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使用 TPA3138D2 和 STM32F103RB 提升您的音频效果

释放低音

AudioAmp 6 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

AudioAmp 6 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

体验我们单声道/低音炮音频放大器的强大功能,将您的音频系统升级到一个新的水平。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

AudioAmp 6 Click基于德州仪器的TPA3138D2,这是一款立体声D类音频放大器。该IC具有许多功能,使其成为电池供电和独立主动扬声器的非常有吸引力的解决方案。它在电源电压方面非常灵活:可以在3.5V到14.4V范围内工作。即使在PSU连接器上只有3.5V,它仍然可以为6Ω负载(每通道)提供1W的功率。然而,其标称工作电压为12V,达到18.5W的功率(单个连接的4Ω扬声器),总谐波失真(THD)为10%。TPA3138D2 IC具有一组保护功能,包括输出短路、过温、欠压和过压保护。如果激活任何这些保护,将在SD/FAULT(EN)I/O引脚上报告这些保护。TPA3138D2 IC还可以检测输出上的恒定直流电流。当发生直流检测事件时,输出将关闭,保护连接的扬声器。通常,在电路上电时可能会触发直流检测事件,因此建议在短时间内将EN引脚保持在低电平,以防止错误的直流检测报告和响亮的爆音。TPA3138D2的输出级在桥接负载(BTL)拓扑中工作。这意味着每个通道有两个输出:反向和非反向(OUTN和

OUTP)。在AudioAmp 6 Click中,这些差分输出都连接在桥接拓扑(PBTL)中,从而在单个扬声器上产生更大的功率,但代价是较高的THD,这在低音炮/中央扬声器应用中仍然是可以接受的折衷。放大器不会以任何方式处理输入,因此应连接到有源分频器的预处理声音输出或音频播放设备的专用SW/中心输出。D类放大器通过调制输出电压的脉宽来产生声音。它提供了两种PWM调制方案的选择,可通过IC的MODE_SEL引脚选择。该引脚连接到mikroBUS™ RST引脚,在此Click板上标记为MDS。默认情况下,电阻将MDS引脚拉到高电平。当将MDS引脚设置为低电平时,TPA3138D2使用BD调制方案。该调制方案的功率效率较低,但THD比率较好。当设置为高电平时,TPA3138D2将使用1SPW调制方案,这是此Click板默认设置的(上拉电阻)。这种调制方案允许在稍微增加THD的代价下,实现低空闲电流和更好的整体效率。SD/FAULT引脚允许主MCU启用/禁用输出。将该引脚拉至低电平会使输出静音,TPA3138D2 IC进入低电流状态,

将电源电流降至最低水平。在断电前静音TPA3138D2可以减少此情况下可能出现的爆音和咔嗒声。SD/FAULT引脚连接到mikroBUS™ CS引脚,在此Click板上标记为EN,并由电阻拉到高电平。AudioAmp 5 Click具有可选择的输入增益。将低电平应用于GAIN_SEL引脚会将输入增益设置为20dB。高电平设置输入增益为26dB。这允许匹配输入信号以达到最佳输出水平。该引脚连接到mikroBUS™ PWM引脚,在此Click板上标记为GS,并由电阻拉到低电平。外部PSU应连接到VIN端子。线路级音频源可以连接到LINE IN 3.5mm立体声插孔,而扬声器应连接到OUT端子。这些端子在顶层叠加上标有极性。尽管TPA3138D2 IC需要外部PSU,但它仍使用来自mikroBUS™的电源用于其控制引脚的逻辑电平。此Click板可以通过VCC SEL跳线选择在3.3V或5V逻辑电压水平下操作。这样,具有3.3V和5V功能的MCU都可以正确使用通信线。此外,此Click板配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

AudioAmp 6 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,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。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

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

NC
NC
AN
Mode Selection
PC12
RST
Chip Enable/Fault
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Gain Selection
PC8
PWM
NC
NC
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 6 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 STM32F103RB 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AudioAmp 6 Click驱动程序的 API。

关键功能:

  • audioamp6_set_mode - 设置设备模式

  • audioamp6_set_output - 启用或禁用输出

  • audioamp6_set_gain - 设置设备增益

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 AudioAmp 6 Click example
 * 
 * # Description
 *  The demo application displays the volume change using AudioAmp 6 Click.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Configuring Clicks and log objects.
 * Select mode and sets output on the enable state.
 * 
 * ## Application Task  
 * Changes the gain settings ( 20dB - 26dB )
 * 
 * *note:* 
 * Sets the input voltage from 3.5V to 14.4V.
 * 
 * \author Katarina Perendic
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "audioamp6.h"

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

static audioamp6_t audioamp6;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    audioamp6_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.

    audioamp6_cfg_setup( &cfg );
    AUDIOAMP6_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    audioamp6_init( &audioamp6, &cfg );

    audioamp6_set_mode( &audioamp6, AUDIOAMP6_MODE_BD );
    audioamp6_set_output( &audioamp6, AUDIOAMP6_OUTPUT_ENABLE );

    log_info( &logger,"---- Start control AudioAmp 6 Click ----" );
}

void application_task ( void )
{
    //  Task implementation.

    log_printf( &logger,">> Set gain 20 dB \r\n" );
    audioamp6_set_gain( &audioamp6, AUDIOAMP6_GAIN_20dB );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    log_printf( &logger,">> Set gain 26 dB \r\n" );
    audioamp6_set_gain( &audioamp6, AUDIOAMP6_GAIN_26dB );
    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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