plik

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/99

Do czego to służy?

Układy służące rejestracji i odtwarza−

niu dźwięków na drodze “czysto elektro−
nicznej”, bez stosowania w tym procesie
jakichkolwiek  mechanicznych  elemen−
tów  ruchomych  zawsze  cieszyły  się  du−
żym  zainteresowaniem  tak  Czytelników
Elektroniki dla Wszystkich, jak i konstruk−
torów  AVT.  Dowodem  na  to  jest  wiele
projektów  wykorzystujących  popularne
układy z rodzin ISD.

Układy ISD mają jednak jedną wadę,

dokuczliwą dla nas wszystkich: dość wy−
soką bezwzględną cenę zakupu. Celowo
napisałem  “cenę  bezwzględną”  ponie−
waż cena względna, czyli stosunek sumy
jaką  trzeba  zapłacić  za  jakieś  urządzenie
do jego wartości użytkowej, przedstawia
się w przypadku kostek ISD bardzo korzy−
stnie. Niemniej, przystępując do konstru−
owania układu, którego zadaniem jest za−
pamiętanie i wielokrotne odtwarzanie ja−
kichś efektów dźwiękowych musimy wy−
jąć te kilkanaście czy nawet kilkadziesiąt
złotych  z kieszeni,  a kieszenie  młodych

elektroników  bywają  niezbyt  zasobne.
Powstaje więc pytanie, czy nie można by
zbudować  magnetofoniku  będącego  od−
powiednikiem  ISD  nieco  mniejszym  ko−
sztem?  Przeprowadziłem  analizę  rynku
i, niestety,  odpowiedź  jest  przecząca.
Można  wprawdzie  wykorzystać  inny
przetwornik służący cyfryzacji sygnału au−
dio,  dodać  do  niego  ogromną  ilość  pa−
mięci SRAM lub EEPROM, ale  .... koszt
wykonania  takiego  układu  będzie  niepo−
równywalnie  większy  niż  koszt  zakupu
“iesdeka”,  nie  mówiąc  już  o robociźnie
i cenie  płytki  znacznych  rozmiarów.  Tak
więc  wróciliśmy  do  punktu  wyjścia:  sto−
sowanie  układów  ISD  do  nagrywania
i odtwarzania komunikatów audio jest nie
tylko  rozwiązaniem  najprostszym,  ale
i najtańszym. Do nagrywania i odtwarza−
nia  ...  a gdyby  tak  zadowolić  się  samym
wielokrotnym  odtwarzaniem  indywidual−
nie nagranego, dowolnego efektu dźwię−
kowego i zrezygnować z stosowania ko−

sztownych  przetworników  do  cyfrowej
obróbki dźwięków? Dane można by było
przechowywać  w pamięci  EPROM  lub
EEPROM, a zapisywać je tam za pomocą
dowolnego  programatora  tych  pamięci.
EPROM−y są  relatywnie  tanie,  przetwor−
nik DA można by było wykonać z paru re−
zystorów  ...  tak,  to  chyba  dobry  pomysł
na zbudowanie odtwarzacza, który mógł−
by  posłużyć  np.  do  konstruowania  pro−
stych  pozytywek  odgrywających  takie
melodie, jakie lubimy my, a nie producent
układów scalonych!

Prosty układ spełniający powyższe za−

łożenia  został  przeze  mnie  zaprojektowa−
ny,  wykonany  i przetestowany  i obecnie
jego opis przekazuję do dyspozycji moich
Czytelników.  Zanim  jednak  przejdziemy
do  szczegółowego  opisu  układu  muszę
wylać na Was przysłowiowy kubeł zimnej
wody: nie liczcie na zbyt wysokie parame−
try układu, który zbudujecie, ani na możli−
wość  zapisania  w nim  komunikatów

o długim czasie trwania. Ponadto, specy−
fika programowania naszego odtwarzacza
ogranicza  jego  zastosowanie  do  kręgu
osób  posiadających  co  najmniej  dostęp
do  komputera  PC  z kartą  dźwiękową
(obecnie  są  to  praktycznie  wszystkie
komputery  tej  klasy)  i programatora  pa−
mięci EPROM.

Jak to działa?

Schemat elektryczny proponowanego

układu został pokazany na rry

u 1

Oko doświadczonego elektronika natych−
miast  rozróżni  i wyodrębni  na  rysunku
podstawowe  elementy  układu.  Pamięć
EPROM  –  wiadomo,  w niej  będziemy
przechowywać dane zarejestrowanej se−
kwencji dźwiękowej. Dwa liczniki posłużą
z pewnością  do  sekwencyjnego  adreso−
wania

tej

pamięci,

przeznaczenie

wzmacniacza m.cz. jest także oczywiste,
ale gdzie jest przetwornik cyfrowo−analo−
gowy, który przywróci dźwiękom zapisa−

Odtwarzacz efektów
akustycznych
z pamięcią EPROM

2387

nym  w postaci  cyfrowej  ich  pierwotne
brzmienie?    Otóż  przetwornik  cyfrowo
analogowy zbudowany został z ... ośmiu
rezystorów R1 ... R8! Jest to najprostszy
przetwornik  tego  rodzaju  i ma  nawet
swoją nazwę: COVOX.

Układ ten, obecnie prawie całkowicie

zapomniany, zdobył kiedyś znaczą popu−
larność. Było to w zamierzchłych czasach
komputerowego kamienia nawet nie łu−

panego,  ale  lizanego,  kiedy  to  z mizer−
nych  głośniczków,  wbudowanych  do
wnętrza  komputerów  PC,  wydobywały
się żałosne piski, niekiedy szumnie zwa−
ne  dźwiękiem.  Posiadaczom  kart  dźwię−
kowych Sound Blaster najnowszej gene−
racji  trudno  sobie  nawet  wyobrazić,  że
kiedyś  właściciele  komputerów    Amiga
czy  COMMODORE  z politowaniem  pa−
trzyli na “blaszaki”, na których ani pograć
ani  niczego  posłuchać  się  nie  dawało.
Kiedy  jednak  PC  przestał  być  wyłącznie
“maszyną  biurową”  i “trafił  pod  strze−
chy”,  jego  użytkownicy  zaczęli  stawiać
nowe  wymagania.  Zaczęły  powstawać
coraz  nowsze  karty  dźwiękowe,  został
także utworzony standard tych kart, opra−
cowany  przez  firmę  Creative  Labs  –  So−
und  Blaster.  Jednak  w początkowym
okresie  przekształcania  PC  w maszynę
multimedialną  karty  dźwiękowe  miały
jedną  wadę:  bardzo  wysoką  cenę,  unie−
możliwiającą  ich  zakup  mniej  zamożnym
miłośnikom  gier  komputerowych.  Odpo−
wiedzią  na  to  było  powstanie  COVOX−a,
nawet nie karty dźwiękowej, ale kilku re−
zystorów dołączanych do portu drukarko−
wego  PC.  Wyłącznie  ze  względów  po−

znawczych możecie zapoznać się ze
schematem takiego przetwornika, poka−
zanym na rry

u 2

2. Wartość bezwzględ−

na rezystorów dołączonych do szyny da−
nych interfejsu CENTRONICS ma drugo−
rzędne znaczenie, najistotniejszy jest sto−
sunek ich wartości 1 : 2 : 4 itd.

Wysłanie na szynę danych portu dru−

karkowego zawartości pliku binarnego ty−
pu *.WAV spowoduje powstanie na wyj−

ściu  tego  przetwornika  przebiegów  na−
pięciowych,  będących  reprodukcją  prze−
biegów  występujących  w zarejestrowa−
nym pliku dźwiękowym. Jakość dźwięku
nie  jest  najlepsza,  ale  wystarczająca
w wielu zastosowaniach. Natomiast pro−
stota budowy przetwornika jest niedości−
gniona: tylko kilka rezystorów!

Zasada działania COVOX−a w naszym

układzie  jest  prawie  identyczna,  jak
w komputerze. Jedyna różnica polega na
tym,  że  zamiast  do  szyny  danych  prze−
twornik  został  dołączony  bezpośrednio
do  ośmiu  wyjść  pamięci  EPROM,
w której możemy zapisać dowolny plik bi−
narny  typu  WAV,  o rozmiarach  nie  więk−
szych niż 64kB. W dalszej części artykułu
wspomnimy  jeszcze  o sposobach  przy−
gotowywania i nagrywania takich plików.
Fragment  układu  z licznikami  IC1  i IC3
służy odtwarzaniu zapisanego w pamięci
EPROM  komunikatu  akustycznego  po−
przez  zaadresowanie kolejnych komórek
tej  pamięci.  Naciśnięcie  przycisku  start
spowoduje  włączenie  przerzutnika  R−
S

zbudowanego z

bramek NAND

IC4A i IC4B. Stan niski z wyjścia 3 tego
przerzutnika przekazany zostanie na wej−
ścia zerujące liczników, umożliwiając ich

pracę. Sygnał zegarowy wytwarzany jest
przez  generator  zawarty  w strukturze
układu IC1, a jego częstotliwość zależna
jest  od  wartości  rezystancji  R11  +  P1
oraz  pojemności  kondensatora  C4.  Czę−
stotliwość ta może być w szerokich gra−
nicach  zmieniana  za  pomocą  potencjo−
metru  P1,  tak  aby  była  równa  częstotli−
wości samplowania zapisanego w pamię−
ci pliku WAV.

Po osiągnięciu przez liczniki stanu

111111111111111(BIN),  czyli  po  odtwo−
rzeniu  całej  zawartości  pamięci,  kolejny
impuls  zegarowy  spowoduje  powstanie
stanu wysokiego na wyjściu Q7  licznika
IC3.  Stan  ten  po  zanegowaniu  przez
bramkę IC4D zostanie doprowadzony do
wejścia  zerującego  przerzutnika  R−S,  co
spowoduje  natychmiastowe  przejście
układu  do  stanu  oczekiwania  na  kolejny
sygnał wyzwalający odtwarzanie.

Sygnał pobierany bezpośrednio z wyj−

ścia  przetwornika  cyfrowo−analogowego
byłby w większości zastosowań zbyt sła−
by i dlatego do układu dobudowano pro−
sty  wzmacniacz  akustyczny  niewielkiej
mocy. Wzmacniacz ten został zrealizowa−
ny  z wykorzystaniem  popularnej  kostki
LM386,  wielokrotnie  już  stosowanej
w naszych  projektach.  Wzmocnienie
układu  możemy  regulować  za  pomocą
potencjometru P1.

Montaż i uruchomienie

Na rry

u 3

3 została pokazana mozai−

ka  ścieżek  płytki  obwodu  drukowanego
oraz  rozmieszczenie  na  niej  elementów.
Ze  względu  na  chęć  obniżenia  kosztów
wykonania  układu,  pomimo  jego  sporej

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/99

s.. 1

1.. S

att iid

komplikacji,  płytka  została  przeze  mnie
zaprojektowana na laminacie jednostron−
nym, co pociągnęło za sobą konieczność
zastosowania kilku zworek. Od nich wła−
śnie  rozpoczniemy  montaż  układu,  lutu−
jąc  następnie  rezystory,  podstawki  pod
układy  scalone,  a na  końcu  elementy
o największych gabarytach.

Odtwarzacz zbudowany ze sprawnych

elementów  działa  natychmiast  popraw−
nie  i nie  wymaga  regulacji  z wyjątkiem
ustalenia  częstotliwości  zegarowej,  czyli
częstotliwości  próbkowania  sygnału  au−
dio.  Częstotliwość  ta  musi  być  równa
(z wyjątkiem sytuacji, w których chcemy
celowo  uzyskać  efekt  zwolnienia  lub
przyspieszenia  odtwarzania)  częstotliwo−
ści  próbkowania  nagranego  w pamięci
pliku dźwiękowego.

Na koniec pozostawiliśmy sobie odpo−

wiedź na pytanie, skąd wziąć pliki dźwię−
kowe potrzebne do zaprogramowania pa−

mięci naszego odtwarzacza. Tu możliwo−
ści są ogromne:

Możemy wykorzystać gotowe pliki

WAV lub pliki w innym formacie po doko−
naniu  ich  konwersji  na  format  WAV.  Pli−
ków  takich  możemy  znaleźć  tysiące  w
Internecie,  a także  na  płytkach  CD  dołą−
czanych  do  najróżniejszych  czasopism

poświęconych tematyce komputerowej
(także na krążku dołączanym do wydawa−
nego przez AVT miesięcznika “INTER−
NET”).

Wykonać takie pliki, samodzielnie wy−

korzystując  nagrania  dokonywane  za  po−
średnictwem  mikrofonu  dołączonego  do
karty  dźwiękowej  komputera  lub  nawet
bezpośrednio ze źródła sygnału audio wy−
sokiej jakości.

Za pomocą programu do obróbki pli−

ków  dźwiękowych  możemy  potrzebny
nam  plik  dowolnie  obrabiać,  miksować
z innymi  plikami,  skracać,  ustalać  czas
trwania  nagrania  z dużą  dokładnością,
a także  zmieniać  częstotliwość  próbko−
wania.  Przy  dokonywaniu  takich  zmian
ważne  jest  ustalenie  rozsądnego  kom−
promisu pomiędzy czasem odtwarzania
nagrania  a jego  jakością.  Nasz  odtwa−
rzacz  pozwala  na  odtworzenie  pliku
WAV  o maksymalnym  czasie  trwania  3
s.,  przy  częstotliwości  próbkowania
20kHz,  co  zapewnia  zupełnie  przyzwoi−
tą    (jak  na  COVOX−a)  jakość  dźwięku.
Zmniejszając  częstotliwość  samplowa−
nia  np.  do  10kHz  uzyskamy  dwukrotne
wydłużenie czasu jego odtwarzania, ale
kosztem znacznego pogorszenia jakości
dźwięku.

Odpowiednio przygotowany plik WAV

wykorzystujemy jako plik binarny do za−
programowania pamięci EPROM.

biig

niie

w R

Uwaga: Do uruchomienia układu po−

trzebna jest możliwość zaprogramowa−
nia pamięci EPROM.

Układ musi być zasilany napięciem

+5V ze względu na obecność pamięci
EPROM.

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/99

Wykaz elementów

Kondensatory

C1, C6  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
C2, C5  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100uF
C3  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470nF/16V
C4  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22pF
C7  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10nF

Rezystory

P1, P2 . . . . . . .potencjometr montażowy
miniaturowy 100k

Ω

R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .320k

Ω

R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160k

Ω

R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .640k

Ω

R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20k

Ω

R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40k

Ω

R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80k

Ω

R7, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k

Ω

R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5k

Ω

a d

otty

czzą

ąc

a rre

ezzy

stto

orró

ów

w o

o tto

olle

erra

cjjii

%:: iic

h w

arrtto

oś

śc

cii m

gą

ą n

niie

o rró

óżżn

niić

ć s

siię

ę o

h w

yżże

ejj.. W

ażżn

y jje

stt p

prrzze

e w

szzy

stt−

kiim

m w

wzza

ajje

y s

stto

k tty

h w

arrtto

oś

śc

cii,,

kttó

órry

y m

sii w

siić

ć 1

1 :: 2

2 :: 4

4 :: 8

8 :: ...... iittd

d..

R10, R13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100k

Ω

R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470

Ω

R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

Ω

R14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47k

Ω

R11, R15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k

Ω

Półprzewodniki

IC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4060
IC2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27512
IC3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4040
IC4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4011
IC5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM386

Pozostałe

LS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .głośnik 8R
S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .mocroswitch

Płły

yttk

a d

drru

a jje

stt d

sttę

ęp

w s

siie

cii h

dllo

ejj A

jja

o k

kiitt A

T−2

s.. 2

2.. T

y C

s.. 3

3.. S

att m

ntta

ażżo