ЦАП на AD1853 под управлением микроконтроллера

[Candidate]

Представляем цифро-аналоговый преобразователь на AD1853, работающий под управлением микроконтроллера.

Первоначально, хотелось изготовить несложный ЦАП на доступной элементной базе. Выбор пал на ЦАП, описанный на страничке Maniac (вариант 2) ввиду (как изначально показалось!) легкой повторяемости. Печатная плата – это немного доработанный проект, представленный And$er (rev. B).

Нельзя сказать, что изготовление шло гладко: как всегда при практической реализации не обошлось без мелких ошибок (типа ошибок трассировки ПП), но и серьезные сюрпризы тоже имели место (из 4 операционных усилителей один оказался бракованным).

Однако, когда очевидные ошибки были устранены, при первых запусках устройство продемонстрировало не впечатляющее качество звука. Явно сильнее обычной звуковой карты компьютера, но ничего выдающегося. Подробно проблема освещалась на Форуме.

При детальном изучении фирменной документации на микросхемы приемника и ЦАП было сделано предположение, что проблема заключается в некорректном построении слова данных на выходе приемника SPDIF.

Для решения проблемы был разработан модуль управления на базе микроконтроллера, который позволяет
1) Управлять режимами работы микросхемы ЦАП по интерфейсу SPI
2) Читать информацию с приемника сигнала (DIR9001) и конфигурировать его
3) Изменять все возможные настройки микросхем во время работы с помощью единственного валкодера с одновременным отображением на ЖКД необходимой информации.

Модуль управления обладает и такими удобными функциями как регулировка громкости, плавное нарастание громкости при включении, индикация частоты выборок входного сигнала и т.п.

Первое же прослушивание устройства с подключенным модулем управления позволило правильно сконфигурировать режимы работы всех микросхем и получить удивительный прогресс в качестве звука. В настоящее время ЦАП «переигрывает» связку "Привод CD"+"Усилитель"+"АС" весьма неплохого уровня. Звук, полученный с ЦАП, отличается детализацией верхних частот, глубоким динамичным басом, чёткой серединой и проработанным объемом сцены. Впечатляет четкостью одновременная передача разных частот и разноуровневых сигналов. В целом звучание очень приятное, прослушивание комфортно, музыку легко слушать часами.

Конструктивно ЦАП выполнен на 4 платах:
1) Плата силовых трансформаторов
2) Плата первичных стабилизаторов
3) Модуль цифро-аналогового преобразования
4) Модуль управления

Данное конструктивное исполнение позволило избежать классических проблем электромагнитной совместимости. Устройство работает устойчиво, не подвержено влиянию излучения мобильного телефона (даже лежащего на плате ЦАП, с включенным передатчиком), и не пропускает в звуковой тракт "шум" цифровой части.

Для тех, кто с настороженностью относится к применению микропроцессорных устройств в схеме управления ЦАП, можем сказать, что отключение управляющей части от ЦАП не приводит к изменениям как субъективно (на слух), так и объективно (по осциллографу).

Температура всех микросхем едва заметно выше температуры окружающей среды.

Справедливости ради надо отметить, что, после применения модуля управления, была сделана попытка восстановить "неправильное" звучание ЦАП (которое он имел изначально). Оказалось, что этого легко добиться, принудительно поменяв формат входных данных и количество бит в RJSM.

При реализации проекта были применены следующие пакеты САПР: Multisim, Proteus, PCAD.

Благодарим Maniac, And$er за открытые схемные решения, на базе которых был начат этот проект, а также всех участников форума за полезные советы и ссылки, которые позволили этот проект осуществить!

23 сентября 2009 года добавлена схема электрическая принципиальная и библиотека элементов.
19 февраля 2010 года проект "Модуль управления" закрыт.

[artos]

Wired, Толик, там еще интереснее - такого - нет. Чуть позже озвучим изыскания.

Очень интересно!
У меня ЦАП на такой каменюке трудится уже пол года спасибо Владимиру за помощь в реализации проекта!
Что интереснее - это правда=)

[Serge_L]

Вот кусочек моей личной переписки с Дмитрием Андронниковым:

"А вот со входными протоколами у них есть проблемы - действительно хорошо слышно несоответствие длины входного слова установленному формату. Именно по этой причине в D29 я принудительно конфигурирую ЦАПы в RJ с соответствующей разрядности входных данных длиной входного регистра"

[Audiomaniac]

несоответствие длины входного слова

А меряется цап при этом нормально?

[Lynx]

Да. Но, если вопрос в разном дизеринговании, то измерениями будет весьма проблематично увидеть реальную трактуемую разницу - поскольку нам в случае AD1853 недуступны к измерению собственно модуляторы.
Вообще, как мне кажется? данный вопрос раздут совершенно искуственно - уж казалось бы - чего проще правильно конфигурировать вход AD1853

[Оллема]

данный вопрос раздут совершенно искуственно - уж казалось бы - чего проще правильно конфигурировать вход AD1853

Ну почему же раздут? СтОит конфигурировать или не стОит конфигурировать? Вот в чем вопрос. Чтобы правильно конфигурировать вход AD1853 не перемычки же впаять достаточно, а некое устройство - конфигуратор необходимо. Так что не все так просто.

[Serge_L]

Сложность конфигуратора соизмерима со сложностью мигалки на елку. Что здесь думать?

[Оллема]

Сложность конфигуратора соизмерима со сложностью мигалки на елку. Что здесь думать?

Так если нет Нового года, то и мигалка на елку не нужна

[Serge_L]

Оллема, я просто не знаю, как Вам еще донести. Не хотите конфигурировать - не делайте, Ваше право! Но разница существенная., хотя до конца я не могу охарактеризовать, когда она действительно есть. Например, СПДИФ сигнал от СД-плейера (я проверял СОНИ и НАД), конфигуратор слышен однозначно и не на уровне подсознания. Просто это как включенная тонкомпенсация или нет. От компа я не обнаружил такой сильной разницы. Лично для меня вопрос конфигурировать или нет - просто не стоит, вот и все. Сделать элементарно автомат: если детектируется контент на 96/192 кГц, включаем 24бит, если 48/44,1 - 16бит. По крайней мере, так все звучит просто отлично.

[Pyku_He_oTTyda]

Мне очень интересно мнение о работе регулятора громкости в составе 1853.

[Lynx]

Ну почему же раздут?

да по определению. Из вопроса, по сути ниочем, сделан какой-то жупел. Чего проще - 8-ногий контроллер с простейшим кодом о 40 строчках. Я вообще не понимаю, что тут может быть предметом обсуждения. Если это примитивное, как черенок от лопаты, устройство, позволяет реализовать реально нужные свойства ЦАП, при собственной стоимости менее пачки сигарет и простоте, как у палки, то сам вопрос становится бессмысленным.

Чтобы правильно конфигурировать вход AD1853 не перемычки же впаять достаточно, а некое устройство - конфигуратор необходимо. Так что не все так просто.

Сложность этого устройства в изготовлении практически равна сложности запаивания перемычек.

[Serge_L]

Pyku_He_oTTyda, Андрей, на мой взгляд ух - отвратительно!

---------- Добавлено в 13:01 ---------- Предыдущее сообщение в 12:59 ----------

Lynx, Дмитрий, а что в 40 строчек впихивать? Там так много (только для конфигуратора) не получается

[Pyku_He_oTTyda]

8-ногий контроллер с простейшим кодом

Я именно так в ЦАПе (встроенном в Техникс) так и сделал. 8ми-ногий tiny13 конфигурирует 1853 и резетит ее заодно.
Это логично и разумно, если делать ЦАП встраиваемым.
Если ЦАП отдельным устройством - то некое управление и индикация необходима, если предполагается использовать несколько источников с разными форматами данных.
Сергей мое мнение (и не только мое) о громкости такое же, уменьшение громкости на 1Дб - катастрофа.

[Serge_L]

Если делать высококлассное устройство на 1853 - а это не малый бюджет, надо регулятор громкости делать релейным (Никитина, например), либо на PGA23хх - это хоть что-то, хотя для меня не приемлемо.

[Pyku_He_oTTyda]

Меня интересовало просто мнение о РГ средствами 1853. То, как сделать нейтральный РГ, давайте оставим для другой ветки, дабы не отвлекатся от темы обсуждения

[Оллема]

Оллема, я просто не знаю, как Вам еще донести.

Блин, да я шо против штоли? Если есть такой эффект, то и сомнений нет - нужно конфигурировать. Я лично пока еще сам не могу сравнить, но это произойдет непременно.
Я ж в другом ключе разговор поднял - что вопрос не раздут (может я сам неправильно понял суть этого вопроса?).
Я понял, что пытались выяснить от чего такая разница в звуке. Абсолютно точно не известно. Почему бы не порасуждать о причинах такого явления? Это ж не мешает одновременно использовать конфигуратор.
Иначе напоминает: "Перестаньте нюхать пищу, рассматривать из чего она сделана. Вам дали готовое блюдо, вот и ж кушайте! Чего еще может быть проще, чем шевелить челюстями?!

[And$er]

Я именно так в ЦАПе (встроенном в Техникс) так и сделал. 8ми-ногий tiny13 конфигурирует 1853 и резетит ее заодно.

Исходник можете выложить?

[Pyku_He_oTTyda]

Исходник без проблем. Ближе к вечеру или завтра, как только домой вернусь.

[Serge_L]

Pyku_He_oTTyda, Андрей, я просто рассуждал - не применительно к Вам и Вашему решению относительно регулятора громкости.

[aal]

Исходник можете выложить?

Можете подобное глянуть здесь....

[Pyku_He_oTTyda]

//
#define bit(n)     (1<<n)
#define Set(m,n)   (m|=bit(n))
#define Clr(m,n)   (m&=~bit(n))

#define DATA    2  // PB2
#define CLK     1  // PB1
#define LATCH    0  // PB0
#define RESET    4  // PB4

#define SetReset   Clr(PORTB,RESET)
#define ClrReset   Set(PORTB,RESET)

#define SetCLK     Set(PORTB,CLK)   //Установка\снятие сигнала CLK
#define ClrCLK     Clr(PORTB,CLK)

#define SetDATA    Set(PORTB,DATA)  //Установка\снятие сигнала DATA
#define ClrDATA    Clr(PORTB,DATA)

#define SetLATCH   Set(PORTB,LATCH) //Установка\снятие сигнала LATCH
#define ClrLATCH   Clr(PORTB,LATCH)

volatile unsigned int data = 0x0000;            //подготовленные данные для передачи по SPI
volatile unsigned int mask_data=0x0001;    //маска для данных

volatile unsigned int data_int = 0x0000;      //собственно данные, инициализирующие 1853
                                                               //стр. 10 даташита (16RJ - 0b1000000000)

//
void init_mk(void)
{
ACSR = 0x80; //запрет компаратора

DDRB =  0b00011111;
PORTB = 0b00000000;

sleep_enable();
set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);

}

void spi (unsigned int data)  //подпрограмма вывода SPI
{
unsigned int i = 0x8000;
    while(i)
    {
    if(data & i) SetDATA; else ClrDATA;
    _delay_us(5);
    SetCLK;
    ClrCLK;
    i>>=1;
    }
    ClrDATA;
    SetLATCH;
    _delay_us(10);
    ClrLATCH;
}

//Программа управления DAC1853
//
//
//

#include <avr/io.h>
#include <avr/sleep.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/wdt.h>

#include <define.h>
#include <function.h>

int main(void)
{
unsigned char t;

init_mk();

    SetReset;
    for(t=0; t<50; t++) 
    {
    _delay_ms(10);
    }
    ClrReset;

_delay_ms(100);

data = (data_int | mask_data);

        spi(data);

_delay_ms(100);

sleep_mode();
}

Вроде даже работало, запамятовал за давностью лет