Программируемый музыкальный звонок-автомат

Предлагаемый звонок-автомат воспроизводит восемь фрагментов мелодий. Выбор одного из них происходит случайно, после нажатия кнопки SB1. В программу ПЗУ записаны фрагменты некоторых широко известных мелодий, таких как Танец феи Драже П. И. Чайковского, Полька трик-трак И. Штрауса, Песенка капитана И. О. Дунаевского, Спасибо за музыку ансамбля АББА, Песенка гномов из мультфильма У. Диснея и других мелодий. Количество раз исполнения можно по желанию устанавливать перемычкой XI, расположенной на печатной плате конструкции. Запрограммированные фрагменты состоят из 32 тактовых импульсов, которые приняты за минимальную длительность звучания ноты или паузы (в данном случае — 1/4). Заданная длительность, 1/2 или целая, достигается двукратной или четырехкратной соответственно записью программного кода дешифратора в ПЗУ. Например, при программировании необходимо записать код ноты ля бемоль с длительностью 3/4. По табл. 1 находим, что это — ОНО, а длительность будет соответствовать трехкратной записи этого кода в ПЗУ. Длительность паузы программируется также. Но при этом учитывается, что код паузы — 0000, поэтому запись в ПЗУ как таковая не производится. Используемое сменное ПЗУ позволяет дополнительно варьировать выбором мелодий. Для этого достаточно заменить ПЗУ на другое. Музыкальный звонок (рис. 1) состоит из двух тактовых генераторов импульсов, один из них выполнен на микросхеме DD1, второй — на DD2. Последний представляет собой элемент устройства псевдослучайного выбора мелодии. Структура схемы содержит элементы цепи задержки включения Rl, CI, DD3.1, реле — выключателя DD3.3, VT2, К1, тонального генератора (микросхема DD9), транзисторы VT3, VT4 и стабилизатор напряжения на транзисторе VT1. Также в схеме звонка используются три счетчика DD4 — DD6, программируемое устройство ПЗУ DD7 и дешифратор DD8, всего девять микросхем и четыре транзистора. Поясним принцип действия схемы, приведенной на рис. 1. При нажатии на кнопку SB1 включается блок питания звонка. В это время счетчики DD4 и DD5 устанавливаются в нулевое состояние уровнем логической 1 на выходе (вывод 12) элемента DD3.1. При этом с помощью одной (или нескольких) из выбранных перемычек XI, находящейся между выходами (выводы 9, 8, 11) счетчика DD5 и входами (выводы 9, 10, 11) инвертора DD3.3, на выходе последнего устанавливается высокий логический уровень. Это приводит к срабатыванию реле К1 и блокировке контактами К11 кнопки SB1. Количество и место установки перемычек XI обеспечивают кратность воспроизведения мелодии (от одного до пяти). На рис. 1 показано включение для двукратного исполнения. В момент пуска устройства тактовый генератор, выполненный на микросхеме DD2, начинает вырабатывать колебания прямоугольных импульсов с частотой следования 250...500 кГц.

Рис 1. Принципиальная схема звонка автомата.

Через управляемый инвертор DD2.3 сигнал с генератора подается на вход счетчика DD6, обусловливая этим появление возможны случайных комбинаций двоичного кода на выходах счетчика (выводы 12, 9, 8). Одна из этих восьми числовых комбинаций выбирает из памяти ПЗУ записанный фрагмент мелодии. После определенного времени, т, зависящего от скорости зарядки конденсатора С1 до порогового значения напряжения переключения элемента DD3.1, на вход инвертора DD2.3 (вывод 11) поступает логический 0, запирая инвертор. Счетчик DD6 затормаживается, а тактовый генератор DD1, частота импульсов которого 3...4 Гц, и тональный генератор DD9 включаются в рабочий режим высоким уровнем, поступающим с выхода инвертора DD3.2. Причем тональный генератор остается заторможенным до появления разрешающего импульса с вывода 1 дешифратора DD8. Это предусмотрено для устранения влияния переходных процессов, происходящих в блоке питания и в самой схеме, на частоту тонального генератора. В результате работы тактового генератора импульсов DD1 и счетчиков DD4, DD5 на пяти адресных входах ПЗУ DD7 появляется последовательность двоичного кода от 00001 до 00000, что соответствует 32 тактовым импульсам. Они считывают записанную в ПЗУ информацию в виде изменяющегося на выходе четырехразрядного слова, которое, в свою очередь, представляет собой входной код дешифратора DD8. Дешифратор с помощью резисторов матрицы R7 и диодных ключей VD7—VD21 преобразует записанную программу в звучащую мелодию тонального генератора. Диапазон генератора — от си малой октавы до до диез второй октавы.

Н а с т р о й к а тонального генератора производится без установки ПЗУ DD7 в панель на плате. Проволочными перемычками входы дешифратора (выводы 23, 22, 21, 20). DD8 соединяются с общей шиной (логический 0 на входах) или остаются свободными (на входах 1). Таким образом набираются необходимые комбинации кодов дешифратора. Далее настройку удобно вести по звучанию второй струны гитары (см. табл. 1). Сопротивление первого резистора (выводы 1, 2 резистора R7) составляет 220 Ом. Частота тонального генератора в этом случае должна соответствовать частоте звучания второй струны, прижатой на 14-м ладу, или ноте до диез второй октавы.

Таблица 1 К настройке тонального генератора

Код дешифратора — 0001. Если точной настройки не происходит, то сопротивление резистора (выводы 1, 2) необходимо подобрать до появления унисона. В процессе дальнейшей настройки резисторов матрицы R7 следует постоянно возвращаться к контролю унисонного звучания ноты до диез (14-й лад), соответственно изменяя код дешифратора. Если возникнет необходимость (из-за нестабильности генератора), то следует изменить натяжение струны до восстановления унисона. Отметим, что точнее поможет настроить двухточечный контроль, т. е. такой контроль, когда проверка звучания происходит на 14-м ладу и на предыдущем настраиваемому.

Налаживание тонального генератора ведется последовательно: тональность звучания понижается на полтона на каждом следующем резисторе матрицы. Таким образом, тональный генератор воспроизводит хроматическую гамму. На первый взгляд, может показаться, что такая настройка менее точна, чем налаживание с помощью звукового генератора по известной шкале музыкальных частот. Однако, как показала практика, при настройке важна относительная точность, а не абсолютная. Тем более, что нестабильность частоты тонального генератора не позволяет производить коррекцию на основе стабильных частот.

Рис. 2. Каркас катушки для намотки секций проволочного резистора: (@ — 16 штифтов диаметром 1 мм (медь)

На самом же деле происходит как бы транспонирование гаммы выше или ниже натуральной. И как показала эксплуатация звонка в течение года, на верность воспроизведения мелодии это не оказывает влияния. Выбор вышеизложенного метода настройки определяется еще и минимальными размерами каркаса матрицы R7 по сравнению с дискретными подстроенными резисторами. Каркас (рис. 2) изготовлен из органического стекла, возможно применение мелковолокнистой древесины и текстолита. По периметру ребер каркаса просверлены отверстия диаметром 1 мм, где с помощью эпоксидного клея закреплены штифты @. Отсчет номеров штифтов удобно вести против часовой стрелки (вид сверху), приняв за 1-й один из нижних штифтов (низ со стороны резьбы). Высокоомный провод, применяемый для изготовления резисторов марок ПЭК 0,09, ПЭВКТ-1 0,09 и ПЭВМТ-1 0,09 (80...220 Ом), а также ПЭК 0,25 (17... 80 Ом). Сначала бифилярная обмотка укладывается в нижнюю секцию каркаса, а затем, по мере распайки резисторов, проводом заполняются верхние секции. После настройки тонального генератора следует проверить режим его работы в целом. Для этого выводы 12, 9, 8, 11 счетчика DD4 и выводы 23, 22, 21, 20 дешифратора DD8 соответственно соединяются проволочными перемычками. Воспроизводимая в этом случае хроматическая гамма состоит из пятнадцати последовательно понижающихся полутонов со сбросом на верхнюю ноту диапазона. Вся настройка и проверка звонка должна происходить при питании напряжением +5 В от хорошо отлаженного стабилизатора и с блокированной кнопкой SB1. Желательно также следить за тем, чтобы транзистор стабилизатора VT1 был нагрет не выше 60 °С.

Таблица 2а Программы для ПЗУ-КР556РТ4 музыкального звонка-автомата

Таблица 2б Программы для ПЗУ КР556РТ4 музыкального звонка-автомата

Программирование ПЗУ DD7 КР556РТ4 производится по составленным программам (табл. 2) на программаторе, подробно описанном в литературе [2]. При желании читатель может сам составить программы для выбранных им фрагментов. Только необходимо учитывать, что минимальная длительность ноты или паузы во фрагменте не должна быть меньше 1/4, а в конце мелодии обязательна пауза с минимальной длительностью 1/4.

Звонок собирается в корпусе от абонентского громкоговорителя. В нем кроме печатной платы устройства находятся: трансформатор Т1 блока питания и оксидные конденсаторы С5, С6, приклеенные клеем Момент к внутренним стенкам корпуса, а также головка громкоговорителя ВА1. Трансформатор Т1 выполнен на магни-топроводе ШЛ12Х16. Обмотка I содержит 4620 витков провода ПЭВ-Ь 0,09, а II — 210 витков провода ПЭВ-2 0,82. Трансформатор должен обеспечивать на обмотке II напряжение 9...10 В. Мощность трансформатора Т1 — 10 Вт. Выпрямительные диоды VD1—VD4 рассчитаны на ток до 200 мА. Этому условию удовлетворяют диоды КД105Б,В,Г, которые можно заменить на КД103А и Д226БМ, а транзисторы VT2 и VT4 (КТ608Б) — на КТ603, КТ815 и КТ817 (с любым буквенным индексом). Транзистор VT3 (КТ315) — любой из этой серии. Следует подобрать транзистор VT1 (КТ817Б) по наибольшему коэффициенту h21Э. Этот транзистор может быть заменен на КТ817В и КТ817Г, а также на КТ961 с любым буквенным индексом. Транзистор VT1 устанавливается на теплоотвод площадью 20 см2. Диоды VD7 — VD21 (ГД107А) можно заменить на Д9Б, Д9Д и Д9Е, а также на кремниевые маломощные диоды серии КД521 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы, установленные на печатной плате,— К50-6 и К50-16, а закрепленные в корпусе могут быть: К50-6, К50-12 и К50-29. Резисторы — все МЛТ 0,25 10 % или ВС 0,125 5...20 %.

Рис. 3. Печатная плата (а), размещение деталей на ней (б)

Конденсаторы, примененные в звонке, могут быть КМ-5 или К10-7б. Вместо подстроечного резистора R11 СПЗ-1а можно применить СПЗ-16, СП5-2 с номинальным сопротивлением 150...390 Ом, при соответствующей переделке печатной платы. Используемое реле К1 серии РЭС-49 (паспорт РС4.569.421-03 или РС4.569.421-09) при изменении проводников печатной платы может быть заменено на РЭС-64 (паспорт РС4.569.724 или РС4.569.724-01)

Возможные замены микросхем: КР556РТ4 — на К556РЕ4; К155ЛА4 и К155ЛАЗ — на соответствующие микросхемы серий К133 и К555; остальные микросхемы серии К155 — на К133. Печатная плата изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 , 5 мм. Ее размеры (рис. 3) — 115x75 мм.

В заключение следует отметить, что, используя данную конструкцию в качестве исполнительного устройства, можно реализовать музыкальную шкатулку. Для этого необходимо счетчик DD5K155HE2 заменить на К Д 5 5 И Е 5 , соединив его выводы 1 2 , 9 , 8 , 1 1 соответственно с адресными входами (выводы 3, 2, 1, 1 5 ) ПЗУ DD7. При таких изменениях схемы элементы генератора на микросхеме DD2, счетчик DD6, а также элементы реле-выключателя VD6, DD3.3, VT2, Kl, R5 становятся лишними и подлежат исключению. В результате мелодия (одна) будет содержать 256 тактовых импульсов, а функционирование устройства — осуществляться кнопкой, связанной с крышкой шкатулки.