wifiau broadcas - Elettronica In

N
on è trascorso tanto
tempo da quando
abbiamo presentato il
progetto di un sistema
capace di diffondere annunci pubblicitari o “radio tematizzate” (anche
se di radio c’è nulla...)
sfruttando la rete locale
come mezzo di propagazione e già ci siamo
attrezzati per rivisitarlo
in funzione della rete
dati che oggi va per la
maggiore, soprattutto
nel settore consumer: il
WiFi. In questo articolo vogliamo quindi
proporvi quello che
si presenta come la
naturale evoluzione
del progetto Ethernet
Broadcaster apparso
nel fascicolo di maggio
2015; le finalità rimangono le stesse, ovvero
consentire la diffusione
di musica o di messaggi
audio personalizzati.
Oltre che per adattarsi
alla tendenza che vede
il WiFi sempre più
diffuso (lo abbiamo in
tutti gli smartphone, ad
esempio...) questo nuovo progetto l’abbiamo
voluto per superare le
barriere fisiche imposte
dalla rete cablata. Come
nell’Ethernet Broadcaster, un unico circuito
realizzerà l’unità trasmittente e la ricevente,
così da semplificare
l’hardware.
Il sistema utilizzerà
i protocolli definiti
dallo standard IEEE
802.11 per creare dei
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Unità ricetrasmittente
per diffondere file
audio mp3 tramite WiFi.
dell’ing. LUCA PASCARELLA
Luglio / Agosto 2016 ~ Elettronica In
Networking
WIFI AUDIO
BROADCASTER
collegamenti senza fili
e diffondere via RF
l’audio campionato. Il
circuito che proponiamo è dunque un WiFi
Broadcaster e consente,
nella modalità trasmittente, di campionare un
segnale audio analogico
e trasmettere il flusso
digitale corrispondente
a un altro dispositivo omologo o ad un
qualsiasi riproduttore
digitale compatibile con
gli standard adoperati
(SHOUTcast e IceCast).
Il circuito impostato da
ricevente, a sua volta
provvederà a ricostruire il segnale analogico
precedentemente digitalizzato.
Il WiFi Broadcaster è
inoltre compatibile con
l’Ethernet Broadcaster,
pertanto è possibile
realizzare sistemi sia
omogenei, quindi composti esclusivamente
da moduli WiFi, sia
eterogenei, composti
da moduli wireless
e moduli cablati. In
relazione alla soluzione
scelta sarà necessario o
meno l’impiego di un
comune Access Point di
rete, infatti, nel caso si
scelga di usare esclusivamente i moduli WiFi
sarà possibile configurare un’unità in modalità
SoftAP e collegare fino
a 4 moduli (client) al
punto di accesso virtuale, creando così una rete
privata di sole unità
Broadcaster.
Elettronica In ~ Luglio / Agosto 2016
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[schema ELETTRICO]
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Luglio / Agosto 2016 ~ Elettronica In
SCHEMA ELETTRICO
Diamo adesso uno sguardo allo
schema elettrico, che a grandi linee è simile a quello dell’Ethernet
Broadcaster. L’unità principale,
infatti rimane il microcontrollore
PIC32MX695F512H (U2), che rappresenta ancora il top di gamma
della famiglia 32MX Microchip
in quanto è dotato di 512 kByte
di memoria programma e 128
kByte di RAM, inoltre è dotato di
tutto l’hardware necessario per
interfacciarsi con un dispositivo
USB 2.0. Il microcontrollore integra periferiche standard come la
Serial Peripheral Interface (SPI)
usata per comunicare con il chip
U7 ed il modulo U4, l’Inter Integrated Circuit (I²C) per dialogare
con l’esterno tramite il connettore
J7 ed l’Universal Asynchronous
Receiver-Transmitter (UART),
utilizzata anche essa per comunicare opzionalmente con U7 o
l’ambiente esterno tramite J7.
Continuando la descrizione del
circuito stampato, il secondo
componente in ordine d’importanza è U7: si tratta di VS1063,
che è un MP3 slave processor
realizzato dalla VLSI Solution,
da noi già utilizzato in passato
per le ottime caratteristiche, tra
cui la possibilità di riprodurre o
registrare flussi audio codificati
in diversi formati, come il diffusissimo MPEG-1/2 Audio Layer
3 (MP3) e lo stretto rivale royaltyfree Ogg Vorbis. I due componenti principali, U2 ed U7 dialogano per mezzo di un canale SPI
condiviso con U5; in particolare,
abbiamo scelto la periferica SPI
numero 2 ed ulteriori quattro
linee digitali: xCS, XDCS, RESET e DREQ. Le prime tre linee
sono segnali d’ingressi per U7 e
corrispondono rispettivamente
al chip select (SPI mode) per la
sezione controllo dell’U7, al chip
select per la sezione dati e al reset
per sincronizzare il decoder e il
microcontrollore allo startup del
sistema. L’ultima linea, siglata
DREQ, corrisponde ad un output
del VS1063 e serve per segnalare
al microcontrollore host (quello
che si interfaccia con il VS1063)
sia la disponibilità di spazio nella
propria memoria FIFO, sia per
ricevere nuovi comandi e nuovi
dati.
Sullo stesso bus SPI è collegata
la memoria Flash SST25VF032B
siglata U5, che ha un’architettura
CMOS Flash ed una capacità di 2
MByte, quindi è in grado di ospitare tutte le pagine web dell’applicazione e le librerie jQuery su
cui si basa la dinamicità delle
pagine web.
L’inegrato U5 è controllato anche
da ulteriori due segnali generati
da U2, WP e HOLD che consentono rispettivamente di bloccare
e inibire momentaneamente la
scrittura di nuovi contenuti al
suo interno. Invece, il canale
3 del bus SPI è impiegato per
comunicare in maniera prioritaria con il modulo U4, ovvero il
transceiver WiFi MRF24WG0MA.
Per quanto riguarda la sezione
d’alimentazione, il circuito è
dotato di ben due regolatori Low
Dropout regulator (LDO), ospitati dallo stesso package (SOT236)
che nello schema elettrico è chiamato U6. Quest’ultimo, siglato
AP7312-1828, è un regolatore
estremamente preciso ed economico che fornisce in uscita due
tensioni stabilizzate, rispettivamente di 1,8 V e 2,8 V, con una
corrente massima di 150 mA per
uscita.
Per alimentare il microcontrollore principale e il resto della
componentistica a 3,3 V (Modulo
WiFi ed SPI Flash) si è scelto di
usare un High Efficiency, Low
Ripple, Step-down Converter
(più familiarmente, un DC/DC
converter ad alta efficienza) siglato U3, capace di erogare fino ad
Elettronica In ~ Luglio / Agosto 2016
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Fig. 1
Configurazione
della modalità
SoftAP o
della modalità
ClientAP.
1 A di corrente da una tensione
d’alimentazione massima di 5,5
V. L’impiego di uno switching al
posto di un LDO in questo caso
si è reso necessario per via del
maggiore consumo energetico e
quindi in un’ottica di ottimizzazione delle risorse disponibili, un
DC/DC converter è più efficiente
di un LDO, anche se comporta
un maggiore residuo di ripple
sull’uscita ed un maggior numero di componenti esterni (C20,
L2, R9, R12, C19 e C21) richiesti;
fortunatamente a noi va bene un
converter switching in quanto nel
circuito, sulla linea dei 3,3 V non
abbiamo circuiti analogici. Per le
sezioni analogiche abbiamo invece usato un LDO, come descritto
in precedenza.
Per completare la descrizione
66
della sezione di potenza, diciamo
che l’ultimo componente impiegato è il MC34063 (in sigla U1)
anche esso un DC-DC converter,
questa volta molto meno “preciso” di U3; il suo compito è accettare un’alimentazione in ingresso
compresa tra i 7 V e i 15 V e
ridurla a 5 V massimo 1,5 A dalla
quale i componenti di precisione
Luglio / Agosto 2016 ~ Elettronica In
(U3 e U6) produrranno le rispettive tensioni di lavoro. La tensione
di 5 V generata da U1 è utilizzata
anche per fornire alimentazione
alla porta USB.
Per ottenere gli 80 MHz necessari a U2 si è scelto di usare un
quarzo X2 da 20 MHz che tramite
opportune sequenze di moltiplicazione e divisione selezionabili
da software produce il segnale ad
80 MHz per la CPU ed il segnale
a 48 MHz necessario al funzionamento della USB. Nello schema
è presente anche il quarzo X1 da
32,768 kHz, che viene impiegato
per generare il clock per scandire
lo scorrere del tempo nell’RTC
interno al PIC al fine di poter
avere delle funzionalità software
di tempo e calendario. Infine
l’ultimo oscillatore al quarzo è il
componente X3 da 12,288 MHz
che è impiegato per far funzionare U7, anche quest’ultimo chip
utilizza al suo interno uno stadio
moltiplicativo 2x per generare
il clock di riferimento a 24,576
MHz, tale frequenza è il valore
consigliato per poter impiegare
correttamente la codifica o la decodifica di flussi audio a 48 kHz
(24,576 MHz diviso 512).
Il circuito è completato da
opportuni filtri in serie agli
ingressi e alle uscite analogiche
ed in particolare dall’impiego, su
ognuno dei canali audio, di ferriti
da 600 Ω a 100 MHz che hanno
l’obiettivo di attenuare i disturbi
elettromagnetici.
Fig. 2 - Codice esadecimale generato in corrispondenza
della passphrase “ElettronicaIN”.
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