分体式_DTS解码&卡拉OK功放的设计与制作（参赛）

ysd85

            分体式_DTS解码&卡拉OK功放的设计与制作
                                                                                      _YoungStone_

    经过N个夜晚和周末的努力，历时半年多的功放终于完成！！！ 本文将对系统的设计和制作过程进行详细描述，在对自己劳动成果进行总结的同时，希望能给大家以一定的启发&帮助，当然，更希望各位能多提意见&建议，一起讨论、学习-->进步！！！

整机预览当前图片为晚上拍摄且压缩率大，效果欠佳，待周末空闲再更新)

老牛288043

占位学习

ysd85

先来点杂谈：
      已经忘记从什么时候开始，喜欢自己制作各种电子作品的机箱外壳，也就是从那时候开始，使得我在制作某个作品的初期，就会去考虑整个系统的搭配与融合，再化整为零，逐个突破完成。
      我喜欢这样的方式，同时也在努力提高自己这方面的能力。其实单做某一个电路模块很简单，就像单线程的单片机，只需要串行的往下走，而当上升到操作系统，需要多任务处理的时候，每个任务之间的调度及融合问题就突显出来，这恰恰就是设计的难点所在。
     电子DIY也是一样，要想把很多个模块组合在一起，往往会碰到很多问题，比如电压分布，电平的匹配，控制优先级，电子与结构的兼容等等，但如果我们制作的前期没有整体规划把握，一开始就从某一个小模块开工，那么等所有的模块做好了，要进行组合匹配的时候，你可能会发现前期的很多工作都是错的，需要从头再
来。
     自己DIY实际上也和产品研发设计一样，制作初期就需要进行规划，可行性分析等，之后再对每个模块进行从上到下，从整体到局部的设计...

     说了一堆话，有些乱，希望不会挨砖头；开始正题....

功能介绍：
    本功放具有DTS，AC-3解码、karaOke混响、电子音量控制等功能；具有5通道功率放大器，分别对应于家庭影院的FR,FL,SR,SL,C 5个声道。

设计概括：
     整个系统采用分体式设计，前级负责解码，控制；后级负责功放大；整个系统几乎全手工制作。
     前级可分为DTS解码、karaOKe、音量控制、MCU控制板、人机交互、电源供电等6个模块；后级包括电源、缓冲倒相、功率放大等三个模块。

    系统采用前后级分体式设计，有两方面的原因：
    首先，手工制作的工艺比较低，适合于结构比较简单的制作，如果制作成合并一体式，则难度比较大，不好控制；
    其次，前级为弱信号处理，发热小，后级为功率放大，发热量大，采用分体式设计，即可以前级采用全屏蔽机箱减少干扰，后级采用外露散热器并开大量散热孔，利于散热。

   所以分体式的结构设计，在易于手工制作的同时，又能很好的提高整机的电气特性，何乐而不为？

ysd85

电子硬件设计：

***前级部分***

模块框图：



1.DTS解码：
       这个模块是唯一不是自己做的部分，虽然前期电路PCB都已经设计好，但是由于元器件来源问题，没能及时买到所需要的IC，为了不影响进度，所以直接购买了市场上的DTS解码板，本解码板使用Crystal的CS493264-CL芯片，如下图；它具有四通道数字音频输入，6声道模拟音频输出，采用三线串行控制方式；由于此模块不是自己制作，所以先不对其进行过多介绍，待以后另开贴再对设计的电路进行详细介绍。



2.卡拉OK混响模块：
     卡拉OK混响芯片采用三菱公司的M65856SP，采用三线串行控制方式，实物如图：


各位可以在网上查到详细的规格书，此处为了减少篇幅，不再对芯片功能进行描述，次模块电路使用了规格书上推荐的电路，如下：
在karaOke模块中，添加了2选1的通道选择电路，可用于选择外部模拟输入或者是DTS解码输出的信号，其中部分耦合电容是为了将来兼容不同的模块，本制作中有些没有安装（可以在以后的实物图上发现）。



karaOke板的通用性比较广，所以这个模块的PCB没有采用热转印制作，而是发给了厂家，为了方便以后使用；设计好的PCB如下图：






焊接好的电路板如下图：

ysd85

3.电子音量控制模块：
    电子音量控制使用普诚公司的PT2258 六通道电平衰减芯片，采用IIC串串行控制。芯片的功能请参考规格书。
    电路如图：
   


   设计好的PCB如图：
   

4.LCD显示&按键输入：
   前面板使用了194X64点阵LCD来显示系统的工作状态；用户控制采用了三个按键和一个脉冲旋钮电位器，以及红外遥控器输入。

5.MCU控制板：
    主控芯片是前级控制的核心，使用通用51单片机，因为程序数据比较大，所以需要选用片内flash比较大的芯片，在这里直接使用了SST的单片机，待测试完成，会考虑换用其他型号。
    本机需要控制的模块有： DTS解码板（三线串行），KaraOK（三线串行），音量控制（IIC），LCD屏（串转并），按键（并行），后级&灯光控制（并行）。 其中LCD本身的设计是并行数据接口，单由于IO口数量限制，这里加入了74LS164进行串转并行设计，节省了4个O口。
    控制模块中加如了DS1302时钟芯片和EEPROM存储器，分别用于获取实时时钟和保存用户设置信息。

    电路原理图如下：
      

设计好的PCB如下：
      

由于本控制板专用性强，对于别的系统应用不多，所以采用手工热转印制作PCB，下图为制作完成的控制板：








6. 电源模块：
    前级所需要的电源规格有：+5VA/D，-5VA，+9V，+12V，鉴于元件的通用性，+5V，+9V通过LM317稳压得到，-5V通过7905负稳压芯片得到，+12通过+5V以DC~DC升压电路获取，用于驱动继电器开关。
   电路图如下：


电源板采用万能板焊制，如下图：

ysd85

******后级部分******

后级电路较为简单，分为运放缓冲倒相、功率放大和电源三个模块。

    主要模块框图如下：
   

1. 缓冲倒相位模块：
    使用了NE5532双运放进行一级放大，并对前置的两个声道添加反向输出，电路图如下：

    放大电路：
   
   
    倒相电路：
   

    整体原理图：
   

   
    设计完成的PCB如图：
    TOP
   

     BUT
     
   
     此模块的PCB采用热转印制作而成，由于没有单独拍照，待整体安装调试时能看到实物图     



2. 功率放大模块：
    功率放大采用LM3886芯片，整机由7片LM3886放大模块组成，前置左右声道采用BTL形式，各使用两片，中置和环绕各使用一片。
   LM3886电路如图：（实际焊接的元件按照调试结果相应调整）
   

   LM3886的PCB采用热转印制作，焊接完成的效果如图：
   

  刚焊接完，还为清洗的样子...
   

   LM3886特写...
   


3.电源及保护模块：
  后级采用一个双24V/400W环形变压器给LM3886供电，采用双桥堆并联形式整流，之后经过三个10000uf和两个2200uf储能滤波，经过电源导线连接后，再使用一个2200uf电容滤波后到达LM3886引脚；采用普通的留滤波电路，直接使用刀刻发制作滤波板，形式简单，在此不做详述。
  NE5532缓冲放大板使用了一个双15V/30W的E形变压器供电，整流滤波稳压电路集成在NE5532缓冲电路板上。
  喇叭保护电路需要直流12V电源，直接使用400W环形变压器附带的交流12V经过整流滤波后得到，此时要注意滤波电容不能太大（也就是说不能有太高的储能），这样关机时能马上去点，使得继电器能马上断开。由于LM3886自带了比较完善的保护功能，所以本机只在BTL放大部分加入了保护电路。
  喇叭保护电路参考了论坛里三极管搭接方式，直接使用万能板制作，此处不在详细电路，各位可以搜一下相关资料，如有问题，下次再另做说明，实际按装完效果如图：
  


    硬件电路设计制作好后，可以先对各个模块进行单独调试，此时要注意不同模块之间的电平幅度，调试时可以通过电脑输出一个额定幅度的信号，在每一级的输出端用示波器查看波形完整性以及电平幅度。如果发现过高或过低，则可以更改相应的匹配衰减电阻，最终要使得5个通道的放大倍数是一致的（这是多声到功放制作中极为重要的一点），而且要保证在DAC输出最大幅度时，最末端输出的波形不失真。

stwumb

留够没

huangzicheng

记号

simon_zsw

没裸图不行,DTS板拆机的还是自制的?

农民工！

这个DD要强烈关注！

HIFI1231

建议2楼和4楼位置让给楼主,这样他的帖子完整些,看外观不错,前级估计还带遥控哦,支持支持!!!!

beyonddream

等待中

korg

对这种真材型的同志很佩服

是触摸屏吗？因为面板没有看到菜单按键。

一个人的孤独

论坛上的高手越来越多了，我也想学学

ysd85

===软件设计===

    系统采用通用C51单片机作为主控制平台,通过按键和红外遥控接收用户指令，并控制相应的功能模块进行工作。 软件设计占了系统工作量的很大一部分，由于C51单片机为单线程处理器，所以设计设计过程中最大程度的利用了中断处理环节，从另一种意义而言，相当于增加了操作线程。
    本机采用了多级采单显示控制方法，这对于单片机的速度来说，具有一定的难度，所以软件处理时，对每一个菜单状态分配一个相应的ID号，而且把这些ID号与键值相联系组成一个结构体，这样只需要知道当前的ID和键值就能查询到新的ID，很大程度上简化了处理器的操作任务。
    所以，系统的工作流程框图可以简化成下图所示：
   

    和硬件设计一样，软件部分也按模块进行分类，将复杂的控制程序逐个完成；在此把整个软件按功能划分为：DTS解码控制模块，卡拉OK控制模块，音量调节模块，时钟处理模块、LCD显示控制和按键遥控器识别处理等6个部分。
    虽然划分的模块较多，但其底层的通信协议却有很大的相似性，均为三线或两线串行数据传输协议，所以本文只以卡拉OK模块（M65856）的数据传输协议以及脉冲编码电位器的识别加以举例说明（为了减少篇幅，大家都不太喜欢看长篇 ），对于个别深入的问题，将在以后开贴和大家讨论...
   
M65856数据通信：   
   M65856卡拉OK混响芯片采用三线串行通信模式，分别为：Latch(加载锁定)、Clock(同步时钟)、Data(数据)三个IO口。按照规格书说明及通信时序图可知，要正确传输16位数据应该遵循的操作要点为：
   a. 将Latch信号置为低电平
   b. 将Clock信号置为低电平，根据当前位的设置Data的电平状态，将Clock置为高电平，这样就把当前位压入寄存器缓存区，循环操作16次。
   c. 将Latch信号置为高电平，执行此操作后，缓冲区中的最后16位数据将被锁存加载到M65856的控制积存器中，一个16位数据的传输完成。
   

      数据传输的程序段如下：
#define     SET_HIGH(x)       x = 1
#define     CLEAR_LOW(x)    x = 0
.....

sbit           karaOK_STB   = P2^6;
sbit           karaOK_CLK   = P0^6;
sbit           karaOK_DAT   = P0^0;
.....

void KaraOK_SendData(U16 data)
{
    U8 icount = 0;

    CLEAR_LOW(karaOK_STB);
    for(icount=0;icount<16;icount++)
    {
        CLEAR_LOW(karaOK_CLK);
        karaOK_DAT = data&0x0001;
        SET_HIGH(karaOK_CLK);
        data>>=1;
    }
    SET_HIGH(karaOK_STB);
}
......

脉冲旋转电位器的识别：
    现在比较通用的脉冲电位器有5个引脚：4，5两个引脚用于电位器被按下时的识别，1，2，3三个引脚则用于左右旋转的识别；识别左右旋转的方法比较多，但本质原理都是利用电位器内部长短不一的金属触片，在旋转时三个引脚内部相互接触的先后顺序不一样来进行判断。
    下面是本设计中使用的方法，简单有效：
     将1脚接GND，其余两脚通过上拉电阻到VCC，并作为数据接口连接到MCU,通过示波器可以得到电位器正反转时2，3脚的波形：
     

    由波形时序，我们可以发现：
    1． 向右旋转，当Pin2变为低电平时，Pin3也为低电平
    2． 向左旋转，当Pin2变位低电平时，在一段时间内，Pin3仍保持为高电平
     
    所以在程序处理时，只需要查询Pin2脚的状态作为触发标志，当Pin2出现低电平，立即检测Pin3脚状态，如果Pin3为高电平，则表示电位器左转，否则为右转。

   实际编写的程序代码段如下：
#define    KEY_LEFT      0xf0
#define    KEY_RIGHT    0x0f

sbit          key_A   = P2^0;     
sbit          key_B   = P2^1;

static unsigned char key_code =0x00;

void main(void)
{
    IT1 = 0;
    EX1 = 1;
    EA = 1;

    while(1)
    {
        ;
        /*main function*/
    }
}


void EX1_Int1() interrupt 2
{
    EX1 = 0;

    if(key_A)
   {
       key_code = 0x00;
   }
   else
   {
      _nop();
      _nop();
     _nop();
     
      if(key_B)
     {
         key_code = KEY_LEFT;
     }
     else
     {
        key_code = KEY_RIGHT;
      }
   }
   EX1 = 1;
}

ysd85

===结构设计===

材料选取：
      为了制作简单高效，设计制作中尽可能得采用了容易利用的材料，减少加工环节，前级机箱的四面侧板采用铝合金方通，上下板为镀锌板；后级机箱左右侧板利用合适尺寸的散热片组成，前后上下板采用镀锌板；机箱的面板均采用6mm厚环氧板制作；所有结构件的衔接固定采用角铝制作而成。

     之所以选用以上材料，原因有几点：
      1.铝合金方通容易加工，利用现有的棱角可以省去自己折板的麻烦，镀锌板价格便宜，容易获取，在一般的金属加工作坊都能找到，并可以让其切成自己想要的尺寸，
      2.后级的侧板使用散热片，在提高散热效率的同时，又能节省制作材料，一举两得，
      3.前面板利用环氧板，因为它硬度高，耐高温高压，不易变形，价格便宜，而且比较容易加工，至于木板和铝板，前者在高温情况下容易变形破裂，太软，使用时间不够长，而后者加工比较困难，特别是业余条件下的表面处理比较困难。



制作方法：

1.镀锌板部分：
   a.下料：
   前后级的上下盖板以及后级的前后侧板为1mm厚的镀锌板材料，这种材料手工裁板比较困难（虽然我也用钢锯锯过），建议直接在购买店让他们用机床切成想要的尺寸，这就需要在购买前根据机箱的大小计算好每一块板的尺寸大小。
     
  
b.粗加工：
      按照计算好的尺寸，在上下盖板上钻固定孔，一般在靠近四周角的位置各要一个;
     下盖板需要固定各个硬件电路模块，所以需要按照电路板上的开孔位置相应钻孔;
      后级的上盖板为了利于散热，需要加钻散热孔，为了钻孔整齐美观，建议先用铅笔画好线后，再按相应点钻孔，如图：
      

     注意：镀锌板比较硬，钻孔时需要使用硬度高的钻头，而且需要电钻速度不能太高，否则钻头很容易钝，有条件的情况下尽量使用台钻。
   
    一般在钻完以后，钻的孔位都比较多毛刺，去除的方法也比较多，可以用砂纸打磨，锉刀锉平，这里使用大的钻头在有毛刺的孔上轻轻钻几圈，这样毛刺很轻易就被去除，不过一定要注意把握力度，要不然就钻成大孔了...，
   


2.铝方通侧板部分
   a.制作思路：将铝方通切开以后，可以得到两条“[”形的铝合金板，我们就用它作为侧板。
   b.下料：根据箱体的宽&深尺寸，截取两段相应尺寸的方通，并进行切割。
   c.粗加工：
   c.1因为四条方通板的高度一样，所以需要在衔接处切割倒角，如图：
   
   c.2开孔，在衔接处开孔
   注意：此时先不要钻与上下盖板连接的孔（下文将会有解释）。

3.铝散热片侧板部
   目前市场上能买到散热片尺寸有限，要想买到完全符合侧板长度的型号比较困难，且价格也不便宜，所以这里采用四片100*140（mm）尺寸的铝散热片作为侧板，使用角铝进行固定。
   

4.衔接角铝部分
将角铝切割成所需要的高度，并参照各个侧板的开孔尺寸进行开孔。

5.协调加工：
    由于手工开孔时，不可避免一些偏移，所以执行这一步的目的就是尽量减小偏移所带来的误差，先把各个侧板组装好，然后直接把上下盖板放上去，对准位置后，用笔在侧板的相应位置标记开孔点，之后再对侧板的上下连接面开空；这样就把在开上下盖板孔时产生的偏移误差抵消了，而且因为铝合金比较软，不容易偏移，这样就相对得到比较精准的安装孔位。

6.细加工：
    做完上面的工作后，前后级两个机箱的外壳就做出来了，接下来需要进一步的加工，在后侧板上开各种信号端子的插孔，在前侧板需要加工电源端子、按键、lcd显示等窗口。完成后的图:

7.面板制作：

    面板采用环氧板制作，在没有专门工具的情况下，可以用钢锯锯成自己想要的尺寸，锯完后再对锯口用平锉打磨平整光滑。

    环氧板：
   

    锯开后的锯口
   

    打磨平整后的锯口
   

    由于环氧板不能像铝板那样在内侧钻孔攻丝，也就是说要在不穿孔的情况下固定工件比较困难，所以本制作相当于有两块面板，即前侧板和前面板，前侧板负责固定各个工件模块，前面板起装饰美化作用。
   a.开通孔：电源开关、按键、电位器、LED、LCD显示等位置都需要开通孔，如果没有合适大小的钻头，可以使用圆锉扩大，而对于方孔，在缺少工具下最好的办法就是先用电钻沿着开孔位钻一圈，再用方锉打磨。

   电位器及按键开孔
   

   LCD窗口
   
  
  b.开沉孔：
    b.1.由于前侧板在固定工件时需要用到很多螺丝，为了前侧板和前面板能无缝结合，就需要在前面板的内侧开大量的沉孔，将螺丝突出的部分 容纳进去，用合适的钻头钻一适当的深度即可，一定要掌握力度，以免钻穿.

   开关开孔及螺丝沉孔
   


   按键开孔及沉孔
   

   后面板内部
   


   b.2：LCD显示屏和IR窗口部分面积比较大，这里利用修边机沉孔.
   

   
  
  下图为完成后的前面板
  


  


8.打磨装饰

    业余条件下，外壳机箱的打磨装饰工序并不多，而且这也是自己制作机箱的难点之一,以下是本制作的处理过程：
    a.先用砂纸将表面打磨平整光滑，四周棱角部分打磨光滑，可适当做些倒脚，这样可以避免在平时使用过程中划手，之后用水清洗，去除表面的粉尘，凉干。
   
   

    b.喷漆，使用银色手喷漆，先表面薄薄的喷一层，待干了以后检查有没有毛刺颗粒，打磨平整，有条件的可以刮腻子，处理后再喷漆，一般两遍喷漆后基本就达到想要的效果了，如不满意也可循环以上的操作，要注意喷漆均匀，千万不能只对着一个地方喷。
   

   


    c.添加丝印：因为面板级后背板接口比较多，所以对部分地方添加了丝印，以方便操作使用；
采用热转印的原理，先将所印字符打印在热转印纸上，再用电熨斗将文字转印到面板上；注意，转印过程中要注意温度和时间，因为油漆遇高温后非常容易损坏。如果漆面被损坏，可进行适量修补。

   打印好的丝印
   

   前级后背板准备转印
   

  转印好的前级面板
   


    加完丝印后，面板上再喷一层透明油漆（光油），以保护丝银，又能使表面变得更亮；等表面油漆干透以后，就可以使用了。
   


9.结构装配
    如果每个部件做工比较精确，组装过程将很快完成，只是用螺丝将每个衔接起来，，
   #注意，在所有零件安装完以前，尽量不要把所有的螺丝拧得太紧，这样在出现误差的情况下，可以适量的移动，最后再对每个螺丝进行拧紧加固。

   

   

   

ygw70

相应11#号召，自行删除4#帖子。

ysd85

===整机安装调试===

       虽然前期对每个模块进行了规划设计，但是整机的组装也比较复杂，特别是很多模块间的连线采用了直接焊接的方式，这就需要注意模块安装时的先后顺序。对于使用直接焊接的方法取代接插件，主要原因是为了减小PCB的尺寸，同时降低级间损耗（个人感觉那0.？元一个的接线柱品质并不是很好，特别是接线细的时候，经常导致接触不良）。
   
    1.把每个模块的位置摆好，先不要固定，根据模块之间的接口距离，把用到的连接线统一裁剪好备用，这样可以加快组装速度
   
   
   2.把前后面板的接插件安装好，固定；之后把电源部分装好
   

   

   

   

   

   

    3.根据装配的方便，分别把各个模块安装完成

   按键&脉冲电位器：
   

  电源开关&指示灯：
  

  电源板接线
  

  karaOK板：
  

端子接线：
  

PT2258 音量调节板：
  

内部图：
  

  安装完成：
  


  

  我的自己的标志
  

  脉冲电位器和按键盘特写：
  

  后级电源输入及控制输入口：
  

   RCA输入及接地：
   

   桥堆整流：
   

    LM3886阵列：
   

   LM3886阵列，5532缓冲放大板：
   

   电子安装完成：
   

  俯视全景：
   

   安装面板：
   

   后级安装完成：
   

土炮手工DIY

来HIFIDIY就是想看到像楼主这样高手的作品！
同时有感而发：只有自己走过的路，才知道那些是弯路！

ahao

pcb走线方式我喜欢