Digitaler Gitarreneffektprozessor

Dieses Projekt knüpft an mein 2022 entwickeltes Multieffekt-Gitarrenpedal an, das auf einem STM32-Nucleo-Entwicklungsboard mit integriertem Analog-Digital-Wandler (ADC) und Digital-Analog-Wandler (DAC) basierte. Diesmal entwickle ich die Audiohardware auf einer eigens entworfenen Leiterplatte.

Der Effektprozessor ist als eigenständiges System konzipiert und umfasst einen STM32-Mikrocontroller, einen externen Audio-Codec, eine analoge Signalaufbereitung und eine integrierte Stromversorgung. Das Gitarrensignal durchläuft zunächst die analoge Eingangsstufe und wird anschließend vom Audio-Codec in digitale Abtastwerte umgewandelt, die der STM32 verarbeitet. Danach wandelt der Codec das verarbeitete Signal wieder in ein analoges Signal um, das über die Ausgangsstufe ausgegeben wird.

Auch die Takterzeugung, Spannungsregelung und Programmierschnittstellen sind direkt auf der Leiterplatte integriert.

Die Integration analoger Audioschaltungen und digitaler Elektronik auf einer gemeinsamen Leiterplatte macht die Minimierung von Störungen zu einem wichtigen Aspekt des Layoutdesigns. Besonderes Augenmerk lege ich dabei auf die Masseführung, Stromversorgung, Entkopplung, Bauteilplatzierung und den Audiosignalweg. Störungen im Signalweg oder in der Stromversorgung können sich im verarbeiteten Audiosignal hörbar bemerkbar machen.

Die Leiterplatte ist für eine standardmäßige 9-V-Stromversorgung für Gitarreneffektpedale ausgelegt. Ein integrierter Schaltregler stellt die benötigten 3,3 V für die digitale Elektronik bereit. Die Stromversorgung habe ich zunächst separat entwickelt und getestet, bevor ich sie in das Gesamtsystem integriert habe. Erste Messungen zeigten eine stabile Spannungsregelung.

Über eine SWD-Schnittstelle kann ich den STM32-Mikrocontroller direkt auf der eigens entwickelten Leiterplatte programmieren und debuggen. Dies ermöglicht eine effiziente Firmwareentwicklung und Hardwarevalidierung.

Die Firmware soll einen kontinuierlichen Audiodatenstrom zwischen dem Audio-Codec und dem STM32-Mikrocontroller ermöglichen, wobei die Effekte in Echtzeit softwareseitig verarbeitet werden. Zunächst konzentriere ich mich auf Delay und Tremolo und baue dabei auf den Erfahrungen aus meinem früheren Gitarreneffektpedal-Projekt auf. Die Implementierung komplexerer Effekte ist für spätere Entwicklungsphasen geplant.

Die Algorithmen zur Audioverarbeitung sind von der Hardwareschnittstelle getrennt, sodass ich mit verschiedenen DSP-Techniken experimentieren kann, ohne die Elektronik neu entwickeln zu müssen.

Die Entwicklung schreitet von der Validierung der Stromversorgung über die Erstinbetriebnahme des Mikrocontrollers bis hin zur grundlegenden Audiohardware voran. Die nächsten Schritte umfassen die Integration des externen Audio-Codecs, den Aufbau der Echtzeit-Audioverarbeitungskette und die Implementierung der Gitarreneffekte.