Аннотация. Цифровой синтез звуковых сигналов в последнее время получает всё более широкое распространение. В отличие от аналоговых, цифровые методы синтеза обеспечивают более высокую точность, относительную простоту схемотехнической реализации и высокую воспроизводимость конструктивных решений. В данной статье рассматривается базовая версия синтезатора звуковых эффектов быстрой милицейской и медленной “завывающей” пожарной сирены. Воспроизведение и повторение эффектов производится в автоматическом режиме.
Общие сведения. В отличие от аналогового синтеза, требующего точной подстройки частоты опорных синусоидальных гернераторов, цифровой синтез позволяет значительно упростить схемотехнику, благадаря применению счётчиков с переменным коэффициентом деления типа КР1564ИЕ7, что позволяет значительно уменьшить число используемых микросхем [1]. Счётчик КР1564ИЕ7 представляет собой делитель частоты с переменным коэффициентом деления. Управление им производится цифровым кодом, поступающим на входы параллельной загрузки счётчика. Этот код является двоичным числом, соответствующим эквивалентному весовому выражению коэффициента деления счётчика. И если этот код изменять с определённой тактовой частотой, то на выходе микросхемы КР1564ИЕ7 появится ряд делений частоты задающего генератора - тональный сигнал, частота которого изменяется по определенному закону [2].
Закон изменения частоты тонального сигнала можно задать, к примеру, в виде линейно нарастающей и убывающей последовательности двоичных кодов, сформированной с помощью восьмиразрядного реверсивного счётчика. В таком случае эквивалентное численное выражение двоичного кода может изменяться, к примеру, от нуля до максимального значения и обратно. Изменение скорости нарастания и убывания двочного кода также можно выбирать аппаратно, что будет означать изменение скорости нарастания и спада тональности сирены.
Схема электрическая принципиальная. Схема электрическая принципиальная цифрового синтезатора звуковых эффектов сирены представлена на рис.1. Синтезатор состоит из перестраиваемых НЧ и ВЧ-генераторов, элементы DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4, соответственно; электронного ключа DD2.1; предварительного делителя с переменным коэффициентом деления DD3; реверсивного счетчика-формирователя двоичных кодов по закону нарастания-убывания DD6, DD7; дешифратора-ограничичеля максимального и минимального значений кодовой последовательности DD8; делителя с переменным коэффициентом деления DD9, DD10; триггера-делителя-формирователя меандра DD11.1; триггера состояний "запуск"-"стоп" DD11.2 и счётчика числа повторений периодов звуковых эффектов сирены DD12. Сигнал с выхода триггера-делителя подается на ключевой усилитель, выполненный на транзисторах VT1…VT3. Питается синтезатор через интегральный стабилизатор типа КР142ЕН5А, установленный на плате устройства.
Принцип работы. Запуск синтезатора производится коротким положительным импульсом амплитудой 5В длительностью не менее 100 нс или кратковременным нажатием кнопки SB1. При этом триггер DD11.2 сбрасывается в нулевое состояние и сигналом с прямого выхода разрешает работу триггера DD11.1 и счётчика DD12, а сигналом с инверсного выхода разблокирует счётчики DD6, DD7 и разрешает работу генераторов DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4. В этот момент времени генератор на элементах DD1.1, DD1.2 работает на минимальной частоте, задавемой подстроечным резистором R2, поскольку электронный ключ DD2.1 закрыт и резистор R4 отключен. Выходные прямоугольные импульсы генератора делятся счётчиком DD3, коэффициент деления которого устанавливается перемычками S1…S4. В начальный момент времени счётчик DD12 находится в нулевом состоянии, поэтому на выходе элемента DD4.4 формируется уровень логической единицы. Следовательно, коэффициент деления счётчика DD3 максимален и равен 15, поскольку на все его входы предустановки D0…D3 (выводы 15, 1, 10, 9) поступают уровни логических единиц.
Начальное состояние счётчиков DD6, DD7 соответствует максимальному двоичному коду, поскольку перед моментом обнуления триггера DD11.2 на входы предустановки "C" (выводы 11) данных счётчика воздействовал уровень логического нуля. В таком случае, уровень логического нуля, сформированный на выходе старшего разряда "15" (вывод 17) дешифратора DD8, через перемычку S6 сбрасывает RS-триггер DD5.1-DD5.2 в нулевое состояние. Режим работы счётчиков DD6, DD7 определяется как вычитание. Такому состоянию устройства соответствует возрастание тональности медленной “завывающей” пожарной сирены.
Прямоугольные импульсы с выхода ВЧ-генератора с частотой около 100 КГц поступают на вход вычитания счётчика DD9, а с его выхода - на вход вычитания счётчика DD10. На выходе DD10 формируется тональный сигнал, соответствующий текущему отсчёту двоичного кода, приходящего на входы предустановки счётчиков DD9, DD10. Импульсы на выходе DD10 имеют большой коэффициент заполнения (величина обратная скважности), поэтому требуют для формирования меандра применения триггера-делителя DD11.1. Интегрирующая цепочка C3R9 увеличивает выходные импульсы по длительности для чёткого срабатывания триггера DD11.1.
При достижении счётчиком DD7 нулевого состояния, на выходе "0" (вывод 1) дешифратора DD8 формируется уровень логического нуля, который устанавливает триггер DD5.1 в единичное состояние, изменяя, тем самым, режим счётчиков DD6, DD7 на суммирование. Одновременно на выходе элемента DD4.3 формируется отрицательный импульс, который своим положительным перепадом увеличивает состояние счётчика DD12 на единицу. Теперь, благодаря работе счётчиков DD6, DD7 в режиме суммирования, происходит убывание тональности зывывающей медленной сирены. Изменение состояний счётчика DD7 индицирует линейка светодиодов HL1…HL14.
При переходе счётчика DD12 во второе состояние и установленном диоде VD1, на выходе диодного дешифратора VD1…VD7 формируется уровень логической единицы, который открывает ключ DD2.1 и устанавливает максимальную частоту генератора DD1.1, DD1.2, что соответствует началу воспроизведения звуковых эффектов быстрой милицейской сирены. Далее будет сформировано три полных периода быстрой милицейской сирены, после которых на выходе "9" (вывод 11) счётчика DD12 будет сформирован положительный импульс, переводящий триггер DD11.2 в исходное единичное состояние. Теперь устройство готово к новому запуску.
Конструкция и детали. Устройство собрано на печатной плате (рис. 2) размерами 150 x 90 мм из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. В устройстве применены ИМС серий К561, КР1564, резисторы постоянные - МЛТ-0,125, подстроечные - СП3-38б, конденсаторы - неполярные типа К10-17, оксидные - типа К50-35, светодиоды HL1…HL14 - типа АЛ307АМ, БМ, интегральный стабилизатор DA1 - типа КР142ЕН5А, кнопка типа КМ1-1. ИМС серии КР1564 (74HCxxN) заменимы на соответствующие аналоги серии КР1554 (74ACxxN). Налаживание устройства заключается в установке желаемой частоты тональности сирены с помощью резистора R6 и перемычек S5, S6, а также периода повторения с помощью резисторов R2, R4 и перемычек S1…S4. Устройство, собранное из исправных деталей и без ошибок работает сразу при включении.
Литература.
1. Череватенко В. и А. Программируемый музыкальный звонок-автомат.: Сб.: <<В помощь радиолюбителю.>>, вып. 103, с. 52. - М.: ДОСААФ, 1989 г.
2. Череватенко В. и А. Мелодичный сигнализатор. - “Радио”, 1992, №8, с.12-15.
Автор: Одинец Александр Леонидович, г.Минск, Беларусь
http://dynamic-lights.narod.ru
http://art-of-light.narod.ru
E-mail: A_Odinets@tut.by