Microcontroladores: Preamplificador de audio de alta gama

Si tu pasión es la música y deseas ser un DJ importante, no puedes dejar pasar por alto el proyecto que te proponemos hoy: un circuito totalmente digital para manejar consolas de audio de la más alta calidad de sonido, con prestaciones increíbles, y operables tanto en forma local como remota (a través de un ordenador). Si el audio profesional es lo tuyo, te recomendamos darle una lectura a este artículo y conocer esta aplicación basada en el TDA7449.

Entre las virtudes destacables del TDA7449 se encuentra la posibilidad de seleccionar entre dos fuentes de sonido estéreo independientes, cada una con la posibilidad de ajustarse a distintos niveles de ganancia de entrada mediante la configuración de sus registros. El TDA7449 posee, además, controles de tonos agudos y graves por pasos de 2dB, mientras que el control de volumen se puede regular por pasos de 1dB, al igual que el balance entre canales de audio. Puedes realizar todas estas maravillas de funciones con tan sólo dos cables, a través de un bus I2C, y desde un microcontrolador sencillo.

Para controlar y manejar nuestro preamplificador de audio utilizaremos un PIC 16F628A, un display alfanumérico de 2 líneas X 16 caracteres, y tan sólo cuatro pulsadores para todas las funciones y ajustes: uno para controlar la función ON-OFF del sistema, que también puede activar el MUTE de sonido; otro para seleccionar dentro de un menú de posibilidades (Volumen, Balance, Graves y Agudos); y los dos últimos para aumentar o disminuir los parámteros elegidos por la función MENÚ.

Diagrama en bloques del sistema a implementar En la siguiente imagen puedes ver el diagrama en bloques de la aplicación que vamos a construir hoy. A primera vista puede resultarte algo complejo, pero a medida que avancemos en las explicaciones podrás ver que todo es muy sencillo si se trabaja de manera organizada, prudente y prestando atención a las indicaciones que te iremos brindando.

La Fuente de alimentación Si deseas utilizar un amplificador monitor, ya sea para auriculares o para altavoces de retorno, y piensas hacerlo a través del circuito propuesto con un TDA2004 (6W + 6W RMS), debes dejar (para alimentarlo) una conexión de 12 Volts, capaz de entregar 1 Amper para trabajar cómodamente y sin grandes complicaciones de disipación de calor. Luego encontrarás, en el circuito propuesto, un regulador de 9 VCC, del tipo 7809, para alimentar al TDA7449; y más adelante, se conecta un 7805 para obtener los 5 Volts necesarios para el PIC y el LCD.

Esta fuente está pensada y diseñada originalmente para trabajar a partir de una batería de 12 VCC o, en su defecto, una fuente de alimentación regulada. Debido a que permite la conexión a un sistema u otro (batería o fuente conectada a la red domiciliaria), hemos colocado un diodo (D1) para evitar complicaciones en caso de error involuntario en la polaridad al momento de la conexión. Igualmente, T1 protege al sistema de un error de este tipo, lo que hace innecesario la utilización de fusibles en este punto del circuito.

Al momento de pulsar el botón Power, D2 pondrá (a través de R2) la tensión de base del transistor T1 (trabajando como conmutador serie) a un potencial bajo para que éste (T1) comience a conducir. En ese momento, la alimentación llegará al PIC, y el programa comenzará a funcionar colocando al pin RA3 del microcontrolador en un estado alto (High) para mantener en conducción a T2 (entre Colector y Emisor). De esta forma, T1 se mantendrá en conducción mediante el potencial bajo existente en su base, dejando el circuito encendido a lo largo de todo el funcionamiento del programa y el sistema.

Te recomendamos la instalación de un conector hembra USB, tipo “A”, en aquellos casos en los que el sistema se construya con características de portabilidad para ser utilizado, por ejemplo, en un coche. Una potencia sonora de 6W + 6W RMS no es para nada despreciable cuando no se tiene música en el vehículo. Con un buen par de altavoces y un reproductor MP3 o MP4, puedes tener buena música durante un viaje. Sobrio, disimulado, discreto, sin necesidad de mostrar cadenas de audio de primeras marcas, puedes disfrutar de un sonido genial sin ostentar de manera excesiva.

Otra parte del circuito que puede ser considerada como opcional también está en recuadro de líneas de puntos y corresponde a la alimentación del amplificador de audio cuando el sistema se completa en una unidad autónoma. Observen que la conexión al amplificador se realiza a través de un relé para garantizar un suministro de energía sin inconvenientes y eficaz. Tomando señal desde RA3, y con un sencillo transistor BC639 o equivalente, resolvemos la activación del relé, que no será de dimensiones importantes.

Por último, cabe aclarar que es aconsejable montar esta parte del proyecto (la fuente de alimentación) en una placa separada del sistema de audio. Esta recomendación es muy útil para prevenir ruidos y zumbidos en caso de utilizar el preamplificador a partir de una fuente alimentada de la red domiciliaria, como sería el caso de la utilización dentro de una consola profesional de DJ.

El amplificador de audio El amplificador que utilices para monitorear el canal de trabajo será de la calidad y potencia que tú elijas. Te servirá para conocer de qué manera, por ejemplo, sale al aire tu emisora de FM, cómo preparar un tema para efectuar una mezcla de sonido en vivo, y miles de aplicaciones más. Lo importante en todos los casos es que tú estés conforme con el resultado obtenido.

No es necesario utilizar un módulo amplificador STK4142II, ni tampoco llegar al mínimo extremo de un LM386. Un TDA2004 es una muy buena opción y puede proporcionarnos una potencia altamente satisfactoria con sus 6W RMS por canal @ 12Volts de alimentación. Debido a que no estamos presentando un artículo orientado a un amplificador de audio, no abundaremos en detalles funcionales del circuito integrado TDA2004, pero sí te dejamos su diagrama esquemático y algunas fotografías del prototipo de este amplificador terminado, junto a un diagrama tentativo del PCB. Puedes variarlo a tu gusto, conveniencia y comodidad. No es necesario ni obligatorio utilizar al TDA7449 sólo en consolas mezcladoras. También puedes construir a partir de él un sistema de audio autónomo y de la potencia que tú decidas para la aplicación que mejor te plazca, por lo que la parte de amplificación de audio final queda a tu exclusiva elección, decisión, criterio y posibilidades económicas.

El TDA7449 y su técnica de trabajo El intercambio de datos entre el TDA7449, el microcontrolador y viceversa se efectúa a través de la comunicación serie de dos cables, conocida como protocolo I2C, del que ya hemos hablado en otro artículo y del que nos ocuparemos con mucho ahínco en NeoTeo. Este protocolo es utilizado ampliamente para conectar y operar dispositivos sofisticados a través de sólo dos líneas llamadas SDA y SCL, cada una con una resistencia de 10K a VCC (resistores PULL-UP).

Aquellos que trabajan con sistemas de programación de microcontroladores distintos al BASIC, recuerden que para generar una condición de START en el bus debe existir una transición de estado lógico de alto a bajo en la línea SDA, mientras SCL se encuentre en alto. De igual forma, para generar la condición de STOP, SDA debe pasar de bajo a alto mientras SCL se mantiene alto.

Como deja ver el cuadro, los tres primeros bits (MSB) no intervienen en la selección de los ajustes. El bit 4 se utiliza para indicarle al IC que debe entrar en un modo incremental automático hasta el tope de valor de la función seleccionada. Si se selecciona la sub-dirección de los graves y se coloca el bit D4 en alto, el sistema incrementará automáticamente hasta llegar a +14dB. Si se programa en bajo, se debe enviar dato a dato para ajustar el parámetro.

Para la elección de los datos a colocar en el tercer byte será aconsejable imprimir el datasheet correspondiente y optar por la variable correcta sin errores. Una vez enviado el tercer byte, se cierra el bus con la condición de STOP, quedando listo para comunicarse con otro dispositivo o esperar una nueva instrucción.

A diferencia de otros circuitos integrados que permiten conectarse a un bus I2C, el TDA7449 no posee dirección configurable; es decir, sólo se permite uno por microcontrolador. En los casos en los que se pretenda conformar una gran consola de sonido, es posible omitir el display LCD para utilizar los pines libres y conectar una red RS485 de hasta 32 controles. Una consola de 32 canales digitalizada y operable desde el ordenador, sin piezas mecánicas, es sin duda una opción impresionante.

Un ejemplo de programación en BASIC del TDA7449 sería la siguiente:

• BSTART – 'abro el bus
• BUSOUT %10001000 – 'envío la dirección que llama al TDA7449
• BUSOUT %00000000 – 'le indico que voy a seleccionar una entrada
• BUSOUT %00000011 – 'selecciono la entrada 1
• BSTOP – 'cierro el bus

En el listado se definen los byte START, CHIP ADDRESS, SUBADDRESS, DATA y STOP. Otra forma de setear los valores es mediante la asignación de alias en la instrucción BUSOUT, utilizando la instrucción SYMBOL para sustituir valores numéricos de difícil lectura.

Observa que la instrucción se presenta como: BUSOUT Dirección, Sub-dirección, [Variable a cambiar].

Si no te has equivocado en la construcción del hardware y todo está correcto, el sonido aparecerá según tus ajustes iniciales y podrás comenzar a disfrutar del manejo del bus I2C, desplegando tus habilidades de programación.

El circuito eléctrico del TDA7449 En el diagrama se aprecia que el circuito es muy sencillo utilizando sólo una de las entradas y unos pocos componentes alrededor del IC para un funcionamiento correcto. La alimentación en el pin 2 debe filtrarse con capacitores cerámicos de 100nF lo más cerca posible del TDA, y es importante diferenciar las conexiones a GND de las secciones digitales y analógicas.



No debemos olvidar que, al trabajar con señales de audio, los planos de tierra deben ser lo más amplios posible para minimizar ruidos. Esto aplica tanto para el circuito impreso como para los cableados de señal de entrada y salida del TDA7449.

Programando el PIC Siguiendo la línea de artículos anteriores, a continuación se indican las pautas para el programa del microcontrolador. Se declara el dispositivo, el cristal, el tipo de LCD y los pines para la comunicación por bus I2C. En este caso se utiliza un bus lento (100 KHz) adecuado para el TDA7449.



Luego, se declaran las variables a utilizar en el programa, definiendo además los alias mediante SYMBOL para facilitar la escritura de los valores numéricos (HEX, BIN, DEC). Así se simplifica el código y se mejora su legibilidad.



En la imagen también se observa que el pin 3 del puerto A se coloca en alto para mantener a T1 conduciendo, aun después de soltar el pulsador ON-OFF. Se introduce un retardo de 500 milisegundos para estabilizar la tensión antes de trabajar con los registros del TDA7449.



Al iniciar el funcionamiento del equipo, se muestra un mensaje de bienvenida en el display. Este mensaje, elaborado por el equipo de NeoTeo, invita a personalizar el preamplificador y demuestra la capacidad de customización del sistema.

Luego de dos segundos de muestra del mensaje, se cargan los datos iniciales: ganancia de entrada en 0dB, volumen en -32dB y los controles de tono (Graves y Agudos) al máximo.

Ten presente que el TDA7449 expresa el volumen en decibeles, con 0dB como máximo, y valores negativos para la atenuación. A continuación, se cargan los datos en los registros mediante la secuencia: abrir bus, enviar dirección, enviar subdirección, enviar dato y cerrar bus.

Observa en el ejemplo que, una vez abierto el bus, se pueden enviar múltiples datos a diferentes subdirecciones antes de cerrarlo con BUSTOP. Con el hardware correcto y la secuencia adecuada, el sonido se reproducirá según los ajustes programados.

Ahora hay que armar la estructura del firmware para que los controles de tono, volumen y demás parámetros se puedan cambiar en tiempo real sin interrupciones. Se recomienda probar a fondo el firmware y protegerlo contra pulsaciones múltiples y acciones que puedan desestabilizar el sistema.

Arma contadores con instrucciones incrementales o decrementales, por ejemplo: TREBLE = TREBLE + 1. También puedes detectar pulsaciones de teclas con simples instrucciones IF - THEN - ELSE – ENDIF, procurando siempre un funcionamiento estable y seguro.

Tómate un instante y observa las etiquetas RETALTOSUP y RETEALTOSDWN. Si el mantiene pulsado el botón, el sistema podría entrar en un bucle infinito que impida el registro de otras acciones. Esta medida previene errores por pulsaciones simultáneas.

Al final, dedica algunas líneas para un apagado elegante: corta el sonido, emite un breve mensaje de salida y coloca el relé y el transistor en bajo, permitiendo que el sistema se apague de forma segura.



Lo primero es cortar el sonido al entrar en la rutina, dejando en MUTE los registros de volumen y balance. Se emite un mensaje breve antes de proceder al apagado.



Así de sencilla es la instrucción que detecta si se ha pulsado el botón ON-OFF, activando la subrutina de apagado del sistema.

Consideraciones finales Con tiempo, paciencia, buen gusto e imaginación, lograrás construir un eslabón importante en un sistema de audio. El TDA7449 es un IC que ST Microelectronics ofrece de forma gratuita tras registrarte en su sitio, lo que facilita el estudio y desarrollo de proyectos en electrónica.



Ahora sí: el audio en acción! En la siguiente página encontrarás cuatro videos imperdibles. Avanza a la siguiente página y disfruta de la demostración.

¿Te ha gustado? ¡Anímate! El TDA7449, la electrónica y el buen sonido te esperan.