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30 分钟

使用 TDA7491 和 STM32L073RZ 改变您的音频体验。

释放全部音频潜力。

AudioAmp 2 Click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 6月 25, 2024

点击板

AudioAmp 2 Click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

使用强大且可靠的音频放大器,将您的嵌入式解决方案的音频能力提升到高端水平

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

AudioAmp 2 Click 基于 STMicroelectronics 的 TDA7491,这是一款双 BTL 类-D 音频放大器 IC,能够向 8Ω 负载提供高达 20W 的功率。此 IC 使用桥接负载 (BTL) 拓扑,这意味着输出负载由两个放大器级驱动,其中一个是反相的。这导致输出上的电压摆幅加倍或功率增加四倍。尽管如此,由于 TDA7491 的高效率,功耗仍然足够低,可以通过暴露的 IC 垫来处理。这款放大器提供低噪声和高质量的音频放大。放大器的频率响应范围从 20Hz 以下到 20kHz 以上,覆盖了整个音频频谱。总谐波失真 (THD) 在最大输出功率时为 10%,负载为 8Ω。然而,随着输出功率的降低和电源电压的升高,THD 迅速下降,同时遵守此 IC 的最大额定值。TDA7491 IC 的数据表提供了有关放大器 IC 本身的技术特性的详细信息。BTL 的输出调制方案是单极脉宽调制 (PWM)。正输出驱动器的输出电压在 0V 和 +VCC 之间变化,负输出驱动器的输出电压在 0V 和 -VCC 之间变化。当输入为 0V

 时,输出理论上会相互抵消,导致输出没有直流成分。实际上,引入了一个小的延迟,以避免在输入为 0V 时两个阶段同时切换。使用单极 PWM 方案简化了设计。功率放大器 IC 具有在设备开关时防止爆音的保护功能。然而,STBY 和 MUTE 引脚提供了进一步减少启动噪声的方法。IC 的 STBY 引脚使设备进入待机模式。这将关闭内部高功耗电路,将功耗降至最低。MUTE 引脚允许将输入内部重新路由到接地。结合 STBY 和 MUTE 模式,可以在开机或关机时完全避免爆音。STBY 引脚连接到 mikroBUS™ CS 引脚,而 MUTE 引脚连接到 mikroBUS™ PWM 引脚,标记为 MUTE。此 Click board™ 允许选择输入增益。输入信号增益分级对于为放大器 IC 提供足够的输入电平非常重要。例如,如果输入信号过低,放大器可能无法达到所需的输出功率。因此,对输入信号应用了修正增益。这是通过对 TDA7491 IC 的两个 GAIN 引脚(GAIN0 和 GAIN1)应用逻辑电

平来实现的。GAIN0 引脚连接到 mikroBUS™ AN 引脚,而 GAIN1 引脚连接到 mikroBUS™ RST 引脚,分别标记为 GN0 和 GN1。DIAG 引脚允许监控故障条件。当短路或热过载保护激活时,DIAG 引脚将通过板载上拉电阻设置为高电平,向主机 MCU 信号故障状态。当没有故障条件存在时,此开漏输出主动下拉电流,使该引脚保持低电平。此引脚连接到 mikroBUS™ INT 引脚,标记为 DIA。该 Click board™ 配备了一个 3.5mm 立体声插孔连接器,用于连接线路电平音频输入。除了输入插孔,还有两个用于连接输出扬声器(4Ω 到 8Ω)的螺钉端子。默认情况下,Click board™ 通过 mikroBUS™ 5V 电源轨供电。这将允许放大器以有限的功率工作。因此,提供了一个外部接头,允许使用高达 18V 的外部电源。标记为 AMP VCC 的 SMD 跳线必须放置在 EXT 位置以选择外部电源。

AudioAmp 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64搭载STM32L073RZ MCU提供了一个经济实惠且灵活的平台,供开发人员探索新的想法并原型化其设计。该板利用了STM32微控制器的多功能性,使用户能够为其项目选择性能和功耗之间的最佳平衡。它采用LQFP64封装的STM32微控制器,并包括一些必要的组件,例如用户LED,可以同时作为ARDUINO®信号使用,以及用户和复位按钮,以及用于精准定时操作的32.768kHz晶体振荡器。设计时考虑了扩展性和灵活性,Nucleo-64板具有ARDUINO® 

Uno V3扩展连接器和ST morpho扩展引脚标头,为全面项目集成提供了对STM32 I/O的完全访问权限。电源选项具有适应性,支持ST-LINK USB VBUS或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个内置的ST-LINK调试器/编程器,具有USB重新枚举功能,简化了编程和调试过程。此外,该板还设计了外部SMPS,以实现有效的Vcore逻辑供电,支持USB设备全速或USB SNK/UFP全速,以及内置的加密功能,增强了项目的功耗效率和安全性。通过专用

连接器提供了额外的连接性,用于外部SMPS实验、ST-LINK的USB连接器和MIPI®调试连接器,扩展了硬件接口和实验的可能性。开发人员将通过STM32Cube MCU软件包中全面的免费软件库和示例得到广泛的支持。这与与各种集成开发环境(IDE)的兼容性相结合,包括IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM和STM32CubeIDE,确保了平稳高效的开发体验,使用户能够充分发挥Nucleo-64板在其项目中的功能。

Nucleo 64 with STM32L073RZ MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

192

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Gain Setup Pin 0
PC0
AN
Gain Setup Pin 1
PC12
RST
Standby Function
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Mute Function
PC8
PWM
Diagnostic Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

AudioAmp 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含用于 AudioAmp 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • audioamp2_set_mode - 设置模式功能

  • audioamp2_set_gain - 设置增益功能

  • audioamp2_check_diagnostic - 诊断检查功能

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * \file 
 * \brief Audio Amp 2 Click example
 * 
 * # Description
 * This application amplifies the sound on the speakers.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes GPIO driver and puts device in Standby Mode as default
 * operation mode and selects 20dB as default gain selection.
 * 
 * ## Application Task  
 * Activates Mute operation mode for 4 seconds and after that activates Play mode.
 * When the device is in Play mode then changes the gain selection, first sets the minimum gain (20dB) for 8 seconds
 * and then sets the maximum gain (32dB) for 8 seconds too.
 * 
 * *note:* 
 * Internally, the gain is set by changing the feedback resistors of the amplifier.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "audioamp2.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static audioamp2_t audioamp2;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    audioamp2_cfg_t cfg;

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info(&logger, "---- Application Init ----");

    //  Click initialization.

    audioamp2_cfg_setup( &cfg );
    AUDIOAMP2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    audioamp2_init( &audioamp2, &cfg );
    Delay_ms ( 100 );
    
    log_printf( &logger, "AudioAmp 2 is initialized \r\n \r\n" );
    Delay_ms ( 200 );
}

void application_task ( void )
{
    audioamp2_set_mode( &audioamp2, AUDIOAMP2_MUTE_MODE );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    audioamp2_set_gain( &audioamp2, AUDIOAMP2_20DB_GAIN );
    audioamp2_set_mode( &audioamp2, AUDIOAMP2_PLAY_MODE );
    // 8 seconds delay
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    audioamp2_set_gain( &audioamp2, AUDIOAMP2_32DB_GAIN );
    // 8 seconds delay
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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