Mạch khuếch đại âm thanh sử dụng IC người ta thường sử dụngbiến trở cơ để điều chỉnh mức độ âm thanh và không có phần hiển thị mức độ âm lượng, điềunày sẽ gây nhiều bất tiện như âm lượng như mong muốn sẽ không được đáp ứng, sử dụnglâu ngày các biến trở này dễ hỏng. Kế thừa những ưu điểm vượt trội của các IC khuếch đạithuật toán và sự điều khiển linh hoạt của vi xử lý nhóm em chọn đề tài:“Mạch khuếch đại công suất, điều khiển âm lượng bằng nút nhấn và hiển thị âm lượnglên LCD” để thực hiện đồ án cho môn học này
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - Môn học: ĐỒ ÁN Đề tài: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT, ĐIỀU KHIỂN ÂM LƯỢNG BẰNG NÚT NHẤN VÀ HIỂN THỊ ÂM LƯỢNG LÊN LCD GVHD: ThS Nguyễn Trường Duy SVTH: Phạm Văn Dũng - 19161216 Nguyễn Chính Tùng - 19161026 TP Hồ Chí Minh, Tháng 12 Năm 2022 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC -TP HCM, ngày tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Ngành: CNKT Điện tử - viễn thông I II III IV Phạm Văn Dũng Nguyễn Chính Tùng Mã ngành: 161 MSSV: 19161216 MSSV: 19161026 Lớp: 19161ĐTCNA TÊN ĐỀ TÀI: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT, ĐIỀU KHIỂN ÂM LƯỢNG BẰNG NÚT NHẤN VÀ HIỂN THỊ ÂM LƯỢNG LÊN LCD NHIỆM VỤ: Nghiên cứu, phát triển mơ hình mạch khuếch đại công suất Lựa chọn linh kiện, thiết bị thiết kế phần cứng Thiết kế phần cứng phần mềm mô Thiết kế xây dựng phần mềm sử dụng Arduino Đánh giá kết thực đồ án mơn học NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC -TP HCM, ngày tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Phạm Văn Dũng Nguyễn Chính Tùng Mã ngành: 161 MSSV: 19161216 MSSV: 19161026 Lớp: 19161DTCNA Ngành: CNKT Điện tử - viễn thơng I TÊN ĐỀ TÀI: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT, ĐIỀU KHIỂN ÂM LƯỢNG BẰNG NÚT NHẤN VÀ HIỂN THỊ ÂM LƯỢNG LÊN LCD II LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN Tuần/ngày Nội dung Tuần Nội dung thực Tuần Sơ đồ khối đề cương chi tiết Tuần Báo cáo phần sở lý thuyết Tuần Báo cáo phần thiết kế Tuần Thiết kế lưu đồ Tuần Mạch in Tuần Báo cáo đồ án Xác nhận GVHD Chú ý: - SV phải lên gặp GVHD theo lịch mang theo tờ giấy để GVHD ký tên xác nhận - Trường hợp SV không lên báo cáo lần trở lên bị cấm bảo vệ Trường hợp SV báo cáo trễ hạn bị trừ điểm tùy theo mức độ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Đề tài thân nhóm em dựa vào việc tham khảo tài liệu tham khảo trước Em xin cam đoan khơng chép tài liệu đề tài thực trước SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Phạm Văn Dũng – Nguyễn Chính Tùng LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy ThS Nguyễn Trường Duy trực tiếp hướng dẫn, góp ý, chỉnh sửa sai sót q trình thực Thầy chia sẻ kinh nghiệm tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt đề tài cho đồ án môn học Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Điện – Điện tử hỗ trợ giúp đỡ em nhiều mặt để hoàn thành đề tài thật tốt Em xin chân thành cảm ơn! SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Phạm Văn Dũng – Nguyễn Chính Tùng NỘI DUNG PHẦN 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 10 Đặt vấn đề 10 Mục tiêu 10 Giới hạn đề tài 10 Bố cục 11 PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 1.1 Tổng quan mạch khuếch đại công suất 12 1.2 TDA 2030 13 1.3 TDA 2050 13 1.4 IC NE5532 14 1.5 Arduino UNO 15 1.6 LCD 20x4 17 1.7 Module I2C LCD 19 1.8 Biến trở số X9C103 19 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ 21 2.1 Sơ đồ khối 21 2.2 Thiết kế 22 2.2.1 Khối vi xử lý 22 2.2.2 Thiết kế mạch lọc 23 2.2.3 Khối điều chỉnh âm lượng 25 2.2.4 Khối khuếch đại công suất 27 2.2.5 Khối nguồn 29 2.3 Nguyên tắt hoạt động 31 2.4 Sơ đồ nguyên lý giải thích sơ đồ nguyên lý 31 2.5 Lưu đồ giải thích lưu đồ 33 CHƯƠNG 3: THI CÔNG 36 3.1 Sơ đồ mạch in 36 3.2 Sơ đồ đặt linh kiện 37 3.3 Hình ảnh thực tế 38 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 41 Kết luận 41 Hướng phát triển 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Mạch khuếch đại khơng đảo 12 Hình 2: Hình ảnh thực tế TDA 2030A sơ đồ chân 13 Hình 3: Hình ảnh thực tế TDA 2050 sơ đồ chân 13 Hình 4: Hình ảnh IC NE5532 sơ đồ chân 14 Hình 5: Module Arduino Uno R3 15 Hình 6: Sơ đồ chân Arduino Uno R3 16 Hình 7: LCD 20x4 thực tế 17 Hình 8: Sơ đồ chấn LCD 18 Hình 9: Hình ảnh thực tết molude I2C LCD 19 Hình 10: Biến trở số X9C103 20 Hình 11: Sơ đồ chân biến trở số X9C103 20 Hình 1: Sơ đồ khối toàn mạch 21 Hình 2: Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lý 22 Hình 3: Mạch lọc thơng cao 23 Hình 4: Mạch lọc nhiễu sử dụng IC NE5532 24 Hình 5: Sơ đồ ngun lý mạch lọc thơng cao sau tính tốn linh kiện 24 Hình 6: Sơ đồ nguyên lý mạch lọc thông thấp 25 Hình 7: Sơ đồ nguyên lý mạch lọc thơng thấp sau tính tốn linh kiện 25 Hình 8: Sơ đồ nguyên lý khối điều chỉnh âm lượng 26 Hình 9: Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại 27 Hình 10: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại công suất kênh Left/Right 28 Hình 11: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại công suất kênh Sub 29 Hình 12: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 30 Hình 13: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 32 Hình 14: Lưu đồ chương trình 34 Hình 1: Sơ đồ mạch in khối khuếch đại 36 Hình 2: Sơ đồ mạch in khối giao tiếp nút nhấn 36 Hình 3: Sơ đồ mạch in khối nguồn 37 Hình 4: Sơ đồ đặt linh kiện khối khuếch đại 37 Hình 5: Sơ đồ đặt linh kiện khối giao tiếp nút nhấn 38 Hình 6: Sơ đồ đặt linh kiện khối nguồn 38 Hình 7: Hình ảnh thực tế khối khuếch đại sau hàn linh kiện 39 Hình 8: Hình ảnh thực tế khối giao tiếp nút nhấn sau hàn linh kiện 39 Hình 9: Hình ảnh thực tế khối nguồn sau hàn linh kiện 40 Hình 10: Hình ảnh thực tế mơ hình sản phẩm 40 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Thông số TDA 2030 13 Bảng 2: Thông số TDA 2050 14 Bảng 3: Thông số IC NE5532 14 Bảng 4: Thông số Arduino Uno R3 15 Bảng 5: Chức chân LCD 18 PHẦN 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Đặt vấn đề Hiện mạch khuếch đại công suất âm phổ biến thị trường, tầng khuếch đại thường thiết kế sử dụng BTJ (FET) nhược điểm sử dụng transistor cho mạch thiết kế lớn, nhiều linh kiện, với yêu cầu công suất vừa phải phục vụ cho nhu cầu giải trí cá nhân để đơn giản người ta thường dùng IC tích hợp sẵn như: TDA, LA, LM, TL … Sử dụng IC khuếch đại tương tự sử dụng khối mạch điện phức tạp tích hợp sẵn chắn làm cho mạch nhỏ gọn dễ dàng xác định thông số phần tử mạch transistor, điện trở, tụ điện, … Bên cạnh với cách mạch khuếch đại âm sử dụng IC người ta thường sử dụng biến trở số để điều chỉnh mức độ âm khơng có phần hiển thị mức độ âm lượng, điều gây nhiều bất tiện âm lượng mong muốn không đáp ứng, sử dụng lâu ngày biến trở dễ hỏng Kế thừa ưu điểm vượt trội IC khuếch đại thuật toán điều khiển linh hoạt vi xử lý nhóm em đến định chọn đề tài: “Mạch khuếch đại công suất, điều khiển âm lượng nút nhấn hiển thị âm lượng lên LCD” để thực đồ án cho môn học Mục tiêu - Ứng dụng kiến thức học môn: Điện tử bản, Vi xử lý - Xây dựng mạch nguyên lý cho mạch khuếch đại Ampli 2.1 - Thiết kế phẩn cứng mơ làm mạch - Thiết kế chương trình phần mềm điều chỉnh âm lượng nút nhấn thông qua biến trở số hiển thị mức độ âm lên LCD - Xây dựng mô hình sản phẩm thực tế Giới hạn đề tài Sử dụng IC khuếch đại âm TDA 2030 TDA 2050 với công suất ngõ 18W 30W Thiết kế mạch lọc tầng cho mạch Sub: mạch lọc thông cao bậc lọc thơng thấp tích cực bậc Phạm vi hiển thị LCD 20x4, nội dung hiển thị phần trăm âm lượng cho loa Left Right loa Sub Sử dụng nút nhấn đề điều chỉnh âm lượng thông qua biến trở số Điều khiển tín hiệu sử dụng Module Vi điều khiển Arduino Uno 10 Sau tính tốn điện trở cho mạch, ta mạch khuếch đại sau: Hình 10: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại cơng suất kênh Left/Right 28 Hình 11: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại công suất kênh Sub 2.2.5 Khối nguồn Bảng 1: Điện áp làm việc linh kiện mạch Tên linh kiện Arduino UNO R3 TDA 2030A TDA 2050 LCD 20x4 Biến trở X9C103 Điện áp làm việc (VDC) 7–12V + 22V + 25V 5V 5V Sau tìm hiểu tham khảo giá trị điện áp linh kiện mạch theo bảng nhóm em định thiết kế nguồn cung cấp VDD, VSS, ±12𝑉, ±5V để cung cấp cho mạch Trong TDA 2030 TDA 2050 sử dụng nguồn VDD VSS, IC5532 sử dụng nguồn ±12𝑉, LCD biến trở số sử dụng nguồn +5V, Arduino sử dụng nguồn +12V Để hệ thống hoạt động ổn định cần nguồn cung cấp ổn định, nhóm sử dụng IC7805, IC7812, IC7912, IC ổn áp cho nguồn ngõ hoạt động mức điện áp ổn định, đảm bảo cho tính hoạt động liên tục hệ thống 29 Hình 12: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn Nguồn 24 VAC từ máy biến áp cấp cho cầu diode Mạch chỉnh lưu cầu diode có chức biến đổi điện áp xoay chiều AC thành điện áp chiều DC Khi dòng điện xoay chiều qua mạch chỉnh lưu thành dòng chiều, dạng sóng dịng điện DC đường thẳng điệp áp AC chưa loại bỏ hoàn toàn Nếu sử dụng làm cho điện áp hệ thống hoạt động không ổn định, dễ làm hư linh kiện mạch có chứa dịng AC Do đó, nhóm sử dụng tụ có điện dung lớn để làm lọc phẳng hay loại bỏ hồn tồn dịng AC Khi chọn tụ điện cần quan tâm đến hai thơng số điện áp định mức điện dung Đối với trị số điện dung chọn lớn lọc nguồn tốt Cịn điện áp định mức phải lớn điện áp đỉnh rơi hai đầu U2 biến áp, với điện áp đỉnh tính theo cơng thức: Vp = Vac× √2 = 24× √2 = 33,94 V Với biến áp có đầu 24 VAC chọn tụ lọc nguồn có điện dung 1000uF, 50V Để mức điện áp ngõ cố định 12VDC ta chọn sử dụng IC ổn áp 7812 Tương tự cho IC7805 IC7912 30 Nguyên tắt hoạt động Hai kênh Left Right nhận tín hiệu ngõ vào âm từ thiết bị ngoại vi có đầu kết nối âm thanh, sau tín hiệu đưa vào khối điều chỉnh âm lượng hai kênh Left Right Tín hiệu kênh Sub lấy từ hai kênh Left Right thông qua mạch lọc, cuối đưa vào khối điều chỉnh âm lượng kênh Sub Khối vi xử lý nhận tín hiệu từ nút nhấn qua điều chỉnh biến trở số để thay đổi giá trị điện trở vào khối điều chỉnh âm lượng Tín hiệu từ khối điều chỉnh âm lượng ba kênh Left, Right Sub đưa vào khối khuếch đại, sau xuất tín hiệu khuếch đại ngõ loa LCD nhận tín hiệu từ khối vi xử lý để xuất hình mức độ âm 2.3 2.4 Sơ đồ nguyên lý giải thích sơ đồ nguyên lý ❖ Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 31 Hình 13: Sơ đồ ngun lý tồn mạch ❖ Giải thích sơ đồ nguyên lý: Tín hiệu âm cấp cho ngõ vào hai kênh Left Right Đối với kênh Left tín hiệu đưa qua biến trở số U2 Khi nút nhấn UP DW biến trở số U2 nhấn, Arduino Uno điều khiển cần gạt biến trở số để thay đổi 32 giá trị chân Vw lên xuống, nhằm thay đổi dịng ngõ vào kênh Tín hiệu sau điều chỉnh thông qua lọc đưa đến mạch khuếch đại không đảo dùng IC TDA2030a (U8) với hai điện trở R25, R28 để khuếch đại công suất ngõ với độ lợi mong muốn tính tốn 48 Cuối cùng, tín hiệu khuếch đại ngõ phát loa Đối với kênh Right, tín hiệu ngõ vào truyền qua linh kiện mạch có chức tương tự với kênh Left tín hiệu ngõ phát loa Đối với kênh Sub, tín hiệu kênh Sub lấy từ tín hiệu hai kênh Left Right thơng qua điện trở 10k Tín hiệu được đưa qua mạch lọc thông cao bao gồm tụ C4, điện trở R9 IC NE5532 (U4:B) để lọc nhiễu lọc tần số thấp tần số 320Hz Tín hiệu sau lọc lần tiếp tục lọc lần hai qua mạch lọc thông thấp, bao gồm tụ C1, C2, điện trở R7, R8 ic NE5532 (U4:A), nhằm lọc nhiễu lọc tần số cao tần số 20Hz Tín hiệu lọc hai lần qua mạch lọc đưa đến biến trở số U3 chịu điều chỉnh Arduino để thay đổi dịng kênh Cuối cùng, tín hiệu qua mạch khuếch đại công suất không đảo dùng ic TDA2050 (U7) với độ lợi mong muốn 48 để xuất tín hiệu ngõ phát loa Sub Arduino Uno nhận tín hiệu từ nút nhấn điều khiển biến trở số, đồng thời xuất giá trị tương ứng, chuyển đổi từ giá trị điện trở sang giá trị phần trăm, lên LCD với mức từ đến 100 2.5 Lưu đồ giải thích lưu đồ 33 Hình 14: Lưu đồ chương trình Hình 2.11: Lưu đồ chương trình 34 Giải thích lưu đồ: Bắt đầu chương trình, Arduino đọc giá trị biến trở qua chân analog, sau chuyển đổi giá trị biến trở sang giá trị âm lượng hiển thị giá trị âm lượng kênh Left, Right kênh Sub LCD Sau hiển thị giá trị lên LCD, vi xử lý kiểm tra lệnh điều khiển nút nhấn nhấn hay không? Nếu đúng, thực lệnh điều khiển biến trở số tương ứng với nút nhấn, hiển thị lại giá trị âm lượng thay đổi lên LCD Nếu sai, vi xử lý kiểm tra nút nhấn lại, thực lệnh tương ứng tăng, giảm, lưu giá trị biến trở (nếu điều kiện đúng) Sau thực thi lệnh tương ứng nút nhấn khơng có nút nhấn thỏa điều kiện, vi xử lý kiểm tra xem nguồn bị ngắt không Nếu đúng, kết thúc chương trình Nếu sai, chạy lại vịng lặp 35 CHƯƠNG 3: THI CÔNG 3.1 Sơ đồ mạch in Hình 1: Sơ đồ mạch in khối khuếch đại Hình 2: Sơ đồ mạch in khối giao tiếp nút nhấn 36 Hình 3: Sơ đồ mạch in khối nguồn 3.2 Sơ đồ đặt linh kiện Hình 4: Sơ đồ đặt linh kiện khối khuếch đại 37 Hình 5: Sơ đồ đặt linh kiện khối giao tiếp nút nhấn Hình 6: Sơ đồ đặt linh kiện khối nguồn 3.3 Hình ảnh thực tế 38 Hình 7: Hình ảnh thực tế khối khuếch đại sau hàn linh kiện Hình 8: Hình ảnh thực tế khối giao tiếp nút nhấn sau hàn linh kiện 39 Hình 9: Hình ảnh thực tế khối nguồn sau hàn linh kiện Hình 10: Hình ảnh thực tế mơ hình sản phẩm 40 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Sau thực đồ án với đề tài “Mạch khuếch đại công suất, điều khiển âm lượng nút nhấn hiển thị âm lượng lên LCD” nhóm em thu số kết sau: ❖ Kết đạt được: - Qua trình thực đề tài giúp cho chúng em nắm kiến thức môn điện tử vi xử lý - Đã thiết kế mạch nguyên lý khuếch đại công suất Ampli 2.1 cho hai loa với ngõ 18W 30W - Đã mô thực mạch nguyên lý - Viết chương trình điều khiển âm lượng hiển thị lên LCD - Xây dựng mơ hình cho sản phẩm ❖ Kết chưa đạt được: - Âm chưa rõ, bị rè, ồn - Chưa điều khiển âm lượng biến trở số thông qua nút nhấn - Âm lượng hiển thị lên LCD khơng xác Hướng phát triển Ta có thiết kế phần cứng sử dụng linh kiện dán để đảm bảo phần cứng mạch nhỏ gọn, sử dụng linh kiện nhỏ, thiết kế khối xử lý riêng cho mạch thay sử dụng module Ardunio mang nhiều linh kiện không cần sử dụng Sản xuất mơ hình di động để người dùng mang nơi đâu 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TS Trần Thu Hà (Chủ biên), ThS Trương Thị Bích Ngà, TS Nguyễn Thị Lưỡng, ThS Bùi Thị Tuyết Đan, ThS Phù Thị Ngọc Hiếu, ThS Dương Thị Cẩm Tú (2013) Giáo trình điện tử bản, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [2] ThS Nguyễn Đình Phú, ThS Phan Vân Hồn, ThS Trương Ngọc Anh (2017) Giáo trính vi điều khiển PIC, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [3] Ph.D Jack Purdum (2015) Beginning C for Arduino, Technology In Action [4] https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet 42