В большинстве случаев у пользователей ПК имеются как минимум два типа устройств для воспроизведения звука – это аудио системы (колонки) и наушники, и чаще всего, для использования того или иного, приходится физически одно отключать, а другое подключать к звуковой плате компьютера. С целью устранения этой проблемы и более комфортной работы за ПК было разработано данное устройство.
Оно позволяет при помощи простых команд, по интерфейсу USB, переключаться между двумя устройствами воспроизведения звука.
Основные характеристики:
- один вход, два выхода;
- коммуникационный интерфейс реализуется на базе моста USB-UART;
- простое управление при помощи любой терминальной программы;
- низкое потребление (около 15 мА);
- полная изоляция аналоговой «земли»;
- стандартные гнезда 3.5 мм mini jack.
По существу, это маломощное реле с управлением по USB, которое используется для коммутации выходов аудио сигнала. Основой мультиплексора является микроконтроллер Atmel ATtiny13A и микросхема моста USB-UART производства компании FTDI - FT232RL.
Принципиальная схема
При разработке схемы автор искал недорогой микроконтроллер с минимальным количеством линий ввода/вывода и встроенным аппаратным UART. Однако, в соответствии с таким требованиями, самым маленьким и дешевым был микроконтроллер компании Microchip PIC16F688T с 14 выводами. В таком количестве выводов данное устройство не нуждается, поэтому был выбран микроконтроллер ATtiny13A, для которого необходимо было организовать программный UART.
Написать код, реализующий программный UART, не составило труда благодаря наличию документа от компании Atmel “Half Duplex Interrupt Driven Software UART", где подробно описывается как организовать полудуплексный UART с обработкой прерываний. Для этих целей используется встроенный в микроконтроллер 8-битный Таймер 1 и вывод внешнего прерывания, но и это, для такой простой задачи как наша, можно расценивать как излишество. Можно программно реализовать UART без использования таймера и прерывания и при этом сэкономить часть памяти программ микроконтроллера.
Для управления каналами аудио используется реле. Подключено оно к микроконтроллеру через резистор R3 и конденсатор С2. Такое решение применено для уменьшения тока потребления реле с 28 мА до 12 мА, но может быть полезно при подключении аудио мультиплексора через USB-хаб, к которому уже подключено множество устройств. Но это не требование к схеме, пользователи могут использовать свои методы подключения реле к микроконтроллеру. Примененное реле TQ2-5V можно заменить любым с рабочим напряжением 5 В, но нужно учитывать, что ток через реле не должен превышать максимальный ток линии ввода/вывода микроконтроллера. Для этого будет необходимо подобрать номиналы элементов R3, C2.
Вывод микроконтроллера PB3 подключен к выходу CBUS3 микросхемы FT232R с использованием подтягивающего резистора 10 кОм. Это сделано с целью поддержки функций энергосбержения (перевод микроконтроллера в режим пониженного потребления), которые могут быть введены пользователем, или же этот выход может использоваться для тактирования микроконтроллера. Изменить назначение этого вывода микросхемы можно с использованием бесплатной конфигурационной утилиты FT_Prog от компании FTDI. Для внутрисхемного программирования микроконтроллера предназначен разъем ISP1.
Также стоит обратить внимание на питание микроконтроллера: он и микросхема USB-UART моста питаются непосредственно от порта USB, поэтому необходимо установить фильтрующий элемент FB1 по шине +5 В (ферритовое кольцо или бусинка) и после сборки проверить монтаж на наличие КЗ.
Самый важный момент, на котором стоит подробнее остановиться – тактирование микроконтроллера. Протокол UART очень капризный в отношении тактовой частоты, особенно он чувствителен к изменениям тактовой частоты. Встроенный RC осциллятор микроконтроллера откалиброван при напряжении питания 3 В при окружающей температуре 25 °С, но в нашем устройстве он питается от порта USB (5 В), и поэтому после программирования микроконтроллера устройство может функционировать неправильно. Автор использовал внутренний осциллятор, настроенный на частоту 4.8 МГц (Fuse-биты) и пользователю необходимо будет лишь откорректировать значения количества циклов таймера, который используется в формировании временных задержек в программной реализации UART.
Еще один способ тактирования микроконтроллера, который не был проверен автором – конфигурирование вывода CBUS3 в качестве источника тактовой частоты для микроконтроллера, т.к. возможно, что внутренний осциллятор FT232R более стабилен в сравнении с осциллятором микроконтроллера. Или же использовать внешний кварцевый резонатор для FT232RL, но микроконтроллер по прежнему тактировать от вывода CBUS3 – возможно это будет идеальное решение.
Печатная плата разработана двухсторонней. Коннектор USB расположен на нижней стороне платы, 3.5 мм коннекторы для подключения аудио системы, наушников и источника (звуковая плата компьютера) на верхней стороне платы. Аналоговая «земля» полностью изолирована от цифровой «земли», верхний слой печатной платы используется как дополнительный экран.
Для управления устройством можно использовать любую терминальную программу.
Команды – это простые символы a, b, t:
- a – переключить на канал А;
- b – переключить на канал B;
- t – переключение между каналами.
После принятия каждой корректной команды устройство посылает ответ – какой канал активен ("CH B" - активен канал B, "CH A" - активен канал A). Если будет получена любая другая не поддерживаемая команда (символ) – ответ будет «Unknown». Пользователи могут самостоятельно разработать простую программу с графическим интерфейсом, которая будет посылать команды устройству. Также возможно добавление функций и расширение возможностей аппаратной части.
Загрузки
Принципиальная схема, печатная плата (Eagle) – скачать
Программное обеспечение микроконтроллера (прошивка, исходный код) – скачать
