Digitālais Theremin: bezkontakta mūzikas instruments: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Šajā eksperimentā ar Digital Electronics es parādīšu, kā ģenerēt mūziku (tai tuvu: P), nepieskaroties mūzikas instrumentam, izmantojot Oscillators & Op-amp. Būtībā šo instrumentu sauc par Theremin, ko sākotnēji konstruēja, izmantojot krievu zinātnieka Léon Theremin analogās ierīces. Bet mēs to izstrādāsim, izmantojot IC, kas ģenerē digitālos signālus, un vēlāk mēs tos pārveidosim par mūziku analogiem. Es mēģināšu izskaidrot arī katru ķēdes posmu. Es ceru, ka jums patiks šī praktiskā īstenošana koledžā apgūtajā.

Esmu arī izstrādājis šo ķēdi vietnē www.tinkercad.com un veicis komponentu simulāciju. Jūs varat redzēt, kā to izmēģināt un ar to manipulēt, kā vēlaties, jo tur nav ko zaudēt, tikai mācīties un izklaidēties!

1. darbība: sastāvdaļas

Šeit ir visu būtisko komponentu saraksts, kas nepieciešami šīs shēmas izveidošanai:

1) MCP602 OpAmp (diferenciālais pastiprinātājs) x1

2) CD4093 IC (4 NAND Gates IC) x1

3) Rezistori: 6x 10k, 1x 5.1k, 1x6.8k & 1x 1.5k

4) Potenciometrs: 2x 10k Pot

5) Kondensatori: 2x 100pF, 1x 1nF un 1x 4,7µF kondensators (elektrolītiskais)

6) Maizes dēlis/PCB dēlis

7) Teleskopiskā antena (minimālais pieprasījums: 6 mm diametrs un 40 cm+ garums) VAI labāk ir izmantot vara cauruli ar norādītajiem izmēriem labākai jutībai

8) Barošanas līdzstrāvas ligzda (5,5 mm x 2,1 mm) un audio ligzda (3,5 mm)

9) Citas sastāvdaļas, piemēram, stieples un lodēšanas detaļas

Piezīme. Visus šos komponentus varat viegli atrast radio būvē vai tiešsaistē vietnē amazon/ebay. Ņemiet vērā arī to, ka tinkercad shēmā op-amp & Nand vārti ir atšķirīgi, taču tie arī darbosies. Joprojām, ja jums rodas grūtības iegūt kādu komponentu, dariet man to zināmu.

2. darbība. Izpratīsim ķēdes darbību

Iepriekš varat atrast ķēdes izkārtojuma attēlu atsaucei.

Darbs: Būtībā theremin darbojas pēc principa, ka mēs ģenerējam divus svārstīgus (sinusa viļņa analogos) signālus no diviem dažādiem oscilatoriem- 1) Viens ir fiksēts oscilators 2) Otrs ir mainīgs oscilators. Un mēs pamatā ņemam vērā šo divu frekvenču signālu atšķirību, lai iegūtu izejas signālus dzirdamajā frekvenču diapazonā (2Hz-20kHz).

* Kā mums iet?

Kā redzat, zem NAND vārtu (U2B) ķēdes ir fiksēts oscilators, un iepriekšējā NAND vārtu ķēde (U1B) ir mainīga oscilatora ķēde, kuras kopējā frekvence nedaudz mainās atkarībā no rokas kustības ap tai pievienoto antenu! (Kā?)

* Kā roku kustība ap antenu maina oscilatora frekvenci?

Paskaidrojums: Patiesībā antena šeit ir pievienota paralēli C1 kondensatoram. Antena darbojas kā viena no kondensatora plāksnēm, un mūsu roka darbojas kā kondensatora plāksnes otrā puse (kas ir iezemēta caur mūsu ķermeni). Tātad būtībā mēs pabeidzam papildu (paralēlo) kapacitatīvo ķēdi un tādējādi pievienojam ķēdei kopējo kapacitāti. (Tā kā tiek pievienoti paralēli kondensatori).

* Kā svārstības tiek ģenerētas, izmantojot NAND Gate?

Paskaidrojums: Sākotnēji viena no NAND vārtu ieejām (piemēram, U2B) ir HIGH līmenī (1), un cita ieeja ir iezemēta caur C2 (ti, 0). Un (1 un 0) kombinācijai NAND GATE mēs iegūstam izvadi HIGH (1).

Tagad, kad izeja kļūst HIGH, tad, izmantojot atgriezeniskās saites tīklu no izejas (caur R3 un R10), mēs iegūstam HIGH vērtību iepriekš iezemētajam ievades portam. Tātad, šeit ir faktiskā lieta. Pēc atgriezeniskās saites signāla kondensators C2 tiek uzlādēts caur R3, un pēc tam mēs iegūstam abas NAND vārtu ieejas HIGH LEVEL (1 & 1), un abu HIGH loģisko ieeju izeja ir LOW (0). Tātad, tagad kondensators C2 izlādējas atpakaļ un atkal viena no NAND Gate ievadēm kļūst ZEMA. Tādējādi šis cikls atkārtojas, un mēs iegūstam svārstības. Mēs varam kontrolēt oscilatora frekvenci, mainot rezistora un kondensatora (C2) vērtību, jo kondensatora uzlādes laiks mainīsies atkarībā no dažādas kapacitātes un līdz ar to svārstību frekvence. Tādā veidā mēs iegūstam oscilatoru.

* Kā iegūt augstfrekvences signālu mūzikas (skaņas) frekvenci?

Lai iegūtu dzirdamu frekvenču diapazonu, mēs atņemam divus frekvences signālus viens no otra, lai iegūtu zemākas frekvences signālus, kas atrodas dzirdamajā diapazonā. Šeit mēs izmantojam Op-amp kā diferenciālā pastiprinātāja stadijā. Būtībā šajā posmā tas atņem divus ieejas signālus, lai iegūtu pastiprinātās starpības (f1 - f2) signālu. Tā mēs iegūstam dzirdamu frekvenci. Joprojām, lai filtrētu nevēlamos signālus, mēs izmantojam zemas caurlaides filtru, lai filtrētu troksni.

Piezīme. Šeit iegūtais izejas signāls ir ļoti vājš, tāpēc signāla pastiprināšanai ir nepieciešams papildu pastiprinātājs. Jūs varat izveidot savu pastiprinātāja ķēdi vai vienkārši ievadīt šīs ķēdes signālu jebkuram pastiprinātājam.

Ceru, ka jūs sapratāt šīs ķēdes darbību. Vai joprojām ir šaubas? Jūtieties brīvi jautāt jebkurā laikā.

3. solis: projektējiet ķēdi

Lūdzu, vispirms izveidojiet visu ķēdi uz maizes dēļa un pārbaudiet to. Pēc tam noformējiet to tikai uz PCB ar pareizu lodēšanu.

1. piezīme. Šī ir augstfrekvences ķēde, tāpēc ieteicams komponentus turēt pēc iespējas tuvāk.

2. piezīme. Lūdzu, izmantojiet tikai +5 V līdzstrāvas barošanas avotu (ne augstāku), ņemot vērā IC sprieguma ierobežojumus.

3. piezīme. Antenai šajā ķēdē ir ļoti liela nozīme, tāpēc, lūdzu, stingri ievērojiet visus norādījumus.

4. darbība. Ķēdes darbs un programmatūras simulācija

Lūdzu, skatiet ķēdes simulāciju un tās video.

Esmu pievienojis multisim shēmas failu, jūs varat tieši palaist ķēdi, izmantojot to, un izveidot savu un veikt manipulācijas.

Hei, es esmu pievienojis arī Tinkercad (www.tinkercad.com/) ķēdes saiti, tur jūs varat izveidot savu ķēdi VAI manipulēt arī ar manu ķēdi un veikt arī ķēdes simulācijas. Visu to labāko, mācoties un spēlējoties ar to.

Tinkercad shēmas saite:

Ceru, ka jums patika šis. Es mēģināšu to vēl vairāk uzlabot un drīzumā pievienot tā analogo versiju un uz mikrokontrolleri balstītu (izmantojot VCO), kam būs labāka lineāra reakcija uz roku žestu kustībām par antenu. Līdz tam izbaudiet spēli ar šo.

Atjauninājums: Puiši, es arī esmu izstrādājis šo citu, izmantojot LDR un 555