BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH
---------

Mơn học: ĐỒ ÁN 2
Đề tài:

MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT,
ĐIỀU KHIỂN ÂM LƯỢNG BẰNG NÚT NHẤN
VÀ HIỂN THỊ ÂM LƯỢNG LÊN LCD
GVHD:

ThS. Nguyễn Trường Duy

SVTH:

Phạm Văn Dũng

-

19161216

Nguyễn Chính Tùng

-

19161026

TP. Hồ Chí Minh, Tháng 12 Năm 2022

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

-----------TP. HCM, ngày tháng năm 2022

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ tên sinh viên:
Ngành: CNKT Điện tử - viễn thông
I.

II.
III.
IV.

Phạm Văn Dũng
Nguyễn Chính Tùng
Mã ngành: 161

MSSV: 19161216
MSSV: 19161026
Lớp: 19161ĐTCNA

TÊN ĐỀ TÀI:
MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT, ĐIỀU KHIỂN ÂM LƯỢNG BẰNG NÚT

NHẤN VÀ HIỂN THỊ ÂM LƯỢNG LÊN LCD
NHIỆM VỤ:
Nghiên cứu, phát triển mơ hình mạch khuếch đại cơng suất
Lựa chọn linh kiện, thiết bị thiết kế phần cứng
Thiết kế phần cứng bằng phần mềm mô phỏng
Thiết kế và xây dựng phần mềm sử dụng Arduino
Đánh giá kết quả thực hiện đồ án mơn học
NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ:

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y
SINH


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

-----------TP. HCM, ngày tháng năm 2022

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ tên sinh viên:

Phạm Văn Dũng
Nguyễn Chính Tùng

Mã ngành: 161

MSSV: 19161216
MSSV: 19161026
Lớp: 19161DTCNA

Ngành: CNKT Điện tử - viễn thông
I.
TÊN ĐỀ TÀI:
MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT, ĐIỀU KHIỂN ÂM LƯỢNG BẰNG NÚT
NHẤN VÀ HIỂN THỊ ÂM LƯỢNG LÊN LCD
II.
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN
Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 1

Nội dung thực hiện

Tuần 2

Sơ đồ khối và đề cương chi tiết

Tuần 3

Báo cáo phần cơ sở lý thuyết

Tuần 4


Báo cáo phần thiết kế

Tuần 5

Thiết kế lưu đồ

Tuần 6

Mạch in

Tuần 7

Báo cáo đồ án

Xác nhận GVHD

Chú ý:
-

SV phải lên gặp GVHD theo lịch trên và mang theo tờ giấy này để GVHD ký tên xác nhận.

-

Trường hợp SV không lên báo cáo 2 lần trở lên sẽ bị cấm bảo vệ.
Trường hợp SV báo cáo trễ hạn sẽ bị trừ điểm tùy theo mức độ.
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)



LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này do chính bản thân nhóm em dựa vào việc tham khảo các tài liệu tham khảo
trước đó. Em xin cam đoan khơng sao chép bất kì tài liệu hoặc đề tài đã thực hiện trước đó.

SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Phạm Văn Dũng – Nguyễn Chính Tùng


LỜI CẢM ƠN

Nhóm em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy ThS. Nguyễn Trường Duy
đã trực tiếp hướng dẫn, góp ý, chỉnh sửa những sai sót trong quá trình thực hiện. Thầy đã
chia sẻ những kinh nghiệm và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt đề tài cho đồ án
môn học này.
Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Điện – Điện tử đã hỗ trợ và
giúp đỡ em trong nhiều mặt để hoàn thành đề tài thật tốt.
Em xin chân thành cảm ơn!
SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Phạm Văn Dũng – Nguyễn Chính Tùng


NỘI DUNG
PHẦN 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ........................................................................................ 10
1. Đặt vấn đề.................................................................................................................... 10
2. Mục tiêu ....................................................................................................................... 10
3. Giới hạn đề tài............................................................................................................. 10
4. Bố cục........................................................................................................................... 11
PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................................... 12

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 12
1.1.

Tổng quan về mạch khuếch đại công suất ............................................................ 12

1.2.

TDA 2030 ................................................................................................................. 13

1.3.

TDA 2050 ................................................................................................................. 13

1.4.

IC NE5532 ............................................................................................................... 14

1.5.

Arduino UNO .......................................................................................................... 15

1.6.

LCD 20x4 ................................................................................................................. 17

1.7.

Module I2C LCD..................................................................................................... 19

1.8.


Biến trở số X9C103 ................................................................................................. 19

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ..................................................................................................... 21
2.1.

Sơ đồ khối. ............................................................................................................... 21

2.2.

Thiết kế..................................................................................................................... 22

2.2.1.

Khối vi xử lý ...................................................................................................... 22

2.2.2.

Thiết kế mạch lọc ............................................................................................. 23

2.2.3.

Khối điều chỉnh âm lượng ............................................................................... 25

2.2.4.

Khối khuếch đại công suất .............................................................................. 27

2.2.5.


Khối nguồn ........................................................................................................ 29

2.3.

Nguyên tắt hoạt động .............................................................................................. 31

2.4.

Sơ đồ nguyên lý và giải thích sơ đồ nguyên lý ...................................................... 31

2.5.

Lưu đồ và giải thích lưu đồ. ................................................................................... 33

CHƯƠNG 3: THI CÔNG .................................................................................................... 36
3.1

Sơ đồ mạch in .......................................................................................................... 36

3.2

Sơ đồ đặt linh kiện .................................................................................................. 37

3.3

Hình ảnh thực tế...................................................................................................... 38


PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................................... 41
1. Kết luận ....................................................................................................................... 41

2. Hướng phát triển ........................................................................................................ 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 42


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1: Mạch khuếch đại khơng đảo. ................................................................................ 12
Hình 1. 2: Hình ảnh thực tế TDA 2030A và sơ đồ chân. ....................................................... 13
Hình 1. 3: Hình ảnh thực tế TDA 2050 và sơ đồ chân. ......................................................... 13
Hình 1. 4: Hình ảnh IC NE5532 và sơ đồ chân. .................................................................... 14
Hình 1. 5: Module Arduino Uno R3. ..................................................................................... 15
Hình 1. 6: Sơ đồ chân của Arduino Uno R3 .......................................................................... 16
Hình 1. 7: LCD 20x4 trong thực tế ........................................................................................ 17
Hình 1. 8: Sơ đồ chấn LCD. .................................................................................................. 18
Hình 1. 9: Hình ảnh thực tết molude I2C LCD. .................................................................... 19
Hình 1. 10: Biến trở số X9C103. ........................................................................................... 20
Hình 1. 11: Sơ đồ chân biến trở số X9C103. ......................................................................... 20
Hình 2. 1: Sơ đồ khối tồn mạch. .......................................................................................... 21
Hình 2. 2: Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lý. ............................................................................... 22
Hình 2. 3: Mạch lọc thơng cao. ............................................................................................. 23
Hình 2. 4: Mạch lọc nhiễu sử dụng IC NE5532 .................................................................... 24
Hình 2. 5: Sơ đồ nguyên lý mạch lọc thông cao sau khi đã tính tốn linh kiện. ................... 24
Hình 2. 6: Sơ đồ ngun lý mạch lọc thơng thấp. .................................................................. 25
Hình 2. 7: Sơ đồ nguyên lý mạch lọc thông thấp sau khi đã tính tốn linh kiện. .................. 25
Hình 2. 8: Sơ đồ nguyên lý khối điều chỉnh âm lượng. ......................................................... 26
Hình 2. 9: Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại. ......................................................................... 27
Hình 2. 10: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại cơng suất kênh Left/Right. ........................... 28
Hình 2. 11: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại công suất kênh Sub. ..................................... 29
Hình 2. 12: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn. ............................................................................. 30
Hình 2. 13: Sơ đồ ngun lý tồn mạch. ................................................................................ 32
Hình 2. 14: Lưu đồ chương trình. .......................................................................................... 34

Hình 3. 1: Sơ đồ mạch in khối khuếch đại. ............................................................................ 36
Hình 3. 2: Sơ đồ mạch in khối giao tiếp nút nhấn. ................................................................ 36
Hình 3. 3: Sơ đồ mạch in khối nguồn. ................................................................................... 37
Hình 3. 4: Sơ đồ đặt linh kiện khối khuếch đại...................................................................... 37
Hình 3. 5: Sơ đồ đặt linh kiện khối giao tiếp nút nhấn. ......................................................... 38
Hình 3. 6: Sơ đồ đặt linh kiện khối nguồn. ............................................................................ 38
Hình 3. 7: Hình ảnh thực tế khối khuếch đại sau khi hàn linh kiện. ..................................... 39
Hình 3. 8: Hình ảnh thực tế khối giao tiếp nút nhấn sau khi hàn linh kiện. ......................... 39
Hình 3. 9: Hình ảnh thực tế khối nguồn sau khi hàn linh kiện. ............................................. 40
Hình 3. 10: Hình ảnh thực tế mơ hình sản phẩm................................................................... 40


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1: Thông số TDA 2030.............................................................................................. 13
Bảng 1. 2: Thông số TDA 2050.............................................................................................. 14
Bảng 1. 3: Thông số IC NE5532 ............................................................................................ 14
Bảng 1. 4: Thông số Arduino Uno R3. ................................................................................... 15
Bảng 1. 5: Chức năng chân LCD. .......................................................................................... 18


PHẦN 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1. Đặt vấn đề
Hiện nay mạch khuếch đại công suất âm thanh rất phổ biến trên thị trường, tầng
khuếch đại thường được thiết kế sử dụng BTJ (FET) nhưng nhược điểm của khi sử dụng các
transistor sẽ cho mạch thiết kế lớn, nhiều linh kiện, nhưng với yêu cầu công suất vừa phải
phục vụ cho nhu cầu giải trí cá nhân thì để đơn giản người ta thường dùng các IC tích hợp
sẵn như: TDA, LA, LM, TL … Sử dụng các IC khuếch đại tương tự như sử dụng một khối
mạch điện phức tạp đã được tích hợp sẵn chắc chắn sẽ làm cho mạch nhỏ gọn và dễ dàng
xác định được các thông số của các phần tử trong mạch như transistor, điện trở, tụ điện, …
Bên cạnh đó với cách mạch khuếch đại âm thanh sử dụng IC người ta thường sử dụng

biến trở số để điều chỉnh mức độ âm thanh và khơng có phần hiển thị mức độ âm lượng, điều
này sẽ gây nhiều bất tiện như âm lượng như mong muốn sẽ không được đáp ứng, sử dụng
lâu ngày các biến trở này dễ hỏng. Kế thừa những ưu điểm vượt trội của các IC khuếch đại
thuật toán và sự điều khiển linh hoạt của vi xử lý nhóm em đi đến quyết định chọn đề tài:
“Mạch khuếch đại công suất, điều khiển âm lượng bằng nút nhấn và hiển thị âm lượng
lên LCD” để thực hiện đồ án cho môn học này.
2. Mục tiêu
- Ứng dụng các kiến thức đã được học ở các môn: Điện tử cơ bản, Vi xử lý.
- Xây dựng được mạch nguyên lý cho mạch khuếch đại Ampli 2.1.
- Thiết kế phẩn cứng mơ phỏng và làm mạch.
- Thiết kế chương trình phần mềm có thể điều chỉnh âm lượng bằng nút nhấn thông qua
biến trở số và hiển thị mức độ âm thanh lên LCD.
- Xây dựng được mơ hình sản phẩm thực tế.
3. Giới hạn đề tài
Sử dụng IC khuếch đại âm thanh TDA 2030 và TDA 2050 với công suất ngõ ra lần
lượt là 18W và 30W.
Thiết kế mạch lọc 2 tầng cho mạch Sub: mạch lọc thông cao bậc 1 và lọc thơng thấp
tích cực bậc 2.
Phạm vi hiển thị LCD 20x4, nội dung hiển thị phần trăm âm lượng cho loa Left Right
và loa Sub.
Sử dụng nút nhấn đề điều chỉnh âm lượng thông qua biến trở số.
Điều khiển tín hiệu sử dụng Module Vi điều khiển Arduino Uno.

10


4. Bố cục
PHẦN 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Chương 2: Thiết kế
Chương 3: Thi công
PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

11


PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.

Tổng quan về mạch khuếch đại công suất

Mạch khuếch đại công suất là mạch khuếch đại điện tử được thiết kế để tăng cường
độ cơng suất của tín hiệu đầu vào nhất định. Cơng suất của tín hiệu đầu vào được tăng lên
mức đủ cao để điều khiển tải các thiết bị đầu ra như loa, tai nghe, máy phát RF, v.v... Khơng
giống như các mạch khuếch đại điện áp/dịng điện, mạch khuếch đại công suất được thiết kế
để truyền tải trực tiếp và được sử dụng như một khối cuối cùng trong một chuỗi khuếch đại.
Một hệ thống khuếch đại thường bao gồm: nguồn tín hiệu, bộ tiền khuếch đại (khuếch
đại tín hiệu nhỏ), khuếch đại cơng suất và thiết bị đầu ra.
Yêu cầu đầu tiên đối với tiền khuếch đại là có độ lợi cao và tuyến tính do nguồn tín
hiệu thường có biên độ và dịng nhỏ.
Cơng suất ở đầu ra lại lớn, nên phần tiền khuếch đại phải đảm bảo cung cấp cho tầng
công suất một tín hiệu có biên độ lớn.
Tầng cơng suất phải hoạt động hiệu quả và có khả năng cho cơng suất lớn từ vài W
đến vài trăm W.
Hiệu suất của mạch KĐCS: 𝑛 =

𝑃𝑂 (𝐴𝐶)
𝑃𝑖(𝐷𝐶)


× 100%

Hiện nay, để thiết kế mạch khuếch đại công suất nhỏ (vài WATT đến và chục
WATT) người ta thường sử dụng linh kiện tích hợp (IC). Mạch khuếch đại cơng suất dùng
IC có hiệu suất làm việc cao, mạch đơn giản và dễ thiết kế.
Ví dụ điển hình của mạch khuếch đại cơng suất dùng IC (Hình 1.1).

Hình 1. 1: Mạch khuếch đại khơng đảo.
12


1.2.

TDA 2030
TDA2030A là IC tích hợp có chức năng khuếch đại tín hiệu tần số thấp ở chế độ AB,
cơng suất ngõ ra lên tới 18W và có dịng ra cao, ổn định và méo dạng thấp.

Hình 1. 2: Hình ảnh thực tế TDA 2030A và sơ đồ chân.

Bảng 1. 1: Thơng số TDA 2030
Kí hiệu

Thơng số

Giá trị tối đa

Đơn vị

𝑉𝑠


Điện áp nguồn cung cấp

± 22

V

𝑉𝑖

Điện áp vào (tín hiệu)

𝑉𝑠

𝐼𝑜

Dịng ra tối đa

3.5

A

𝑃𝑇

Công suất tiêu tán (tại 90°C)

20

W

Tstg,Tj


Nhiệt độ hoạt động

- 40 đến +150

°C

1.3.

TDA 2050
TDA2050 là IC tích hợp có chức năng khuếch đại tín hiệu tần số thấp ở chế độ AB,
công suất ngõ ra lên tới 32W và có dịng ra cao, ổn định và méo dạng thấp.

Hình 1. 3: Hình ảnh thực tế TDA 2050 và sơ đồ chân.

13


Bảng 1. 2: Thơng số TDA 2050.
Kí hiệu

Thơng số

Giá trị tối đa

Đơn vị

𝑉𝑠

Điện áp nguồn cung cấp


± 25

V

𝑉𝑖

Điện áp vào (tín hiệu)

𝑉𝑠

𝐼𝑜

Dịng ra tối đa

5

A

𝑃𝑇

Cơng suất tiêu tán (tại 75°C)

25

W

Tstg,Tj

Nhiệt độ hoạt động


- 40 đến +150

°C

1.4.

IC NE5532
IC khuếch đại NE5532 là một âm thanh khuếch đại IC có tính năng nhiễu rất thấp. Độ
lợi của IC lên đến 5000 và thường được sử dụng trong các mạch tiền khuếch đại âm thanh,
vi mạch có khả năng miễn nhiễm cao với tiếng ồn nên nó thường được ưu tiên sử dụng trong
các thiết kế điều hịa tín hiệu âm thanh.

Hình 1. 4: Hình ảnh IC NE5532 và sơ đồ chân.

Bảng 1. 3: Thông số IC NE5532
Ký hiệu

Thông số

Giá trị

Đơn vị

Vcc

Điện áp cung cấp

±3 đến ±20


V

Av

Độ lợi

5000

BW

Băng thông

10

MHz

Vo

Điện áp đầu ra

26

V

14


1.5.

Arduino UNO


Arduino là một nền tảng mã nguồn mở thường được sử dụng trong việc xây dựng các
dự án điện tử. Arduino bao gồm vi điều khiển và một phần mềm IDE được sử dụng để lập
trình viết và tải mã máy tính lên bo mạch. Arduino có ba loại phổ biến là Arduino Uno R3,
Arduino Nano, Arduino Mega 2560. KIT Arduino trong hình (Hình 1.5) là Arduino UNO
R3 sử dụng vi điều khiển Atmega328P dùng để xử lý các tác vụ cơ bản như điều khiển LED,
xử lý tín hiệu để điều khiển xe, trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên màn hình LCD ... Board
Arduino Uno nói chung và các loại Board Arduino khác có thể chạy độc lập hoặc giao tiếp
với các phần mềm chạy trên máy tính. Ngơn ngữ lập trình cho các loại board Arduino
thường do nhà sản xuất cung cấp.

Hình 1. 5: Module Arduino Uno R3.

Bảng 1. 4: Thông số Arduino Uno R3.
Vi điều khiển

ATmega328P-8bit AVR

Điện áp khuyên dùng

7-12V

Giới hạn điện áp

6-20V

Chân tín hiệu tương tự

6 (A0-A5)


Chân tín hiệu số

14

Chân tạo xung PWM

6

Dòng điện ra mỗi chân I/O

40 mA

Dòng điện ra chân 3.3V

50 mA
15


Bộ nhớ Flash

32 KB

SRAM

2 KB

EEPROM

1 KB


Tần số

16 MHz

Hình 1. 6: Sơ đồ chân của Arduino Uno R3
Sơ đồ chân của Arduino Uno dùng Chip điều khiển: Atmega328p
-

1 dao động thạch anh 16Mhz.
1 cổng kết nối USB.
1 jack cắm nguồn.
1 nút reset.
Số chân đầu vào/ra: 14 (trong đó có 6 ngõ ra PWM).
Số chân đầu vào tương tự: 6 (A0-A5).
Điện áp ngõ vào: 7 - 12V DC.
Điện áp ngõ vào (giới hạn): 6 ~ 20V DC.
Dòng DC trên mỗi chân I/O: 40mA.
Bộ nhớ Flash: 32 KB.
16


- SRAM: 2 KB.
- EEFROM: 1 KB.
Các board Arduino Uno không sử dụng chip chuyển đổi FTDI USB sang chuẩn nối
tiếp thay vào đó các tính năng của Atmega328 được lập trình như một bộ chuyển đổi USB
sang chuẩn nối tiếp.
Chức năng một số chân đặc biệt trên Kit:
Chân giao tiếp nối tiếp: 0 RX dùng để nhận (receive - RX) và 1 TX dùng để gửi
(transmit – TX) dữ liệu nối tiếp TTL.
- Chân PWM: 3, 5, 6, 9, 10 và 11: xuất PWM với độ phân giải 8 bit, điện áp ra có thể

điều chỉnh được từ 0~5V.
- Chân giao tiếp SPI: 10 SS, 11 MOSI, 12 MISO, 13 SCK dùng để truyền phát dữ liệu
bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
1.6. LCD 20x4
Màn hình text LCD 20x04 sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 4 dịng với
mỗi dịng 20 ký tự.
-

Hình 1. 7: LCD 20x4 trong thực tế
Thơng số kĩ thuật
-

Điện áp 5V.
Kích thước: 98 x 60 x 13.5 mm.

17


Hình 1. 8: Sơ đồ chấn LCD.

Bảng 1. 5: Chức năng chân LCD.
Số chân Tên chân
1
Vss
2
VDD
3
VEE
4
RS

5
R/W
6
E
7-14
DB0-DB7
15
A
16
K

Mô tả
Đất
Nguồn
Chỉnh độ sáng
Lựa chọn thanh ghi
Đọc/Viết tín hiệu
Cho phép
Chân dữ liệu
Cực dương led nền
Cực âm led nền

LCD có 2 chế độ đọc và ghi:
Chế độ đọc:
-

Điều khiển tín hiệu RS.
Điều khiển tín hiệu R/W lên mức 1.
Điều khiển tín hiệu E lên mức cao để cho phép.
Đọc dữ liệu từ bus dữ liệu DB7-DB0 (data bus).

Điều khiển tín hiệu E về mức thấp.

Chế độ ghi:
-

Điều khiển tín hiệu RS.
Điều khiển tín hiệu R/W xuống mức 0.
Điều khiển tín hiệu E lên mức cao để cho phép.
18


1.7.

Xuất dữ liệu ra bus dữ liệu DB7-DB0 (data bus).
Điều khiển tín hiệu E về mức thấp.

Module I2C LCD
Module I2C LCD là module chuyển đổi từ giao tiếp song song sang giao tiếp I2C cho

LCD 16x02, LCD 20x04.
Thông thường giao tiếp LCD 16x02, LCD 20x04 với Arduino cần tới 7 chân IO. Với
việc gắn thêm module I2C vào sẽ giúp tiết kiệm chân kết nối (chỉ 4 pin) khi giao tiếp LCD
với Arduino.

Hình 1. 9: Hình ảnh thực tết molude I2C LCD.
Thông số kỹ thuật module I2C LCD
-

Điện áp hoạt động: +5V DC.


-

Chân kết nối: SDA, SCL, VCC, GND.

-

Hỗ trợ màn hình: LCD16x02, 16x04, 20x04 (dùng driver HD44780).

-

Giao tiếp: chuẩn giao tiếp I2C.

-

Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD.

1.8.

Biến trở số X9C103
Là một mạch chiết áp kỹ thuật số dùng Chip X9C103S bao gồm một dãy điện trở, các
công tắc gạt, một phần điều khiển và bộ nhớ khơng thay đổi. Biến trở số có thể được điều
khiển thông qua Arduino.

19


Hình 1. 10: Biến trở số X9C103.
Thơng số kỹ thuật X9C103
-


Điện áp nguồn: 5V.
Điển trở tổng: 10kΩ.
Dòng tiêu thụ: 3mA.
Sai số: 1%.
Chia cấp: 100 mức.
Dạng thay đổi: tuyến tính.
Tự động lưu giá trị khi tắt nguồn.

Biến trở số có 8 chân có chức năng như sau:

Hình 1. 11: Sơ đồ chân biến trở số X9C103.
- Chân số 1: Điều khiển cần gạt di chuyển theo hướng được chỉ định (tích cực mức
thấp).
- Chân số 2: Điều hướng di chuyển của cần gạt xuống hoặc lên.
- Chân số 3: Chân cố định của biến trở X9C103.
- Chân số 4: Đất.
- Chân số 5: Chân chạy (cần gạt) của biến trở X9C103.
- Chân số 6: Chân cố định của biến trở X9C103.
- Chân số 7: Thiết bị hoạt động khi đầu vào CS THẤP. Giá trị bộ đếm hiện tại được
lưu trong bộ nhớ khơng thay đổi khi CS được tích cực mức CAO và đồng thời ngõ
vào INC cũng CAO.
- Chân số 8: Nguồn.
20


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ
2.1.

Sơ đồ khối.


Hình 2. 1: Sơ đồ khối toàn mạch.
Chức năng các khối:
- Khối vi xử lý: nhận tín hiệu từ nút nhấn, xử lý lệnh tương ứng và thực hiện lệnh để
điều chỉnh giá trị biến trở số, đồng thời thực thi lệnh hiển thị mức âm lượng lên màn hình
LCD.
- Mạch lọc: Tín hiệu âm thanh thơng thường có hai kênh L/R khơng có đường tín
hiệu cho dải tần thấp. Thơng qua mạch lọc ta có thể lọc lại dải tần thấp và nâng cao mức tín
hiệu này để đưa vào mạch khuếch đại cho loa Sub.
- Khối điều chỉnh âm lượng: Tăng giảm âm lượng của âm thanh cho các loa trái,
phải và loa sub thông qua biến trở số.
- Khối khuếch đại: Nâng cao cơng suất tín hiệu âm thanh lên cao trước khi đưa ra tải
(loa).
21


- Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn bộ mạch hoạt động. Trong đó cung cấp
nguồn 5V DC cho LCD, biến trở số; 12V DC cho mạch lọc, khối khuếch đại công suất và
khối vi xử lý.
2.2. Thiết kế
2.2.1. Khối vi xử lý
Khối vi xử lý sử dụng module Arduino. Khối này sẽ thực hiện kết nối với các thiết bị
ngoại vi như: nút nhấn, biến trở số, LCD.
Mạch nguyên lý của khối vi xử lý và giải thích các chân kết nối:

Hình 2. 2: Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lý.
-

Ba chân INC của biến trở số L/R và Sub lần lượt được nối vào IO5, IO8 và IO11
của Arduino để điều khiển cần gạt.
Ba chân U/D của biến trở số L/R và Sub lần lượt được nối vào IO6, IO9 và IO12

của Arduino để điều hướng cần gạt biến trở.
Ba chân CS của biến trở số L/R và Sub lần lượt được nối vào IO4, IO7 và IO10
của Arduino.
Các nút nhấn U/D lần lượt được kết nối với IO0, IO1, IO2, IO3 của Arduino.
Kết nối hai chân Vw của biến trở số L/R và Sub với hai chân AD0 và AD1 của
Arduino để đọc giá trị biến trở.
Sử dụng chân AD5 và AD4 để kết nối với hai chân SCL, SDA của LCD.
22


2.2.2. Thiết kế mạch lọc
Với kiến thức đã học, chúng ta biết rằng mạch lọc tần số gồm có dạng lọc thụ động và
lọc tích cực. Khi làm việc ở tần số thấp, mạch lọc có điện cảm rất lớn dẫn đến kết cấu chung
của mạch lọc thụ động trở nên phức tạp và tốn kém. Do đó người ta thường sử dụng mạch
lọc tích cực để khắc phục những nhược điểm trên. Ở đây nhóm sử dụng mạch lọc thơng cao
và mạch lọc thơng thấp để xử lý tín hiệu âm thanh trước khi đưa vào mạch khuếch đại của
kênh Sub.
Nhóm chọn tần số cắt thấp cho mạch thơng thấp là 𝑓𝑐 = 20𝐻𝑧 và tần số cắt cao cho
mạch thông cao là 𝑓𝑐 = 320𝐻𝑧.
a) Mạch lọc thông cao bậc 1

Hình 2. 3: Mạch lọc thơng cao.
Ta có tần số cắt 𝑓𝑐 =

1
2𝜋𝑅𝐶

Chọn 𝑓𝑐 = 320Hz và R=4,7KΩ => 𝐶 =

1

2𝜋𝑅𝑓𝑐

=

1
2𝜋.4,7.103 .320

=0,11 uF

Suy ra chọn giá trị tụ C thực tế là 0,1uF.
Xây dựng mạch thuật toán sử dụng IC 5532 có chức năng lọc nhiễu tín hiệu âm thanh,
đồng thời khuếch đại tín hiệu ngõ ra từ tín hiệu ngõ vào sau khi được lọc qua mạch lọc thông
cao.

23


Hình 2. 4: Mạch lọc nhiễu sử dụng IC NE5532
Với độ lợi mong muốn 𝐴𝐹 = 10
Ta có: 𝐴𝐹 = 1 +

𝑅𝐹
𝑅2

➔ 𝑅𝐹 = (𝐴𝐹 − 1)𝑅2

Chọn 𝑅2 = 4.7𝐾 ➔ 𝑅𝐹 = 42,3𝐾
Chọn giá trị điện trở 𝑅𝐹 thực tế là 39K
Mạch sau khi tính tốn thiết kế:


Hình 2. 5: Sơ đồ nguyên lý mạch lọc thông cao sau khi đã tính tốn linh kiện.

24


b) Mạch lọc thơng thấp tích cực bậc 2
Sơ đồ nguyên lý mạch lọc thông thấp được thể hiện như hình sau:

Hình 2. 6: Sơ đồ nguyên lý mạch lọc thơng thấp.
Ta có: tần số cắt tổng qt 𝑓𝑐 =

1
2𝜋√𝑅1 𝑅2 𝐶1 𝐶2

➔ 𝑅1 𝑅2 𝐶1 𝐶2 =

1
2
𝜔𝐶

(với: 𝜔𝐶 = 2𝜋𝑓𝐶 )

Chọn 𝑓𝑐 = 20𝐻𝑧, 𝐶2 = 100𝑛𝐹, 𝑅1 = 𝑅2 = 10𝐾 ➔ 𝐶1 = 6,33nF
Chọn giá trị tụ thực tế là 5,6 nF.
Mạch sau khi tính tốn thiết kế:

Hình 2. 7: Sơ đồ ngun lý mạch lọc thơng thấp sau khi đã tính tốn linh kiện.
2.2.3. Khối điều chỉnh âm lượng
Thông thường để điều chỉnh âm lượng hoặc âm sắc của mạch khuếch đại âm thanh, ta
thường sẽ thay đổi giá trị điện trở. Giá trị điện trở thay đổi sẽ làm thay đổi các giá trị đầu vào

của mạch dẫn đến ngõ ra của mạch cũng thay đổi. Để làm được điều đó ta sẽ sử dụng biến

25