janvier 2016
Projet d’Electronique
Mixeur audio numérique
1.0 Objectif du projet
• L’objectif de ce projet est double:
- Il permet de mettre au point, assembler et tester un montage électronique dont la fonction peut aisément être mise en évidence. Dans la continuité de la formation théorique, le but recherché est de mettre en pratique les connaissances acquises en électronique analogique et numérique, et faire découvrir par l’expérimentation les principales étapes de développement d’un système électronique.
- Il est représentatif des systèmes numériques actuels, pour lesquels on trouve:
une prise d’information (ici un signal audio), sa numérisation,
le traitement numérique de l’information,
la restitution de l’information (ici, de nouveau un signal audio).
2.0 Présentation du sujet
• Le projet consiste à réaliser un circuit qui permet de mélanger 2 entrées audio, issues de 2 sources quelconques (smartphone, PC, instrument de musique, etc.), et de renvoyer le signal ainsi obtenu sur une sortie casque. Cela revient à construire une table de mixage à 2 entrées, qui réalise la superposition des 2 signaux de manière totalement numérique. Le choix de l’entrée et le niveau de mixage est contrôlé par un mini joystick à 4 positions (haut, bas, gauche, droite).
• Le système sera articulé autour d’un microcontrôleur 8 bits de la famille PIC18 de chez MICROCHIP Les 2 signaux d’entrée seront numérisés grâce au Convertisseur Analogique-Numérique (ADC) disponible dans le microcontrôleur. Ce dernier effectuera le mélange des 2 signaux, avec une pondération qui pourra être choisie et modifiée par l’utilisateur. Le résultat ainsi obtenu sera restitué à un amplificateur pour casque audio, après avoir été préalablement re-converti dans le domaine analogique grâce à un Convertisseur Numérique-Analogique (DAC). Cette dernière fonction n’étant pas disponible dans le microcontrôleur, il sera fait appel à un composant dédié.
Le choix de la pondération sera modifiable grâce à un joystick.
schéma synoptique du système
3.0 Cahier des charges
Le système s’articule autour d’un microcontrôleur MICROCHIP référence PIC18F23K20.
Le montage complet est alimenté sous 3,3 V.
Les signaux audio, entrées comme sortie, sont stéréo.
mixeur.
audio
source audio n°2
source audio n°1
ADC sortie
microcontrôleur source
audio n°2 source audio n°1
mixage
joystick
DAC ampli
casque audio pré-
ampli.
Le signal d’entrée peut être préamplifié grâce à étage utilisant un amplificateur opérationnel référence MCP6274.
Un joystick de type commutateur à 4 sélections est relié au microcontrôleur (distribué par RADIOSPARES sous le code commande 516-031). Les fonctions associées aux 4 positions sont laissées à l’initiative des concepteurs.
Le DAC est un double convertisseur 10-bit, de référence MCP4912.
Dans le microcontrôleur, le traitement du signal pourra se faire en mode 8 ou 10 bits, au choix des concepteurs.
(Autrement dit, le nombre de bits pour la résolution du signal audio n’est pas imposé.) Les signaux d’entrées et de sortie sont connectés grâce à une embase jack 3,5 mm.
En sortie, il est possible de brancher un casque audio (impédance typique 32Ω), ou des enceintes amplifiées, grâce à un amplificateur référence TDA1308T.
Le programme du microcontrôleur doit être développé en assembleur.
Deux pattes du microcontrôleur sont prévues pour pouvoir commander des LEDs: leur utilisation est libre.
Comme indiqué précédemment, le joystick peut être utilisé selon le bon vouloir des concepteurs:
- pour modifier le volume, - pour mettre en veille le système,
- pour convertir le signal audio sur 8 ou 10 bits (afin de mettre en évidence la différence de qualité), - etc.
Toute autre proposition intéressante est bienvenue...
4.0 Matériel fourni en début de projet
1 microcontrôleur MICROCHIP PIC18F23K20 + son support pour circuit imprimé DIP 28 broches 1 quadruple amplificateur opérationnel MICROCHIP MCP6274 + son support DIP 14 broches
1 Convertisseur Numérique-Analogique (DAC) MICROCHIP MCP4912 + son support DIP 14 broches 1 amplificateur audio pour casque NXP TDA1308T en boîtier CMS
(Composant Monté en Surface, ou Surface Mounted Device) 2 LEDs 3mm
4 diodes 1N4148
1 commutateur à 4 directions de type joystick ALPS SKQUAAA010 1 connecteur 6 broches (pour connecter le programmateur PICkit3) 3 connecteurs jack stéréo 3,5mm
4 condensateurs 1µF / 63 V polarisés (technologie: électrolytique) 1 condensateur 22µF / 33 V polarisé (technologie: électrolytique) 7 condensateurs 100µF / 16 V polarisés (technologie: électrolytique) 2 condensateurs 1µF / 10 V non polarisés (technologie: céramique) 7 condensateurs 100 nF non polarisés (technologie: céramique)
5.1 Schéma électrique du circuit
Le schéma électrique complet est le suivant (également disponible sur le campus):
Remarques:
• Pour le projet, le circuit devra être alimenté par une alimentation de laboratoire (2 pastilles sont prévues afin de pouvoir souder des fils de raccordement).
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
7 7
8 8
D D
C C
B B
A A
Title
Number Revision
Size A3
Date: 18/12/2015 Sheet of
File: E:\enseignement\..\mixeur_audio.SchDoc Drawn By:
11 22
33
4 4 5 5
3 21
Note: fiche jack enlevée, les broches 2 et 5 sont connectées, ainsi que 1 et 4 fiche jack enfoncée (mono ou steréo), les broches 5 et 4 sont flottantes
Fiche jack mono
Fiche jack stéréo 3 et 2 1
Input_A
11 22
33
4 4 5 5
3 21
Note: fiche jack enlevée, les broches 2 et 5 sont connectées, ainsi que 1 et 4 fiche jack enfoncée (mono ou steréo), les broches 5 et 4 sont flottantes
Fiche jack mono
Fiche jack stéréo 3 et 2 1
Input_B 2211 33
4 4
5 5 1 2 3
Note: fiche jack enlevée, les broches 2 et 5 sont connectées, ainsi que 1 et 4 fiche jack enfoncée (mono ou steréo), les broches 5 et 4 sont flottantes
Fiche jack mono Fiche jack stéréo
3 et 2 1 JackOut
+
1u CinLA
+ 100u C1LA R1LA
5 6 B 7
MCP6274B leftA
+
1u CinRA
Rin1LA
Rin2LA Vdd
R2LA inLA
1212 C2LA
outLA R3LA
1122 100n
C3LA
GND
nLA1 nLA2
nLA3
signalLeftA +
100u C1RA R1RA
2 3 A 1
411
MCP6274A Rin1RA
Rin2RA Vdd
R2RA
1212 C2RA
R3RA
1122 100nC3RA
GND
rightA inRA
nRA1 nRA2
nRA3
outRA signalRightA
GND Vdd
+
1u CinLB
+ 100u C1LB R1LB 12
13 D 14
MCP6274D leftB
+
1u CinRB
Rin1LB
Rin2LB Vdd
R2LB inLB
1212 C2LB
outLB R3LB
1122 100n
C3LB
GND
nLB1 nLB2
nLB3
signalLeftB +
100u C1RB R1RB 10
9 C 8
MCP6274C Rin1RB
Rin2RB Vdd
R2RB
1212 C2RB
R3RB
1122 100n
C3RB
GND
rightB inRB
outRB signalRightB
nRB1 nRB2
nRB3
MCLR/VPP/RE3 1
RA0/AN0 2
RA1/AN1 3
RA2/AN2 4
RA3/AN3 5
RA4/T0CKI 6
RA5/AN4 7 8 VSS
OSC1/RA7 9
OSC2/RA6 10 11 RC0
RC1/CCP2 12
RC2/CCP1/P1A 13
RC3/SCK
14uC PIC18F2xK20RB5/KBI1/PGMRB6/KBI2/PGCRB7/KBI3/PGDRB1/INT1/P1CRB2/INT2/P1BRB4/KBI0/P1DRB3/CCP2RB0/INT0RC7/RXRC6/TXVDDRC4RC5VSS 1516171819202122232425262728 PIC18F23K20
MCLR/Vpp 1 2 Vdd 3 Vss 4 PGD 5 PGC
PICkit3
PGM/LVP 6
ICSP 10K
RMCLR Vdd
MCLR
MCLR Vdd
Vdd PGD
PGC
LED_inputA RLEDA
RLEDB LED_inputB GND
GND
LEDA LEDB anodeA
anodeB signalLeftA signalRightB signalRightA signalLeftB
1 4 2 3
mini_joystick 5 6
Joystick
INT0
GND DA
1N4148 RjoystickA
Vdd
RjoystickB
Vdd
B
RjoystickC
Vdd
C
RjoystickD
Vdd C
D D A B C
DB
1N4148
DC
1N4148
DD
1N4148
A D
100k Rint0 Vdd
INT0
1 VDD 2 NC 3 CS 4 SCK 5 SDI 6 NC
7 NC LDAC 8
MCP4912
SHDN 9 VoutB 10 VREFBVSS 1112 VREFA 13 VOUTA 14
DAC
SCK
SDO LDAC CS
Vdd
GND Vdd
CS SCK SDO
LDAC
1 OutA 2 InA- 3 InA+
4 VSS InB+OutBVDDInB- 5678 Ampli_Audio
TDA1308 1212
1u C1outA
3.9k R1OutA
3.9k
R2OutA +
100u C2OutA
Vdd
GND
+ 100u Cdec1Ampli
1122 100n
Cdec2Ampli
GND GND
1122 100n CdecDAC
GND
3.9k R1OutB 1212
1u C1outB
3.9k
R2OutB +
100u C2OutB
leftOut
rightOut
rightOut leftOut
OutA1 OutA2 OutA3
OutA4
OutB1 OutB2 OutB3 OutB4
Vdd
10k RAmpli1
10k RAmpli2
GND + 22u CAmpli
GND 1122
100n CdecAOP
GND
1122 100n CdecuC
GND
1 2 alim Vdd
GND
OSC_Out 1 Osc_Out
VmcAmpli GND
GND
GND Vdd
RSDI Vdd SDI
6.1 Circuit imprimé du circuit
L’implantation des composants sur le circuit imprimé est la suivante (également disponible sur le campus):
7.0 Méthodologie - Validation
La structure du montage n’est pas à concevoir: elle vous est donnée, mais c’est à vous de comprendre le principe de fonctionnement et d’expliquer le rôle des différents éléments.
Les valeurs des capacités sont fixées. Attention au sens de montage des condensateurs polarisés!
Les valeurs des résistances sont à déterminer.
Au final, le circuit sera monté sur un circuit imprimé double face (fourni en début de projet).
Gnd (0 V) DAC Vdd (3,3 V)
préamplificateur
microcontrôleur entrée n°1 (A)
entrée n°2 (B)
sortie (Out)
ampli audio
plots connectés au GND
(pour prévoir de quoi connecter les masses des sondes d’oscilloscope)
Vous devez mettre au point le montage et dimensionner les différentes parties afin de remplir la fonction souhaitée.
Remarques: - Il est déconseillé de souder les composants sur le circuit imprimé en tout début de projet: il est plus pratique de dimensionner et tester les différentes parties en utilisant les plaquettes d’essai.
- De même, pour la mise au point du système, il sera plus aisé d’observer le fonctionnement du montage en appliquant un signal d’entrée issu d’un générateur de tension et en pilotant par exemple une simple résistance.
- Il est déconseillé de tester le programme du microcontrôleur «d’un seul bloc». Mieux vaut développer des programmes simples de test qui seront faciles à valider avant de les compléter.
Le compte-rendu est à rendre sous format électronique (pdf uniquement). C’est là que vous devez expliquer les tests effectués, montrer la démarche utilisée pour dimensionner les différentes parties, et reporter les performances finales obtenues. Pensez à évaluer le coût du montage dans le compte-rendu.
En fin de projet, une validation du circuit sera effectuée avec l’un des encadrants: vous présenterez et expliquerez le dimensionnement de votre montage durant la phase de recette. A vous de montrer de la façon la plus convaincante que votre système fonctionne correctement et que vous avez compris le rôle de tous les éléments.
