[preview] Controller Digitale con Arduino per le nostre scatolette

Apro questo nuovo 3d per pubblicare una preview di un nuovo progetto a cui sto lavorando da un po', un controller digitale con selettore di ingressi, volume digitale con lightspeed, display con FFT (analizzatore di spettro) e telecomando.

Il cuore del sistema è arduino Mega, di seguito pubblico lo schema a blocchi del sistema attuale.
Il progetto è ancora in una fase embrionale, nella versione definitiva vorrei progettare una apposita pcb da agganciare ad arduino tramite stripline.

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Il buffer con lm358 preleva il segnali di ingresso e lo invia ad arduino per eseguire tramite software l'analisi FFT per creare sul display OLED le barre dello spettro audio.
Alcune uscite digitali controllano una scheda relè per selezionare la sorgente da inviare al pre.
Il sistema viene comandato da un telecomando e da un encoder con pulsante integrato.

Come potenziometro ho deciso di realizzare un lightspeed attenuator ma a differenza dei progetti in giro sul web non utilizzo un silonex ma un fotoaccoppiatore differente, il VTL5C3 che ha un'escursione maggiore adatta a simulare potenziometri fino a 100k, ecco il datasheet [Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link]

Solitamente per comandare il lightspeed viene utilizzato un segnale PWM ma a mio avviso è un sistema con troppe problematiche, anzitutto arduino gestisce il PWM arrivando ad una frequenza max di 4kHz (troppo bassa per l'utilizzo prefissato), inoltre un sistema pwm avrebbe richiesto una accurata selezione dei fotoaccoppiatori, che non sono propriamente economici.
Ho deciso quindi di utilizzare 4 DAC a 12 bit per comandare 4 VTL5C3 in modo da poter gestire le differenze hardware attraverso il software.

Ecco lo schema del controllo volume di un canale

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I trimmer servono per settare il valore R max simulato tenendo conto che la minima tensione in uscita dal DAC deve essere 1,8V altrimenti il Led del fotoaccoppiatore non si accende, purtroppo a causa dei trimmer il potenziometro non scende a 0 Ohm ma si ferma attorno ad 1-2K con la tensione massima di out dei dac di 5Vdc

Per il momento è tutto, allego un paio di foto del display in funzione

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Davvero bello ed interessante e complimenti Simone seguo con interesse

Bravo Simone!!!

spettacolare!!!
Sei un grande   

Grazie a tutti  

Belin che bello.

  Porco giuda che fig@t@ spaziale... bravo Simone   
Mi servirebbe proprio per il mio DCB1 che sto iniziando ad assemblare (dopo più di un anno di sosta nel cassetto   )
Seguo con molto interesse...

Urca che figata!

Ciao....bel progetto.
Attento però a una cosa che mi è subito saltata all'occhio e che una rapida lettura dei ds ha confermato:

DAC MCP4725

VDD...........................................................6.5V
All inputs and outputs w.r.t VSS.................–0.3V to VDD+0.3V
Current at Input Pins ....................................................±2 mA
Current at Supply Pins ...............................................±50 mA
Current at Output Pins ...............................................±25 mA
Storage Temperature ....................................-65°C to +150°C
Ambient Temp. with Power Applied ..............-55°C to +125°C

VTL5C3

LED Current: 40 mA

Riguardo le LDR posso dirti che anche loro "scendono" a 100KOhm e oltre, il problema è che per gestirle intorno a quel valore occorre una risoluzione del DAC nell'ordine dei nanoA ed il "rumore" delle alimentazioni, la deriva termica delle LDR e l'errore introdotto dal dac (anche se i tuoi dichiarano solo ±0.2 LSB) le rendono inutilizzabili per quei valori. Guardando i grafici delle VTL5C3 si direbbe che siano leggermente più lineari anche se gli "ultimi" 50Kohm sono compressi in un range di corrente di 200uA. Con 12bit dovresti avere una risoluzione di circa 10uA considerando di voler arrivare a circa 40mA max. Questo significa che quei 50KOhm saranno "ristretti" a 20 "passi" ...mentre i primi 50KOhm nei restanti 4075. Quella sotto è una tabella che mi feci a suo tempo per rendermi conto dei valori in gioco. Riporta i valori resistivi dei due rami di un partitore da 100Kohm, con l'attenuazione corrispondente e la Vout calcolata su una Vin di 1V. A parte il valore sballato a 64dB di attenuazione (ho fato casino con la cella) noti subito che fino a 20dB di attenuazione i valori sono facilmente gestibili...ma per attenuazioni più alte tutto si riduce ad un range di Rlinea compreso tra 90 e 100Kohm...proprio dove il controllo è molto critico! Per questo mi limiterei ad un partitore non superiore ai 25Kohm.
Ma qui sorge il problema di quel "1Kohm" oltre il quale non riesci a scendere . In un partitore "ideale" non riusciresti ad andare oltre i 40dB di attenuazione con 100Kohm di Rlinea, che diventano 34dB a 50Kohm, 28dB a 25Kohm e addirittura 20dB a 10Kohm....e considera che a 20db di attenuazione il segnale è uncora un decimo di quello in ingresso.

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Altra cosa che non mi convince troppo è quel DAC privo di Vref, o meglio dove la Vref corrisponde alla Vdd. Questo ti impone di usare una alimentazione per i DAC estremamente pulita e stabile: potresti usare dei "generatori di tensione di riferimento" (link) ma la corrente assorbita dai led è superiore a quella che generalmente forniscono. La soluzione potrebbe essere un buffer ad opamp (ma 40mA son sempre tanti) magari configurato come generatore di corrente costante...ma rimane sempre la necessità di una Vref "solid rock".
Seguo con interesse gli sviluppi    

Giovanni

ho già 5-6 arduino pronti sulla scrivania!
se vuoi, a quel display possiamo integrare un po di cosucce, come ad esempio temperature del case e componenti

Ciao Giovanni, purtroppo i soli 25ma erogabili dai dac mi erano sfuggiti e forse è proprio questo oltre che la r di offset a non farmi scendere oltre i 2k.
Per il problema della scarsa risoluzione sui 100k hai ragione ma sui 50k la cosa dovrebbe essere gestibile.
Il dac genera internamente la vref vorrei utilizzare un'alimentazione con lt3083 per tutto il sistema quindi non dovrei avere problemi e comunque ho già messo in conto che il sistema non potrà mai essere preciso al micro Ohm.
In caso potrei provare a pilotare il led dei vtl5c3 con un transistor.
Se proprio non dovesse andare potrei sempre provare questo: [Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link]

Appena avrò un po' di tempo farò dei test più approfonditi.

leofender ha scritto:ho già 5-6 arduino pronti sulla scrivania!
se vuoi, a quel display possiamo integrare un po di cosucce, come ad esempio temperature del case e componenti

Potrebbe essere uno step successivo

lusi, qualche anno fa avevo fatto un po di sketch carini per arduino
utilizzavo un display 16x2 per le info. il tuo è sicuramente piu figo

lusi78 ha scritto:
Il dac genera internamente la vref ......

Vref e' uguale a VDD...quel dac non ha un generatore di tensione di riferimento interno.

Giovanni

Si è un rail to rail ma non credo sia un problema per questo progetto, perlomeno io mi accontento   

lusi78 ha scritto:Si è un rail to rail ma non credo sia un problema per questo progetto, perlomeno io mi accontento   

Dobbiamo mettere a fuoco un paio di cosette. Il fatto che le VTL5C3 non scendano sotto 1Kohm non è dovuta alla resistenza del trimmer in serie al diodo (che serve solo ad ottenere una caduta di tensione adeguata) ma è una caratteristica di questo componente. Lo si vede dalle curve del DS e da una tabella dove si afferma che con una input current di 40mA si ha una resistenza di 1,5Kohm e che 40mA sono anche il massimo tollerabile da quel led.
Altro aspetto : intendi utilizzare tensioni in uscita dal DAC comprese tra 1,8 e 5V. Hai un dac a 12 bit, quindi la tua risoluzione equivarrà a 5/4095=1,2mV. Utilizzando quel dac in quella configurazione a te i primi 1,8V non servono....ma 1,8/0,0012=1474 passi che sono più di 1/3 di quelli disponibili.di conseguenza anche la risoluzione diminuisce ed il discorso fatto ieri circa lo scarso controllo per alti valori di resistenza peggiora ancora.
LED Forward Voltage Drop @ 20 mA: 2.0V questo invece ci serve per dimostrare che quel trimmer in serie è inadatto a gestire una regolazione "fine". Ammettiamo per un attimo che si accettino 20mA come valore massimo di corrente (invece dei 40mA che ci darebbero 1,5Kohm). a 20mA la caduta di tensione sul diodo è 2V, quindi a fronte dei 5V erogati dal DAC ci serve che sulla resistenza "cadano" 3V. Per questi valori occore una resistenza da 150Ohm. E questo è il valore massimo che quella resistenza ha ragione di assumere. E' ovvio che vada ancora diminuito se intendi aumentare la corrente sul diodo a 40mA. Quindi 2,2Kohm sono inutili anche se si trattasse di un multigiri...per una migliore regolazione ti consiglio invece un trimmer ad 100 Ohm in serie a una resistenza da33 o 47 Ohm. In questo modo oltre a rendere particolarmente precisa la regolazione avrai anche la sicurezza di non bruciare il led così facilmente come faresti con il tuo circuito ruotando il trimmer a 0 Ohm (cosa che il led non gradisce affatto).
Quello che IMHO devi fare è molto semplice: metti in serie al diodo una trimmer da 220ohm (va bene anche il tuo al limite...), imposta il dac per la massima uscita alimentandolo a 5V e ruota il trimmer fino a leggere sul multimetro una corrente di 35mA (5mA meno di quella max). A questo punto misura la resistenza del trimmer e avrai per certo il valore intorno a cui muoverti per gli immancabili "aggiustamenti" tra i vari rami dei 2 partitori. Non toccare più il trimmer e inizia a scendere con la tensione erogata dal dac. Quando sulla resistenza del VTL5C3 misurerai il valore max che ti interessa ottenere (25K..50K.. 100K questo lo sai tu) fermati con l'abbassare la tensione erogata dal dac e misurala (o al limite calcolala...).
Io ad esempio, con le LDR riscontrai che tutto il range compreso tro 40 Ohm e 100Kohm (le ldr scendono fino a 40 Ohm) con una resistenza in serie al led composta da una resistenza da 68 Ohm e un trimmer multigiri da 100 Ohm (in serie tra loro) stava tra circa 1V e 1,8V....quindi sarebbe stato inutile usare un dac con uscita compresa tra 0 e 5V visto che il range di utilizzo sarebbe stato di soli 800mV. Quindi decisi di utilizzare tutta la risoluzione del dac in quel range di 800mV (lavorando sulla Vref) e utilizzare un opamp in configurazione di sommatore. Su un ingresso una tensione di 1V, sull'altro l'uscita del dac (variabile tra 0 e 800mV). In questo modo in uscita dell'opamp disponevo di tutto il range di tensioni compreso tra 1V e 1,8V ripartite su tutti e 12 i bit del dac.
Il progetto fu a suo tempo affrontato con un altro forumer, che al posto dei dac, decide invece di utilizzare dei potenziometri digitali sempre di casa Microchip. MCP41010, MCP41050, MCP41100 rispettivamente da 10K, 50K e 100K. Si tratta di potenziometri con una risoluzione di 8 bit (256 passi) in grado di colloquiare con i micro attraverso il protocollo SPI (facilmente gestibile come quello I2C dei tuoi dac). Anche lui ricorse all'ampio uso di amplificatori operazionali di potenza e generatori di tensione di riferimento. Il risultato? Entrambi abbiamo lasciato perdere... , le LDR son troppo stronze.

Giovanni 

Giovanni

Ho cambiato il circuito di pilotaggio del led con questo

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con una Rb 47k e un transistor 2n3904, ho settato la vmin out del dac a livello software per ottenere 50kOhm, posso assicurarti che a livello software almeno i 50k sono gestibili, tra i 50k e i 40k variando un bit soltanto ottengo una variazione di 400 ohm , calcola che non userò una mappatura lineare per mappare i bit da inviare al dac ma per facilitare la taratura terrò i valori di tutti e 4 i dac in un array 25x4 (25 sono gli step che ho deciso di utilizzare per il potenziometro).

Rimane il problema della R min ottenibile che è di 1,5k, secondo te a livello audio è accettabile come valore minimo di volume, non so immaginarmi il suono conoscendo i db.

Nel caso non fosse accettabile si potrebbe sempre usare una soluzione mista LDR+Qualche relè anche se la soluzione si complicherebbe ulteriormente.

lusi78 ha scritto:

Rimane il problema della R min ottenibile che è di 1,5k, secondo te a livello audio è accettabile come valore minimo di volume, non so immaginarmi il suono conoscendo i db.
Nel caso non fosse accettabile si potrebbe sempre usare una soluzione mista LDR+Qualche relè anche se la soluzione si complicherebbe ulteriormente.

Ci vogliono 3 secondi a fare una prova che ti darà un idea del volume residuo: costruisci un partitore con una resistenza da 47 KOhm sul ramo serie e da 1,5 KOhm su quelo shunt. Ascolti e valuti. Qualora ti sembri troppo alto non ti rimane che prevedere che il primo dei 25 step commuti un relè con 2 scambi che mette in corso la resistenza di shunt di entrambi i partitori. Se poi intendi usare un encoder per la regolazione del volume potresti associare questa posizione "mute" alla pressione del tasto che dovrebbe essere incorporato nell'encoder. Se usi un telecomando...stessa cosa.

Già... l'avevo intuito che potevo provarlo direttamente    

lusi78 ha scritto:Già... l'avevo intuito che potevo provarlo direttamente    

come è andato a finire questo progetto?
ciao

Al momento mi sono fermato causa lavoro e altri progetti più importanti e comunque la soluzione con i fotoaccoppiatori andrebbe affiancata a qualcos'altro per scendere a volume 0 oltre al fatto che i 4 fotoaccoppiatori presentano valori molto differenti l'uno dall'altro quindi secondo me meglio optare per qualcos'altro.