Странная периодическая помеха при ШИМ-генерации звука на ATMega328P

[France de Vague]

Здравствуйте.

Я собрал схему для генерации звуков на AVR по материалам вот этой статьи на Хабре.

Использовал ATMega328P. В этом проекте частота ШИМ 31250 Гц, так что я собрал фильтр - RC-цепь, где R = 510 Ом, а С = 0.1 мкФ приложил схему к посту (эти значения я рассчитал на предложенном в статье калькуляторе ШИМ-фильтров (приложил скриншот); нагрузкой поставил динамик с сопротивлением 8 Ом, на схему подал 5В питания с лабораторного БП.

Я загрузил в микроконтроллер демо-код, который должен проигрывать последовательность звуков. Фьюзы, вроде бы, стандартные, но я на всякий случай приложил скриншот и с ними.

 

В общем, проблема в том, что звук, который он должен воспроизводить звучит приглушенно, зато блин стоит какой-то монотонный писк, иногда почти скрип и вот он очень громкий. 

Я подумал, что проблема в неправильно рассчитанном фильтре или какой-нибудь наводке. Собрал их сто тысяч разных, но писк только приглушался вместе со всем остальным, когда я большие сопротивления ставил, а по частоте на слух не менялся(не уверен, должен ли был), хотя емкости я пробовал тоже очень разные.

Я немного почитал код, попробовал отключить функцию подавления щелчка при сменах нот (это ничего не изменило). Код довольно сложный, чтобы пытаться всерьез искать там какие-нибудь ошибки, да и я подозреваю, что там их нет.

Не могу понять в чем проблема уже пару дней. Возможно, кто-то уже собирал этот проект или что-нибудь подобное и сталкивался с таким? Подскажите, если так. 

Так же, я не уверен, может быть, проблема физическая и она в микроконтроллере, думаю стоит попробовать попробовать другой камень.

Заранее спасибо.

Изменено 23 декабря, 2021 пользователем France de Vague
исправил грамматическое

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Alex Ferrum]

Как-то странно вы подключили динамик, 8-ми омный динамик через сопротивление 510 ом, естественно что звук приглушённый и почти неслышный. После rc-цепи надо бы поставить усилитель и на него нагрузить 8-ми омный динамик. По поводу писка, могу предположить, что динамик в параллель с конденсатором образовали резонансную систему, поэтому и пищит на частоте резонанса.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[IMXO]

47 минут назад, France de Vague сказал:

нагрузкой поставил динамик с сопротивлением 8 Ом

https://www.google.com/search?q=горе+от+ума+читать&client=firefox-b-d&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwjVpMXRvPr0AhWmlIsKHTyeAUIQ_AUoA3oECAEQBQ&biw=1312&bih=867&dpr=1

[Реклама]

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ очень важен контроль процесса заряда и разряда для избегания воздействия внешнего зарядного напряжения после достижения 100% заряда. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список таких решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[France de Vague]

12 часов назад, IMXO сказал:

https://www.google.com/search?q=горе+от+ума+читать&client=firefox-b-d&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwjVpMXRvPr0AhWmlIsKHTyeAUIQ_AUoA3oECAEQBQ&biw=1312&bih=867&dpr=1

В уме нечутком не место шуткам.

12 часов назад, Alex Ferrum сказал:

Как-то странно вы подключили динамик, 8-ми омный динамик через сопротивление 510 ом, естественно что звук приглушённый и почти неслышный. После rc-цепи надо бы поставить усилитель и на него нагрузить 8-ми омный динамик. По поводу писка, могу предположить, что динамик в параллель с конденсатором образовали резонансную систему, поэтому и пищит на частоте резонанса.

А как мне иначе подключить динамик не в параллель с конденсатором? Как-то развязать? Все схемы ШИМ-фильтров, что я видел выглядят примерно одинаково и в них нагрузка подключена параллельно емкости (в том числе, и схема подключения, предложенная автором проекта выглядит так).

Изменено 24 декабря, 2021 пользователем France de Vague

[IMXO]

12 минут назад, France de Vague сказал:

В уме нечутком не место шуткам.

ну так моск включать хоть изредка надо или нет?
сколько нагрузочная способность выходов МК? 20мА максимум
сколько ток через динамик 5в/8ом=625мА
можешь ответить на простой вопрос: можно подключать динамик на прямую к выходам МК или нет?
дальше подключил динамик через НЧ-фильтр, даже если не учитывать конденсатор, а только считать сопротивление резистора и динамика во сколько раз уменьшил уровень сигнала?

 

22 минуты назад, France de Vague сказал:

Все схемы ШИМ-фильтров, что я видел выглядят примерно одинаково и в них нагрузка подключена параллельно емкости

угу... и нагрузкой ставят буферный повторитель на ОУ, входное сопротивление которого исчисляется десятками мегаом, и на работу НЧ-фильтра он никак не влияет.

32 минуты назад, France de Vague сказал:

в том числе, и схема подключения, предложенная автором проекта выглядит так

где в статье сказано что на выход фильтра подключается динамик 8ом?????

[v1ct0r]

@France de Vague для ардуино скетча нет?

[BARS_]

А если залить скетч от ардуйни, то все сразу заработает?

[Bobius]

@France de Vague динамик к мк подключают так:

 

[France de Vague]

2 минуты назад, v1ct0r сказал:

@France de Vague для ардуино скетча нет?

Есть, я и его пробовал запускать с теми же фильтрами, динамиком и питанием, но и там тоже есть писк.

1 час назад, IMXO сказал:

где в статье сказано что на выход фильтра подключается динамик 8ом?????

Там было написано что-то вроде "Я не электронщик, использовал китайские наушники" и я решил, мол недостаток конкретики подразумевает, что это не так уж и важно)

1 час назад, IMXO сказал:

ну так моск включать хоть изредка надо или нет?

Так, я включил. Сейчас попробую воспользоваться.

 

53 минуты назад, Bobius сказал:

динамик к мк подключают так:

Спасибо большое.

[v1ct0r]

1 час назад, Bobius сказал:

динамик к мк подключают так:

сомневаюсь, что это поможет решить проблему

 

18 часов назад, France de Vague сказал:

стоит какой-то монотонный писк

только не подумайте, что против такого подключения динамика  

Изменено 24 декабря, 2021 пользователем v1ct0r

[IMXO]

1 час назад, France de Vague сказал:

Сейчас попробую воспользоваться.

тогда для начала выкинь калькулятор из первого поста, он погоду на Марсе считает.
если все посчитать правильно , то частота среза твоего "фильтра" получится около 200кГц...
почему так? потому что при расчетах RC-фильтра берется полное сопротивление цепи: сопротивление источника сигнала, сопротивление Rc  и сопротивление нагрузки.
сопротивление выхода МК около Rout=80ом
Rc=510ом
Rn=8ом
R=(Rout+Rc)*Rn/(Rout+Rc+Rn)=(80+510)*8/(80+510+8)=7.89ом
частота среза по 3дБ:
f=1/(2*Pi*R*C)=1/(2*Pi*7.89*0.1*10^-6)=201.717кГц
при этом  за грубил сигнал в 75 раз или на 37,5дБ

[France de Vague]

В 24.12.2021 в 16:30, IMXO сказал:

если все посчитать правильно

Окей, стало быть, мне нужно после фильтра добавить что-то, что не позволит динамику шунтировать цепь (я надеюсь, я не ошибаюсь с терминологией). Я так понимаю, лучший вариант это операционный усилитель, но у меня такого нет, а есть только биполярные n-p-n транзисторы. И на таком я бы мог собрать эмиттерный повторитель.

Я измерил сопротивление перехода база-эмиттер моего транзистора - оно составило в районе 750 кОм.

Я подставил его в приведенную вами формулу получилось так: R = (80+ 510) * (8+750*10^3)/(80+510+750*10^3 + 8) = 589.5 Ом

И частота среза f = 1/(2*Pi*589.5*0.1*10^-6) = 2702.1 Гц.

Такая схема выходит.

Я почему-то подозреваю, что все равно что-то упустил (помимо того, что высокое сопротивление RC-цепи делает звук тише)... 

Изменено 27 декабря, 2021 пользователем France de Vague

[France de Vague]

1 час назад, France de Vague сказал:

Я почему-то подозреваю, что все равно что-то упустил (помимо того, что высокое сопротивление RC-цепи делает звук тише)...

Ну, в общем, да, так оно не работает )

[IMXO]

3 часа назад, France de Vague сказал:

Я измерил сопротивление перехода база-эмиттер моего транзистора - оно составило в районе 750 кОм.

и как ты его измерил??? китайским мультиметром на 2МОм... поздравляю ты открыл еще один способ измерять прямое падение напряжения на переходе база-эмиттер в милливольтах.
и да никакого отношения к входному сопротивлению каскада с ОК это не имеет.
оное приблизительно равно сопротивлению нагрузки умноженное на коэф.усиления транзистора.
те примерно 240..300ом

[France de Vague]

34 минуты назад, IMXO сказал:

и как ты его измерил???

Неправильно)

Мой план с эмиттерным повторителем не сработал и, я так понимаю, что и не должен был... По-этому, я подключил динамик к коллектору, но и это, кроме тишины, ничего не дало. Я подумал, что, возможно, 510 Ом таки слишком много для транзистора, чтобы типа открыться и сделал RC-цепочку на 180 Ом и 0.3 мкФ - это тоже ничего не изменило.

Я, блин, не понимаю, почему так сложно подключить динамик к микроконтроллеру ))

Изменено 27 декабря, 2021 пользователем France de Vague

[France de Vague]

Ну, что ж, наконец подключил динамик правильно через транзистор. Очень долго с этим возился из-за того, что экран внутри кабеля динамика замкнул провода - безумие. 

Однако, писк никуда не делся...

Еще такое странное дело, ток через динамик составляет 95мА и это только потому что блок питания его ограничивает. Стало быть, при напряжении питания в 5В на нем рассеивается 475 мВ, что несколько выше, чем его номинальная мощность.

Видимо, этой схеме все-таки чего-то не хватает ? )

[dasZebra]

1 час назад, France de Vague сказал:

Видимо, этой схеме все-таки чего-то не хватает ? )

Примерно вот так вот должен 8и- омная динамическая головка подключаться.

 

[France de Vague]

7 минут назад, dasZebra сказал:

Примерно вот так вот должен 8и- омная динамическая головка подключаться

Да, я видел эти мрачные схемы и хотел бы сделать так, я невероятно рад был бы использовать операционный усилитель, но у меня нет даже p-n-p транзисторов.

К тому же, я и с одним общим эмиттером разбирался целый день. Думаю, не стоит бежать вперед жопы.

Однако, если вы можете подсказать, какая часть этой схемы поможет мне устранить помеху на звуковой частоте от ШИМ, я буду невероятно благодарен.

[dasZebra]

14 минут назад, France de Vague сказал:

поможет мне устранить помеху на звуковой частоте от

Это не помеха. Вы включили транзистор в "режим умножения" частоты, и слышите какую то  гармонику.

Вам нужно перевести транзистор в линейный режим добавив резистор на базу с коллектора и добавив разделительный конденсатор между фильтром и базой. Но в любом случае 8 ом нагрузка неподходит, будет очень тихо.

 

[France de Vague]

В общем, для ограничения тока я добавил последовательно динамику резистор в 1 кОм. ВСЕ стало сильно тише, но отношение уровня помехи к уровню полезного сигнала не изменилось. Также, параллельно динамику я добавил диод - я так понял, он немного сдерживает самоиндукцию катушки динамика, но и он никак не повлиял на помеху.

Поищу TVS, слышал они лучше подходят.

Теперь моя схема выглядит так. Надеюсь, кому-нибудь будут потом интересны и полезны мои идиотические заметки.

Помеха звучит на частоте, на вскидку, 1 кГц. Полезный звук подавлен, его за ней почти не слышно. В общем-то ничего не изменилось с добавлением транзистора, я явно что-то упустил.

1 минуту назад, dasZebra сказал:

Это не помеха. Вы включили транзистор в "режим умножения" частоты, и слышите какую то  гармонику.

Вам нужно перевести транзистор в линейный режим добавив резистор на базу с коллектора и добавив разделительный конденсатор между фильтром и базой. Но в любом случае 8 ом нагрузка неподходит, будет очень тихо.

 

Спасибо, сейчас попробую. Лишь бы помехи слышно не было и я буду счастлив:3

[France de Vague]

Говоря по существу, добавил согласно совету dasZebra резистор смещения и разделительный конденсатор. От чего-то решил, что ток 8 мА через нагрузку в 8 Ом будет в порядке и посчитал резистор вышло ~280 кОм. Разделительный конденсатор посчитал, прикинув сопротивление БЭ-перехода.

В 27.12.2021 в 18:30, IMXO сказал:

те примерно 240..300ом

 Как оказалось, Rбэ с разделительным конденсатором формируют между собой ФВЧ. Для частоты среза выбрал емкость 22 мкФ.

Так что схема теперь выглядит так:

Конечно помеха/гармоника никуда не делась, только стала пронзительнее, видимо, из-за излишка тока.

Стало быть я и в этот раз что-то упустил...

 

Изменено 28 декабря, 2021 пользователем France de Vague

[v1ct0r]

осциллографом не пробовали смотреть, что у вас на выходе фильтра?

[dodik]

12 часов назад, France de Vague сказал:

Так что схема теперь выглядит так:

Если хотите проверить схему,  подайте на вход схемы заведомо качественный сигнал . Или соберите 100% работающий усилитель и поставьте на вход потенциометр . Вроде это не сложные соображения . А с вашим методом  тыка будем ждать долго ... 

[France de Vague]

7 часов назад, v1ct0r сказал:

осциллографом не пробовали смотреть, что у вас на выходе фильтра?

Посмотрел:

Оказалось, частота у этой хрени 4 кГц, а не один. Я думал, что мой RC-фильтр посчитан на частоту среза 2.9 кГц с учетом вот этого авторитетного заявления

В 24.12.2021 в 16:30, IMXO сказал:

сопротивление выхода МК около Rout=80ом

На самом же деле,  Rout = 25 Ом, если кому интересно (спосибо stackexchange).

Я полагаю, что увеличив сопротивление, я от этой штуки избавлюсь. Но выяснить тайну ее происхождения это не помогает.. (

6 часов назад, dodik сказал:

Если хотите проверить схему,  подайте на вход схемы заведомо качественный сигнал

Сейчас займусь этим.

Изменено 29 декабря, 2021 пользователем France de Vague

[IMXO]

43 минуты назад, France de Vague сказал:

Но выяснить тайну ее происхождения это не помогает..

может код не рабочий?