Музыкальные шкатулки

August 29, 2012 by admin Комментировать »

Одним из интересных направлений в техническом творчестве юных радиолюбителей является создание программируемых музыкальных автоматов. Известные устройства [23, 32, 35] воспроизводят одну мелодию с числом нот от 8 [32] до 64 [23]. Принципы построения музыкальных автоматов разнообразны. Так, в [32] на каждую ноту выполняют автономный генератор, а исполнение мелодии обеспечено последовательным мультиплексированием сигналов указанных генераторов. Для смены мелодии изменяют соединения выходов генераторов с входами мультиплексоров. Аппаратные затраты при такой схемной реализации музыкальной шкатулки очень велики, так как для перекрытия динамического диапазона в две октавы необходимы 24 генератора тона.

Затраты удается существенно уменьшить, если тон изменять переключением частотозадающих резисторов, включаемых в схему генератора с помощью дешифратора К155ИДЗ [35]. Однако в этом случае для изменения характера исполняемой мелодии необходимо выполнить значительный объем регулировочных работ по подбору резисторов, включаемых в схему. Кроме того, частота тона заметно зависит от напряжения питания, поэтому требования к стабильности напряжения существенно возрастают.

Рис. 23. Принципиальная схема автомата «Музыкальная шкатулка-1»

ы

со

Значительный недостаток обоих схемных решений принципиальная невозможность изменения длительности звучания нот и пауз, что накладывает существенные ограничения на выбор исполняемых фрагментов. Указанных недостатков лишена музыкальная шкатулка [23], в которой частоту задающего генератора преобразуют в частоты равномерно темперированного строя, коды нот и длительность их звучания записывают в блок памяти, состоящий из двух ПЗУ К155РЕЗ. Однако ввиду незначительного объема памяти шкатулка исполняет только один музыкальный фрагмент длительностью 64 ноты.

В описываемом ниже устройстве за счет использования ПЗУ К556РТ5 число исполняемых фрагментов увеличено до восьми при сохранении числа нот в каждой мелодии до 64.

Принципиальная схема автомата «Музыкальная шкатулка-1» изображена на рис. 23. Устройство содержит задающий генератор на элементах DD1.1-DD1.3; делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) на счетчике DD8 и делитель частоты с постоянным коэффициентом деления, равным 256 (DD9.DD10), счетчик нот (DD3, DD4); тактовый генератор на элементах DD5.1-DD5.3; формирователь длительности звучания ноты, включающий элементы DD2.3-DD2.6, DD1.4, DD5.4 и реверсивный счетчик DD7; усилитель звуковой частоты на транзисторах VT1, VT2, нагрузкой которого служит динамическая головка ВА1. Узел, состоящий из резистора R2, конденсатора С2 и элементбв DD2.1, DD2.2, обеспечивает установку счетчиков устройства в нулевое состояние после включения питания. ДПКД реализован на микросхеме К155ИЕ8, которая позволяет за счет подачи соответствующего кода на адресные входы V1, V2, V4, V8, V16, V32 выделять от 1 до 63 импульсов из 64, поданных на вход С1 (коэффициент деления от 64/63 до 64). Частоты нот можно выразить через число импульсов М на выходе счетчика DD8. Значения частоты и числа М для всех нот в пределах двух октав сведены в табл. 10.

Число М и длительность ноты записываются в постоянное запоминающее устройство DD6 (в разряды Q1-Q6 число М, в разряды Q7, Q8 длительность ноты). Кодировка длительности нот имеет вид: 00 -“1/2”, 10-Ί/4", 01 — “1/8 “и 11 -“3/8”.

Временные диаграммы напряжений на элементах схемы изображены на рис. 24.

После включения устройства напряжение на конденсаторе С2 равно нулю и высокий уровень с выходов элементов DD2.1, DD2.2 обнуляет все счетчики. По срезу тактового импульса на входе “-Г счетчика DD7 на выходе переноса “<0” формируется отрицательный перепад напряжения, который увеличивает на 1 код на выходе счетчика DD3. Низкий уровень с выхода переноса “£0” счетчика DD7 блокирует счетчик DD8. С выходов Q1-Q6 ПЗУ DD6 на входы V1, V2, V4, V8, V16, V32 счетчика DD8 подается код первой ноты, а код длительности поступает с выходов 07, Q8 ПЗУ на входы инверторов DD2.3, DD2.4. По фронту тактоврго импульса на выходе элемента DD5.4 формируется низкий уровень, и счетчик DD7 устанавливается в состояние, соответствующее коду на входах Dl, D2, D4, D8, а на выходе “<0” появляется высокий уровень, разрешающий работу счетчика DD8. Импульсы с выхода счетчика DD8 имеют неравномерную скважность, которая

Таблица 10

Нота

Октава 1

Октава 2

Частота ноты, Гц

М

Входы

Частота ноты, Гц

М

Входы

см

СО

V16

см

см

СО

V16

см

До

262

17

0

1

0

0

0

1

523

34

1

0

0

0

1

0

До-диез

277

18

0

1

0

0

1

0

554

36

1

0

0

1

0

0

Ре

294

19

0

1

0

0

1

1

587

38

1

0

0

1

1

0

Ре-диез

311

20

0

1

0

1

0

0

622

40

1

0

1

0

0

0

Ми

330

21

0

1

0

1

0

1

659

42

1

0

1

0

1

0

Фа

349

22

0

1

0

1

1

0

698

45

1

0

1

1

0

1

Фа-диез

370

24

0

1

1

0

0

0

740

47

1

0

1

1

1

1

Соль

392

25

0

1

1

0

0

1

784

50

1

1

0

0

1

0

Соль-диез

415

27

0

1

1

0

1

1

831

53

1

1

0

1

0

1

Ля

440

28

0

1

1

1

0

0

880

56

1

1

1

0

0

0

Ля-диез

466

30

0

1

1

1

1

0

932

60

1

1

1

1

0

0

Си

494

32

1

0

0

0

0

0

988

63

1

1

1

1

1

1

Рис 24 Временные диаграммы напряжений

уменьшается счетчиками DD9, DD10. С выхода “8” счетчика DD10 импульсы с частотой, соответствующей первой ноте фрагмента, поступают на усилитель мощности VT1, VT2.

Импульсы тактового генератора DD5.1-DD5.3 последовательно уменьшают код на выходе счетчика DD7 (выходы “1, 2, 4, 8й на схеме не показаны), и при переходе его в нулевое состояние на выходе “£0” снова появляется низкий уровень, который увеличивает на 1 код на выходе счетчика нот DD3, DD4. На выходах ПЗУ формируются коды следующей ноты и длительности ее звучания. Затем описанный цикл повторяется. На выходе переключателя SA1 формируется трехразрядный двоичный код. Каждому положению переключателя SA1 соответствует свой код на входах А6-А8 ПЗУ, а значит, и своя мелодия. Максимальное число нот в каждом музыкальном фрагменте 64, что обеспечивается изменением кодов на адресных входах А0-А5 ПЗУ.

В табл. 11 приведена карта программирования ПЗУ популярной песни М. Блантера «Катюша», в табл. 12 коды на выходе ПЗУ для исполнения мелодий песен «Пусть всегда будет солнце», «Родина слышит», «Там, вдали за рекой», «Спят курганы темные», «Подмосковные вечера» и «Прощание». Методика составления программ ясна из табл.10, 11. Читатели, знакомые с нотной грамотой, легко составят карту программирования ПЗУ, обеспечивающую исполнение любой мелодии.

Та блица 11

Адрес 10-тичный

(0

ш

Ё

О

Нота

Длительность ноты

М

Выходы ПЗУ

16-ричный код

Q8

Q7

Q6

Q5

Q4

Q3

Q2

Q1

00

_

Пауза

1/2

_

0

0

0

0

0

0

0

0

00

01

1

Ля

3/8

28

1

1

0

1

1

1

0

0

DC

02

1

Си

1/8

32

1

0

1

0

0

0

0

0

АО

03

2

До

3/8

34

1

1

1

0

0

0

1

0

Е2

04

1

Ля

1/8

28

1

0

1

1

1

0

0

05

2

До

1/8

34

1

0

1

0

0

0

1

0

А2

06

2

До

1/8

34

1

0

1

0

0

0

1

0

А2

07

1

Си

1/8

32

1

0

1

0

0

0

0

0

АО

08

1

Ля

1/8

28

1

0

1

1

1

0

0

09

1

Си

1/4

32

1

1

0

0

0

0

0

60

10

1

Ми

1/8

21

1

0

1

0

1

0

1

95

11

Пауза

1/8

1

0

0

0

0

0

0

80

12

1

Си

3/8

32

1

1

1

0

0

0

0

0

Е0

13

2

До

1/8

34

1

0

1

0

0

0

1

0

А2

14

2

Ре

3/8

38

1

1

1

0

0

1

1

0

Е6

15

1

Си

1/8

32

1

0

1

0

0

0

0

0

АО

16

2

Ре

1/8

38

1

0

1

0

0

1

1

0

А6

17

2

Ре

1/8

38

1

0

1

0

0

1

1

0

А6

18

2

До

1/8

34

1

0

1

0

0

0

1

0

А2

19

1

Си

1/8

32

1

0

1

0

0

0

0

0

АО

20

1

Ля

1/2

28

0

0

1

1

1

0

0

1C

21

2

Ми

1/4

42

0

1

1

0

1

0

1

0

22

2

Ля

1/4

56

0

1

1

1

1

0

0

0

78

23

2

Соль

1/4

50

0

1

1

1

0

0

1

0

72

24

2

Ля

1/8

56

1

0

1

1

1

0

0

0

В8

25

2

Соль

1/8

50

1

0

1

1

0

0

1

0

В2

26

2

Фа

1/8

45

1

0

1

0

1

1

0

1

AD

27

2

Фа

1/8

45

1

0

1

0

1

1

0

1

AD

28

2

Ми

1/8

42

1

0

1

0

1

0

1

0

АА

29

2

Ре

1/8

38

1

0

1

0

0

1

1

0

А6

30

2

Ми

1/4

42

0

1

1

0

1

0

1

0

31

1

Ля

1/4

28

0

1

1

1

1

0

0

32

Пауза

1/8

1

0

0

0

0

0

0

80

33

2

Фа

1/4

45

0

1

1

0

1

1

0

1

6D

34

2

Ре

1/8

38

1

0

1

0

0

1

1

0

А6

35

2

Ми

3/8

42

1

1

1

0

1

1

0

1

ЕА

36

2

До

1/8

34

1

0

1

0

0

0

1

0

А2

37

2

Ре

1/8

38

1

0

1

0

0

1

1

0

А6

38

2

Ре

1/8

38

1

0

1

0

0

1

1

0

А6

39

2

До

1/8

34

1

0

1

0

0

0

1

0

А2

40

1

Си

1/8

32

1

0

1

0

0

0

0

0

АО

41

1

Ля

1/2

28

0

0

1

1

1

0

0

1C

42

Пауза

1/8

1

0

0

0

0

0

0

80

43

2

Ми

1/4

42

0

1

1

0

1

0

1

0

44

2

Ля

1/4

56

0

1

1

1

1

0

0

0

78

45

2

Соль

1/4

50

0

1

1

1

0

0

1

0

72

46

2

Ля

1/8

56

1

0

1

1

1

0

0

0

В8

47

2

Соль

1/8

50

1

0

1

1

0

0

1

0

В2

48

2

Фа

1/8

45

1

0

1

0

1

1

0

1

AD

Окончаниетабл 11

Адрес 10-тичный

Октава

Нота

Длительность ноты

М

Выходы ПЗУ

16-ричный код

Q8

Q7

Q6

Q5

Q4

Q3

Q2

Q1

49

2

Фа

1/8

45

1

0

1

0

1

1

0

1

AD

50

2

Ми

1/8

42

1

0

1

0

1

0

1

0

АА

51

2

Ре

1/8

38

1

0

1

0

0

1

1

0

А6

52

2

Ми

1/4

42

0

1

1

0

1

0

1 1

0

53

1

Ля

1/4

28

0

1

0

1

1

1

0

0

54

Пауза

1/8

1

0

0

0

0

0

0

0

80

55

2

Фа

1/4

45

0

1

1

0

1

1

0

1

6D

56

2

Ре

1/8

38

1

0

1

0

0

1

1

0

А6

57

2

Ми

3/8

42

1

1

1

0

1

0

1 1

0

ЕА

58

2

До

1/8

34

1

0

1

0

0

0

1

0

А2

59

2

Ре

1/8

38

1

0

1

0

0

1

1 1

0

А6

60

2

Ре

1/8

38

1

0

1

0

0

1

1

0

А6

61

2

До

1/8

34

1

0

1

0

0

0

1

0

А2

62

1

Си

1/8

32

1

0

1

0

0

0

0

0

АО

63

1

Ля

1/2

28

0

0

0

1

1

1

0

0

1C

Таблица 12

Наименование

музыкального

фрагмента

Выходной код 16-ричный

«Пусть всегда будет солнце» муз А Островского

«Родина слышит» муз Д Шостаковича

«Там, вдали за рекой» муз А Александрова

«Спят курганы темные» муз Н Богословского

«Подмос ковные ве чера» муз В Соловьева-Седого

«Прощание» муз Д Покрасса

80, 80, 80, 55, 96, 95, 1C, 60, А2,А0, 15, 55, А2.А2, 62, АО, 9С, 5С, 5Β, 40, 59, 9С, 99, 22, 66, А8, А6,19, 59, АО, А2, 66, А2, А6, 2А, 40, 55, 55, 1C, 60, 64, 60, 5С,55, 55, 1C, 60, 64, 64, 60, 55, 55, 20, 64, 66, 6А, 60, 60, 64, 26,64, 60, 1C, 80

00, 99, 95, 96, D9.E2, АО, 9C.A0, D9, D5, 99,9С АО, А2,А0, А2, А6, АО, 9С,60, 9C, 19, 40, 99, 95, 96, D9,E2,A0, 9С,А0, D9, D5, 95, 98, 9B.9C, АО.А^Аб, 9С, АО, E2,D9, 9С.99, 9С, D6, D5, 93, 95, 96, D9, 66, 95, 66, А2, 80, 80, 80, 80, 80, 80

80, 95, 95, 5C,DC,A0, 62, Е2,А6, 6А, 62, 60, 5С, 40, B8.B2, 6D, ED.B2, 78, 72, 6D, 78.АА, 80,AD,AA,66, 60, 66, 38, 62, AD.6A, 5C, 62, 2A,A6,AA,6D,EA, А6,66, Е2, АО,60, 5C, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80

80, 5С, АО, 62, А6, 6А, A2,DC,72, B8, 72, AD,6A,A6,B2,60, А6, 78, AD,6A,A6, Е2, 80, АО, А2, 66, 99, 2А, 6А,62,А0,62, 9C, 60, 9C, D9, 80, 96, 99, 5C, 9B, 5C, 95, D5, 53, 95,56,9С, 55, 93, D1, 55, 93, 80, 91, АО, DC, 80, 80, 80, 80, 80,80,80

80, 9C, А2, АА,А2, 66, А2, АО, 6А, 66, 1C, А2,АА,В2,В2,78, B2, AD,2A, 6F, 75, BF, B8, 6А, АА,62, 9C.AA, A6,6D,6D,B2, AD,6A, А6.А2, 6А,66, 1C, 80, 6F, 75, BF, B8, 6А,АА,62,9С, АА,А6, 6D 6D, B2.AD.6A, А6, А2, 6А,66, 1C, 80, 80, 80, 80, 80, 62, 5C, AA,AD,AA,A6, 62, 1C, 5C, 62, 6А, B2, B8, B2.AD

2А, ЕА,80, 66, 66, B8, B8, B2, AD,6A, 5B, B8, 80, 80, 5C, 78, АА, A6,A2,A0,1C, 9C, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80v

Устройство работает аналогично описанному выше, за исключением схемы формирования длительности нот и пауз. Когда на выходе переноса “<0” счетчика DD6 формируется отрицательный перепад напряжения, код на выходе счетчика нот DD2, DD3 увеличивается на 1. По фронту импульса задающего генератора запускается формирователь DD8.1, и на инверсном выходе формируется импульс высокого уровня с длительностью, равной периоду тональных импульсов. На выходах Q1-Q4 ПЗУ в течение действия этого импульса формируется четырехразрядный двоичный код длительности первой ноты. Подачей импульса низкого уровня с прямого выхода триггера DD8.1 на вход S счетчика DD6 осуществляется установка реверсивного счетчика в срстояние, определенное кодом на выходах Q1-Q4 ПЗУ DD5. Импульс низкого уровня с выхода формирователя поступает и на вход S счетчика DD7 также блокирует его работу.

По окончании отрицательного импульса на выходе формирователя с выхода ПЗУ на входы V1, V2, V4, V8, V16, V32 счетчика DD7 подается код первой ноты фрагмента. Высокий уровень на входе S разрешает прохождение импульсов через счетчик DD7, и в динамической головке звучит тон первой ноты. Импульсы тактового генератора DD4.2-DD4.4 вычитают содержимое счетчика DD6, и при переходе его в нулевое состояние на выходе переноса появляется низкий уровень, двоичный код счетчика нот снова увеличивается на 1 и вновь запускается формирователь DD8.1. В дальнейшем описанные циклы повторяются. Коды программирования ПЗУ для исполнения мелодии «Катюша» приведены в табл. 13.

Таблица 13

Ад

рес

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

А

В

С

D

Е

F

00

СО

СО

DC

Е0

Е2

DC

Е2

СО

Е2

ЕО

DC

ЕО

D5

СО

ЕО

F2

01

Е6

Е0

Е6

СО

Е6

Е2

ЕО

DC

ЕА

F8

F2

F8

F2

ED

СО

ED

02

ЕА

Е6

ЕА

DC

СО

ED

Е6

ЕА

Е2

Е6

СО

Е6

Е2

ЕО

DC

СО

03

ЕА

F8

F2

F8

F2

ED

СО

ED

ЕА

Е6

ЕА

DC

СО

ED

Е6

ЕА

04

Е2

Е6

СО

Е6

Е2

ЕО

DC

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

05

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

06

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

07

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

СО

08

FF

FF

FC

F4

FC

F4

F4

F1

F4

F4

F4

F8

F4

F4

FC

F4

09

FC

F4

F4

F1

F4

F4

F4

FF

F8

F8

F8

F4

F4

F4

F1

F4

F4

F4

F8

F8

F4

F8

F4

FC

F4

F4

F1

F4

F4

F4

FF

F4

ОВ

F8

F8

F8

F4

F4

F4

F1

F4

F4

F4

F8

F8

F4

F8

F4

FF

ОС

FF

F4

F1

F4

F4

F4

FF

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

0D

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

Источник: Фромберг Э. М., Конструкции на элементах цифровой техники. М.: Горячая линия-Телеком, 2002. 264 с.: ил. (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1249).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты