-a – pisanje
I2cwbyte 1             'Naslov spominske lokacije
I2cwbyte Vol           'Vpiši glasnost
I2cwbyte ...           'itd.
I2cstop                'Zključi prenos podatkov
Waitms 50              'Počakaj, da se podatki zapišejo
                       'v EEPROM, preden jih bereš

Pri pisanju v EEPROM morate biti pozorni na to, da ne zapišete preveč byte-ov hkrati. EEPROM namreč deluje tako, da podatke, ki jih dobi po vodilu najprej shrani v svoj RAM, ko dobi ukaz STOP, pa začne s svojim interno določenim pisalnim ciklom, ki traja do nekaj 10 ms. Med tem časom se ne odziva na ukaze iz vodila in tudi napajalno napetost mora imeti zagotovljeno. Če v njegov ram zapišete več kot 16B hkrati, se mu naslovni register resetira (vrti se v krogu) in podatki se prepišejo z novimi!
Sam program je sestavljen iz velikega števila dokaj enostavnih rutin, o katerih ni potrebno zgubljati besed.

HEX datoteko, ki jo potrebujete za omenjeni projekt dobite tukaj, in sicer HEX ali ZIP.

Za konec

Uspelo nam je zgraditi napravo, ki je majhna za vgradnjo v ohišje, je relativno poceni
in zelo zadovoljivo deluje. V kombinaciji s kvalitetno izdelanim ojačevalnikom nam bo dobro služila tako v avtu kot v dnevni sobi ali pa na zabavi.

Spisek materiala
 
 

Tiskano vezje

Tiskano vezje v formatu Corel Draw 7 lahko dobite tukaj.

Avtor: Srečko Lavrič
Literatura: TEA6330T, TEA6360 in AT24C04 datasheets

Zadnja sprememba: 27.junij 2002