Circuitos que operam com sinais de áudio em tempo real, como os câmeras de eco, equalizadores gráficos, circuitos de efeitos sonoros, exigem recursos mais completos do que microcontroladores. Os DSPs (Digital Signal Processors) são ideais para essas aplicações mas não são tão simples de usar. Neste artigo descrevemos uma aplicação que combina a velocidade de resposta do DSP com a eficiência do PIC, reunidas do dsPIC da Microchip. Toda documentação para o artigo, incluindo diagramas e listagens para programação foram cedidas pela Microchip (www.microchip.com). (2005)
Em artigo recente dessa revista, descrevemos um controle de motores usando um dsPIC da Microchip, uma nova solução para as aplicações que precisam associar o desempenho de um DSP no processamento de sinais em tempo real, com a capacidade de processamento dos PICs.
Um dsPIC na mais é do que um DSC (Digital Signal Controller) da Microchip, sendo o dispositivo ideal para aplicações que envolvem aplicações no processamento de sinais em tempo real.
Trata-se de dispositivo que facilmente pode ser empregado em aplicações que envolvam sinais analógicos processados em tempo real como os de controle de motores AC, aplicações de áudio, etc.
Um projeto especialmente atraente para os leitores que desejam desenvolver aplicações de áudio que utilizam microprocessadores e DSPs combinados é o equalizador gráfico que descrevemos neste artigo.
O Projeto
O projeto consiste em um equalizador gráfico contendo 5 filtros equalizadores em cascata para cada canal (esquerdo e direito)
Cada filtro proporciona uma equalização paramétrica de uma banda de freqüências, correspondendo a Bass (graves), Treble (agudos), Mid1, Mid2 e Mid3 (médios).
A taxa de amostragem é de 48 kHz, semelhante a usada em CDs, o que permite dizer que a qualidade de áudio é a mesma.
Na operação o dsPIC amostra os sinais em tempo real, tomando um par de amostragem (uma para cada canal) a cada 20,8 us.
Os filtros usados precisam no máximo de 40 instruções para processar os sinais amostrados, isso com o processador operando a uma velocidade de 29,5 MIPS (Tcy = 33,9 ns).
Isso significa que o processamento dos sinais amostrados pelos 5 canais demora esquerdos e direitos, ou 10 filtros, tem um tempo de execução de aproximadamente 13,56 us.
O processamento é feito levando-se em conta apenas 65% da capacidade do processador e a utilização de RAM é mínima, exigindo menos de 100 bytes.
A memória FLASH de programa utilizada para códigos e coeficientes é de aproximadamente 28 kB nessa aplicações, e os ajustes do equalizadores são armazenados na EEPROM de dados.
O dispositivo usado é o 30F4013 que é fornecido em invólucro PDIP de 40 pinos ou TQFP e QFN de 44 pinos.
O algoritmo para filtragem, geração de coeficientes e filtragem pode ser baixado no site da Microchip.
Características do equalizador
Como todo equipamento de áudio as características mais importantes são as que envolvem a resposta de freqüência e a fidelidade. A seguir damos as características de resposta de freqüência dos filtros de equalização.
a) Filtro de Graves
O filtro utiliza filtro Shelvin com implementação de primeira ordem para passagem de todas das freqüências.
A freqüência de corte inferior aumenta em passos de 1/12 por oitava partindo de uma freqüência de 20 Hz e limitada a 320 Hz. A freqüência ajustada por Default é 80 Hz.
Os ganhos variam de -15 a +12 dB incrementados em passos de 1/8 dB.
b) Filtro de Agudos
Também é utilizado um filtro Shelving com implementação passa-todas de primeira ordem. A freqüência de corte inferior é de 5 120 Hz e a implementação é de 1/24 por oitava, com limite superior em 19,5 kHz.
O ganho vai de -15 a +12 dB em passos de 1/8 dB.
c) Filtros de Médios
São utilizados 3 filtros implementados. As freqüências desses filtros vão de 250 Hz, 5 kHz aumentando em passos de 1/24 por oitava. A faixa passante varia de 1/12 de oitava a 2 oitavas.
Os ganhos variam entre -12 dB e +9 dB
Montagem
São dados 7 circuitos, partindo da figura 1 em que mostramos as pinagens dos dsPICs usados , um para cada canal.
Na figura 2 temos a fonte de alimentação utilizada para o circuito, observando-se o uso de dois reguladores de tensão. Observe a necessidade de se utilizar capacitores de desacoplamento perto dos CIs alimentados, ligados perto dos pinos de alimentação.
Os circuitos de saída de áudio dos canais direito e esquerdo são dados nas figuras 3 e 4.
Mais uma vez observamos a necessidade de montar os capacitors de desacoplamento dos amplificadores operacionais perto dos pinos de alimentação (8 e 4).
Também observamos que são usados resistores de baixa tolerância (1%) daí os valores indicados no esquema parecerem um pouco estranhos para muitos leitores. O uso desses resistores é importante principalmente para manter a simetria dos sinais.
Observe também que junto aos capacitores é indicado também o seu tipo.
Para os transistores usados nesta etapa é possível utilizar equivalentes.
Na figura 5 temos mais uma etapa do circuito que, por processar sinais analógicos faz também uso de amplificadores operacionais.
Observe os pontos do dsPIC em que essa etapa é ligada. Também temos a recomendação de montar os capacitores de desacoplamento os mais próximos possíveis dos pinos de alimentação dos amplificadores operacionais. Essa etapa é única para os dois canais do equalizador.
O circuito da figura 6 mostra e etapa com dsPIC e o display de cristal líquido onde as funções são apresentadas de forma direta ao operador.
Os capacitores cerâmicos desta etapa devem ser montados os mais próximos quanto seja possível dos pinos do CI correspondente.
Finalmente, na figura 7 temos o circuito dos controles e displays com LEDs indicando as funções selecionadas com os pontos de ligação.
Conclusão
Por se tratar de projeto bastante crítico principalmente quanto à elaboração da placa de circuito impresso é preciso que o leitor interessado tenha bastante experiência com esse tipo de montagem.
Além do elevado número de componentes e proximidade dos terminais dos componentes, principalmente circuitos integrados, também é preciso tomar especial cuidado com o layout dos cabos e trilhas de sinais de áudio, para que não ocorram realimentações capazes de causar roncos ou instabilidades.
Também é importante observar que se trata de uma amostra de projeto e que o leitor pode fazer implementações importantes em seu projeto como o aumento do número de canais de equalização, operação com mais de duas entradas, para o caso de uma mesa de som, e muito mais.
Observamos finalmente que os diagramas foram mantidos nos formatos originais fornecidos pela própria Microchip para elaboração deste artigo.
