Cyfrowy potencjometr audio
PROJEKTY
Cyfrowy potencjometr
audio
Potencjometr jest elementem
znanym chyba każdemu
elektronikowi. W czasach,
kiedy układy elektroniczne były
prawie całkowicie układami
analogowymi, potencjometry były
wykorzystywane na przykład do
regulacji poziomu sygnału lub
ustalania punktu pracy układu.
W trakcie rozwoju elektroniki
powstało wiele rodzajów
potencjometrów od prostych
nastawnych, po precyzyjne
wieloobrotowe z przekładniami
planetarnymi, od tradycyjnych
obrotowych po suwakowe.
Chyba nie ma kogoÅ›, kto nie
zetknÄ…Å‚ by siÄ™ z potencjometrem
Dzisiaj konstruktorzy starają się wyelimi- w obu kanałach musi być tak równy jak to
służącym do regulacji siły głosu
nować potencjometry wszędzie tam, gdzie to tylko możliwe, a to oznacza, że dzielnik re-
w radioodbiorniku, czy sprzęcie
tylko możliwe. Powodami są spory koszt wy- zystancyjny przy dowolnym kącie obrotu
audio.
konania dobrej jakości potencjometru, ale też osi w obu potencjometrach powinien być
jego zawodność i brak możliwości sterowania taki sam. Trudno jest wykonać takie poten-
Rekomendacje: konstruktorzy
elektronicznego na przykład w celu samore- cjometry, a jeżeli już są, to są bardzo drogie
sprzętu audio
gulacji punktu pracy. Jednym z zastosowań, (na przykład te produkowane przez firmę
w którym klasyczny potencjometr jest nadal ALPS).
chętnie stosowany do regulacji poziomu sy- Aby uzyskać bardzo dobre parametry re-
gnału, jest stereofoniczna aparatura audio, gulacji zamiast klasycznych potencjometrów
szczególnie ta wyższej klasy. Ale i tutaj ten stosuje się drabinki rezystorów o tolerancji
poczciwy element sprawia sporo kłopotów. 0,1% przełączane wielostykowym przełącz-
Dodatkowe
Potencjometr stereofoniczny zbudowa- nikiem obrotowym, lub przekaz
nikami. Ta-
materiały na CD
ny jest z dwóch mechanicznie sprzężonych kie rozwiązanie, mimo że skuteczne, to nie
potencjometrów. Aby regulacja nie zaburza- należy do tanich, a poza tym trudno jest
ła sceny stereofonicznej, to poziom sygnału wtedy zrobić na przykład zdalne sterowanie.
Alternatywnym rozwiązaniem może być za-
W ofercie AVT:
stosowanie potencjometru elektronicznego.
AVT 5206A  płytka drukowana
Te elementy działają na podobnej zasadzie
AVT 5206A  płytka drukowana + elementy
AVT 5206
R E K L A M A
PODSTAWOWE PARAMETRY
" PÅ‚ytka o wymiarach 68×82 mm
" Rezystancja 45 kV
" Zakres tłumienia od 0...-64dB z krokiem co 1 dB
" Możliwość regulacji balansu
" Regulacja za pomocÄ…: klawiszy, impulsatora, pilota z kodem RC5
" Możliwość uczenia się kodów RC5
" Obsługa wyświetlacza alfanumerycznego
PROJEKTY POKREWNE wymienione artykuły są w całości dostępne na CD
Tytuł artykułu Nr EP/EdW Kit
Volumer  Elektroniczny potencjometr audio EP 5/2009 AVT-5185
Audiofi lski potencjometr i regulator balansu EP 8/2006 AVT-945
Audiofi lski potencjometr elektroniczny EP 9/2001 AVT-5027
Audiofi lski potencjometr stereofoniczny EP 2/1998 AVT-369
Potencjometr cyfrowy EdW 1/1999 AVT-2338
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009 31
PROJEKTY
wadę można wyeliminować stosując stero-
wanie za pomocÄ… szeregowej magistrali i ze-
wnętrznego sterownika mikroprocesorowe-
go. Sterownik potrafi zapamiętać nastawione
wartości w pamięci nielotnej i po włączeniu
zasilania je odtworzyć.
Budowa układu
Schemat potencjometru ze sterownikiem
pokazano na rys. 2. Sygnał wejściowy ze
złącza J1 jest podawany przez kondensatory
sprzęgające C11 i C25 na układ wzmacniacza
odwracajÄ…cego zbudowanego na wzmacnia-
czu operacyjnym U1. Ten wzmacniacz speł-
nia dwie funkcje: bufora i układu dodającego
do sygnału składową stałą. Pierwsza funkcja
nie wymaga większego komentarza. Rezy-
story zostały tak dobrane, aby impedancja
Rys. 1. Schemat blokowy układu DS1802 wzmacniacza miała wartość 47 kV.
Układ DS1802 zasilany jest napięciem
jak przełączane drabinki zbudowane z re- micznej. Wyboru stopnia podziału dokonuje +5 V względem masy. Oznacza to, że jakie-
zystorów. Wbudowane w układ drabinka 65-wyjściowy multiplekser analogowy. Do kolwiek napięcie przyłożone do wyprowa-
rezystorowa jest przełączana multiplekserem wyjścia multipleksera połączone jest wypro- dzeń układu nie może mieć potencjału wyż-
sterowanym przez wewnętrzne układy stero- wadzenie  suwaka W. Przełączenie pozycji szego niż 5 V i niższego niż 0 V. W praktyce
wania. multipleksera o 1 powoduje zmianę tłu- dopuszczalne są przekroczenia tych wartości
Cyfrowe potencjometry produkowane są mienia sygnału wyjściowego o 1 dB. W ten o 0,7 V (5,7 V i  0,7 V), bo może to spowo-
przez znane firmy na przykład Maxim-Dal- sposób mamy do dyspozycji dwa niezależne dować zakłócenia w pracy lub nawet trwałe
las, czy Texas Instruments. W tym projekcie potencjometry o charakterystyce logaryt- uszkodzenie układu.
zastosowano produkowany już od wielu lat, micznej, z możliwością ustawienia tłumie- Jeżeli połączymy wyprowadzenia L po-
dobrze znany potencjometr DS1802 pro- nia w zakresie od 0... 65 dB z krokiem 1 dB. tencjometrów z masą, to sygnał wejściowy
dukowany przez firmę Maxim-Dallas. Jego Jednym z ważnych parametrów jest to- podawany na wejścia H nie może mieć am-
schemat blokowy pokazano na rys. 1. Zasad- lerancja tłumienia. Według zapewnień pro- plitudy mniejszej, niż potencjał masy. Jeże-
niczym elementem DS1802 są dwie drabinki ducenta nie jest ona większa niż ą1 dB dla li będzie to sygnał bez składowej stałej, to
rezystorowe. Każda z tych drabinek składa całego zakresu. Tolerancja ta określana jest układ zacznie  odcinać wartości ujemne
się z 64 rezystorów tworzących potencjometr jako różnica pomiędzy spodziewanym po- względem masy. Żeby temu zapobiec można
o rezystancji 45 kV i charakterystyce logaryt- ziomem napięcia dostępnego na wyprowa- wyprowadzenia L podłączyć do sztucznej
dzeniu W (wynikająca ze stopnia podziału), masy o potencjale +2,5 V względem masy
WYKAZ ELEMENTÓW
a jego rzeczywistą wartością. Taki parametr DS1802 lub wyprowadzenia L podłączyć do
Rezystory (SMD, 1206)
jest do zaakceptowania dla większości wy- masy DS1802 i do sygnału dodać składową
R9: 10 V
magających zastosowań. stałą +2,5 V. Ja wybrałem to drugie rozwiąza-
R13: 2 kV
Układ sterowania pozwala na zmiany nie. Na wejścia nieodwracające wzmacniaczy
R1...R6, R8: 3,3 kV
tłumienia za pomocą mechanicznych styków operacyjnych U1A i U1B podano napięcie
R10...R12, R14: 47 kV
R7: zwora dołączonych wejść sterujących lub komend polaryzujące +2,5 V. Do uzyskania tego na-
PR1: 4,7 kV
przesyłanych z użyciem 3-przewodowego pięcia najlepiej jest wykorzystać scalony sta-
Kondensatory
interfejsu szeregowego. bilizator o dwóch wyprowadzeniach specjal-
C1, C2, C5, C6, C13, C16, C18, C19, C22,
Wydawałoby się, że dobrym i prostym nie zaprojektowany do pracy jako z
ródło na-
C23, C26, C27, C17, C20: 100 nF (SMD,
rozwiązaniem będzie sterowanie przez pod- pięcia odniesienia. W modelu zastosowałem
1206)
łączenie kilku styków. W tab. 1 pokazano dość stary układ LM336-2,5 (D1), ale można
C11, C12, C25, C31: 1 mF/63 V MKT
dwie możliwości takiego sterowania, zależ- zastosować dowolny inny o podobnych pa-
C9, C10, C3, C4, C7, C8: 10 mF/25 V
C21: 47 mF/25 V ne od wybranego trybu pracy wybieranego rametrach. Stabilizator pracuje w układzie
C24, C28...C30: 470 mF/16 V
stanem wejścia sterującego MODE. Jeżeli stabilizatora parametrycznego i potrzebuje
C14, C15: 2200 mF/25 V
MODE jest w stanie wysokim, to potencjo- rezystora szeregowego (R13). Sygnał na wyj-
Półprzewodniki
metry sterowane są niezależnie osobnymi
M1: mostek 1 A/100 V
Tab. 1. Sterowanie DS1802 za pomocÄ…
parami styków. Jednak do regulacji siły gło-
U7, U8: 7805 (TO220)
styków
sy w torze audio o wiele wygodniejszy jest
U6: 7809 (TO220)
UC01) Potencjometr_0  suwak w górę
tryb STEREO, wybierany stanem niskim na
U4: 7909 (TO220)
UC11) Potencjometr_1  suwak w górę
U5: ATmega8 (SMD, zaprogramowany)
wejściu MODE. Jedna para styków reguluje
DC01) Potencjometr_0  suwak w dół
U3: DS1802
poziom tłumienia w obu kanałach jednocze-
U1, U2: NE5532 (DIP)
DC11) Potencjometr_1  suwak w dół
śnie, a druga ustawia balans.
Inne
VU2) Głośniej
Takie sterowanie, mimo niezaprzeczal-
PÅ‚ytka drukowana
VD2) Ciszej
nych zalet, ma jednÄ… zasadniczÄ… wadÄ™. Po
Mikrostyki 3 szt.
B02) Balans Potencjometr_0
włączeniu zasilania oba potencjometry usta-
WyÅ›wietlacz LCD HD44780 2×16znaków
B12) Balans Potencjometr_1
(patrz tekst) wiają się na tłumienie  63dB i w praktyce za
Odbiornik TOSP1736 (patrz tekst) 1) Niezależny tryb sterowania Mode=1
każdym razem trzeba je ustawiać od nowa.
2) Tryb STEREO Mode=0
Impulsator Bourns ECW1J (patrz tekst)
Jest to bardzo niewygodne rozwiÄ…zanie. TÄ™
Na CD karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów
oznaczonych na Wykazie Elementów kolorem czerwonym
32 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009
Cyfrowy potencjometr audio
Rys. 2. Schemat ideowy potencjometru
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009 33
PROJEKTY
List. 1. Procedura zapisywania danych do DS1802
niu 8 bitów potencjometru  0 wysyłanych
//definicje makr manipulacji liniami portów interfejsu szeregowego
jest kolejnych 8 bitów potencjometru  1.
#define DS_RST 5
#define DS_CLK 6
Przesyłanie danych nie jest skomplikowane.
#define DS_D 7
#define DS_RST_0 (PORTD&=~(1<Cykl rozpoczyna siÄ™ od wymuszenia stanu
#define DS_RST_1 (PORTD|=(1<wysokiego na linii !RST. Dane na linii da-
#define DS_CLK_0 (PORTD&=~(1<#define DS_CLK_1 (PORTD|=(1<nych sÄ… wystawiane kiedy linia zegarowa jest
#define DS_D_0 (PORTD&=~(1<#define DS_D_1 (PORTD|=(1<w czasie zbocza narastajÄ…cego na linii zegaro-
void write_ds1802(unsigned char KL, unsigned char KP, unsigned char mute){
char i;
wej CLK. Na list. 1 pokazano procedurÄ™ zapi-
if(mute==1)
sywania danych do DS1802. W argumentach
{KP=KP|0x40; //ustawienie bitu MUTE
KL=KL|0x40;}
umieszczone są wartości wpisywane do reje-
DS_CLK_0; //makra definiujące stany linii: CLK=0 strów potencjometrów i zmienna określająca,
DS_RST_1;//RST=1 poczÄ…tek transmisji
czy włączyć układ wyciszanie MUTE.
for(i=0;i<8;i++){
if((KL&1)==1)//dane KL na linii danych
Na rys. 4 pokazano zrzut z ekranu oscy-
{DS_D_1;}
loskopu cyfrowego RIGOL DS1102E w czasie
else
{DS_D_0;}
pomiaru przebiegów czasowych na liniach
DS_CLK_1;//wpis zboczem narastajÄ…cym
DS_CLK_0; danych i zegarowej przy wpisywaniu do
KL>>=1;
DS1802 tłumienia  11 dB kolejno dla obu
}
kanałów.
for(i=0;i<8;i++){
W układzie zastosowano trzy pracują-
if((KP&1)==1)//dane KP na linii danych
{DS_D_1;}
ce równolegle regulatory poziomu sygnału:
else
{DS_D_0;} styki podłączone do linii portów, impulsator
DS_CLK_1;//wpis zboczem narastajÄ…cym
obrotowy i odbiornik podczerwieni. Ta nad-
DS_CLK_0;
KP>>=1;
miarowość pozwala na wybranie różnych
}
konfiguracji pracy urzÄ…dzenia. Trzy styki ste-
DS_RST_0;//RST=0 koniec transmisji
}
rujące zostały podłączone do linii PORTB0,
PORTB1 i PORTB2 ustawionych jako wej-
ściu wzmacniaczy operacyjnych U1A i U1B być to poprzedzone analizą układu potencjo- ściowe. Rezystory R1, R2 i R3 wymuszają
ma składową stałą +2,5 V i może mieć am- metr wzmacniacz. stan wysoki kiedy styki są rozwarte. Zwarcie
plitudę ą2,5 V. Sygnał w suwaków potencjo- Wzmacniacze operacyjne zastosowane styku powoduje wymuszenie stanu niskiego
metrów podawany jest na wejście wtórników w układzie są zasilane napięciem symetrycz- na linii. Rezystory R4 i R6 wymuszają stan
zbudowanych na podwójnym wzmacniaczu nym ą9 V. W związku z tym, że układ dodaje wysoki na liniach PORTD2 i PORTD3. Przy
operacyjnym U2. Wtórniki dopasowują wyj- składową stałą, można pokusić się o ich za- obracaniu ośką impulsatora podłączonego do
ście potencjometrów do zbyt dużego obcią- silanie asymetrycznym napięciem +9 V, lub złącza J5 linie te są impulsowo zwierane do
żenia. Jeżeli układ za potencjometrami ma nawet +5 V. masy, a odpowiednia procedura programowa
impedancję porównywalną z impedancją W sterowniku potencjometru pracuje określa ilość impulsów i kierunek obrotu.
potencjometru (45 kV), to wtórniki mogą popularny, tani układ Atmega8 (U5). Magi- Do sterownika można podłączyć wy-
okazać siÄ™ niepotrzebne i można je pominąć strala szeregowa sterujÄ…ca zapisywaniem da- Å›wietlacz alfanumeryczny o 2×16 znaków ze
robiąc odpowiednie zwory na płytce druko- nych do układu DS1802 składa się z trzech sterownikiem HD47780. Magistrala sterująca
wanej (zwarcie wyprowadzeń 3 i 1 oraz 5 i 7 linii: danych D (PORTD7), zegarowej CLK ma szerokość 4 bitów.
w miejscu układu U2). (PORTD6) i aktywacji interfejsu !RST Złącze J4 przeznaczone jest do progra-
Kondensatory C12 i C31 odcinają skła- (PORTD5). W czasie jednego cyklu do ukła- mowania mikrokontrolera w systemie. Taka
dową stałą na wyjściu sygnału. Najczęściej du przesyłanych jest 16 bitów  po 8 bitów możliwość jest dość istotna, bo układ jest
potencjometr podłączany jest na wejściu dla każdego z potencjometrów. w obudowie do montażu powierzchniowego
wzmacniacza mocy, który ma swój konden- Pozycja suwaka potencjometru  0 jest i zaprogramowanie poza układem wymaga
sator sprzęgający na wejściu. W takim przy- przesyłana na pierwszych 6 bitach. Bit 7 ste- drogiego adaptera.
padku można C12 i C31 zewrzeć, ale musi ruje układem wyciszania MUTE, a bit 8 nie Układ zasilający dostarcza symetrycz-
ma znaczenia i jest wyzerowany. Po przesła- nych napięć ą9 V do zasilania wzmacnia-
czy operacyjnych, napięcia +5 V (+5 VA)
do zasilania części analogowej i +5 V (+5
VD)do zasilania części cyfrowej DS1802.
Na płytce drukowanej masy układów ana-
logowych (wyprowadzenie AGND DS1802)
i cyfrowych (wyprowadzenie GND DS1802)
są prowadzone oddzielnie, ale są połączone
galwanicznie zwora oznaczona na płytce
i schemacie jako R7. Do złącza ZL1 trzeba
podłączyć symetryczne napięcie przemienne
2×13 V/200 mA.
Zależnie od potrzeb, potencjometr moż-
na skonfigurować w wersji uproszczonej,
lub rozbudowanej. W wersji uproszczonej
można użyć tylko dwa klawisze UP i DWN
lub tylko impulsator. Po pierwszym włącze-
Rys. 3. Sterowanie za pomocą magistrali szeregowej niu układu po zaprogramowaniu mikrokon-
34 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009
Cyfrowy potencjometr audio
reguluje się zmieniając poziom tłumienia ra. Złącze J4 ma wyprowadzenia zgodne ze
w lewym kanale klawiszami UP, DWN, im- standardem stosowanym w programatorach
pulsatorem, lub pilotem RC5, przy niezmie- firmy Atmel. Ja do zaprogramowania użyłem
nionym poziomie prawego kanału. Regulacje programatora T51Prog firmy Elnec pracu-
kończy się naciskając klawisz FUN. jącym w trybie programowania ISP. W za-
W najbardziej rozbudowanej konfigura- leżności od interesującej nas konfiguracji
cji można dołączyć do sterownika odbiornik trzeba zamontować elementy manipulacyjne
podczerwieni zestrojony na odbiór podno- styki (klawisze), impulsator, lub odbiornik
śnej 36 kHz (na przykład TSOP1736) i uży- podczerwieni.
wać pilota wysyłającego polecenia sterujące W bardziej rozbudowanej konfiguracji
Rys. 4. Przebiegi czasowe zmierzone w popularnym kodzie RC5. Żeby nie było dołączamy wyświetlacz alfanumeryczny.
w projektowanym urządzeniu konieczności stosowania dedykowanego pi- Obecnie taki wyświetlacz jest stosunkowo
lota z zapisanymi na stałe kodami poleceń, tani, a jego podłączenie znacząco podnosi
trolera, program automatycznie wpisuje do sterownik wyposażono w funkcję uczenia komfort użytkowania urządzenia.
pamięci eeprom tłumienie  40 dB dla obu się kodów  set RC5 .Po jej wywołaniu na Jak już wspomniałem po zaprogramowa-
kanałów. Klawiszami lub impulsatorem re- ekranie wyświetlacza wywoływane są kolej- niu mikrokontrolera sterownik ustawia tłu-
guluje się poziom siły głosu, sterownik po ne funkcje przypisywane klawiszom pilota. mienie na poziome  40 dB. Przyciskając kla-
każdej zmianie wartości wpisywanej do Jako pierwszy jest programowany klawisz wisze UP lub DWN można wstępnie spraw-
DS1802 zapisuje ją do pamięci EEPROM. Po spełniający funkcję równoważną funkcji kla- dzić poprawność działania potencjometru
wyłączeniu i ponownym włączeniu zasila- wisza DWN. Na ekranie w dolnej linijce wy- używając generatora sinus i oscyloskopu,
nia ostatnio ustawiona wartość jest przesyła- świetlane są cztery kreski. Po naciśnięciu na lub na słuch po umieszczeniu potencjome-
na do potencjometru. W tej konfiguracji nie pilocie klawisza spełniającego funkcję regu- tru w torze audio. Ja oczywiście w trakcie
jest konieczne podłączenie wyświetlacza, latora DOWN, zamiast tych kresek wyświe- projektowania preferuję użycie przyrządów
ale nie ma praktycznie możliwości regulacji tlana jest wartość odebranego kodu w posta- pomiarowych (oscyloskopu i generatora),
balansu i zdalnego sterowania. W nieco bar- ci 4-cyfrowej liczby szesnastkowej. Naciśnię- bo pozwalają na stwierdzenie charakteru
dziej rozbudowanej konfiguracji podłączamy cie klawisza FUN powoduje zapisanie ode- ewentualnych nieprawidłowości projektu.
wyświetlacz i wszystkie trzy klawisze lub branego kodu w pamięci EEPORM i przej- W pełnej konfiguracji trzeba użyć funkcji
klawisz FUN i impulsator. Najbardziej roz- ście do programowania następnego. W ten programowania kodów RC5 i sprawdzić po-
budowana konfiguracja obejmuje dodatkowo sposób programowane są kody DOWN, UP, prawność działania sterowania pilotem.
podłączenie odbiornika podczerwieni. FUN i dodatkowo MUTE. Użycie pilota RC5 Prototyp urządzenia został wykorzysta-
Podłączenie wyświetlacza umożliwia umożliwia sterowanie funkcja MUTE przez ny do budowy kompletnego wzmacniacza
wyświetlanie nastawionych wartości tłu- naciskanie zaprogramowanego kodu przypi- mocy z regulacją siły głosu. Zastosowałem
mienia w decybelach i w praktyce wywoła- sanego tej funkcji. Na ekranie wyświetlacza konfigurację z wyświetlaczem, impulsato-
nie z menu funkcyjnego dwóch dostępnych zamiast wartości tłumienia dla lewego i pra- rem i odbiornikiem kodu RC5. Jedyna mody-
funkcji: programowania kodów RC5  set wego kanału wyświetlany jest tylko w górnej fikacja w stosunku do schematu z rys. 2 to
RC5 zdalnego sterowania i ustawienia ba- linijce napis MUTE, a do potencjometrów zwory zamiast kondensatorów C12 i C31, bo
lansu  set balance . Menu funkcyjne wywo- DS1802 wysyłane jest przez magistralę sło- zastosowana końcówka mocy miała na wej-
ływane jest po naciśnięciu przycisku FUN. wo z ustawionymi bitami MUTE dla obu po- ściu kondensatory sprzęgające. Jako końców-
Funkcję do wywołania wybiera się klawisza- tencjometrów (rys. 3). ki mocy użyłem zaprojektowanego kiedyś
mi UP i DWN, lub kręcąc ośką impulsatora. przeze mnie wzmacniacza z układem z serii
Wybraną do wykonania funkcję akceptuje się Montaż Uverture LM1786. Taki zestaw brzmi bardzo
klawiszem FUN. Schemat montażowy płytki drukowanej solidnie, a zastosowane zdalne sterowanie
Po wybraniu funkcji regulacji balansu został pokazany na rys. 6. Montaż nie jest znacznie podnosi komfort użytkowania urzą-
na ekranie wyświetlacza wyświetlany jest trudny i nie wymaga komentarza. Urucho- dzenia.
w górnej linijce komunikat :  bal L 40dB , mienie układu należy rozpocząć od zasilenia Tomasz Jabłoński, EP
a w dolnej linijce  Volume R= 40dB Balans układu i zaprogramowania mikrokontrole- [e-mail]
Rys. 5. Schemat montażowy potencjometru
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009 35