🥒 🛄 👨‍👦‍👦 PIC16F753 पर संगीत बॉक्स 🏘️ 🎟️ 🔺

मैं अपने प्रिय को उपहार के रूप में एक माइक्रोकंट्रोलर पर एक लाइट-म्यूजिक डिवाइस बनाने के बारे में इस पोस्ट से बहुत प्रभावित हुआ। और एक बार ऐसा उपहार देने का मेरा समय था। कौशल और उपकरणों में उल्लिखित परियोजना के लेखक से मतभेद को देखते हुए; तैयारी के समय (3-4 दिन) में बहुत सीमित होने के कारण, मैं दूसरे रास्ते पर गया और उपहार की दुकान में खरीदे गए ताबूत में स्थापना के लिए अपना संगीत उपकरण विकसित किया। इसमें एक सरल सर्किट और निर्माण में आसानी है। लेख में मेरी परियोजना के विवरण और उनकी प्रेरणा का वर्णन किया गया है। सावधानी, तस्वीरें (केवल 1 एमबी के बारे में)।

योजना

जैसा कि आप देख सकते हैं, विवरण बहुत कम हैं। तीन एएए बैटरी से +3 .. + 4.8V की सीमा में बिजली की आपूर्ति डी 1 माइक्रोकंट्रोलर (PIC16F753) और DA1 एम्पलीफायर (TDA7052A) दोनों के लिए स्टेबलाइजर्स के उपयोग के बिना उपयुक्त है। यह एम्पलीफायर चिप अपनी तरह का अनूठा है, क्योंकि इसके एनालॉग्स के लिए इसे न्यूनतम बाहरी तत्वों की आवश्यकता होती है। एक पावर एम्पलीफायर का उपयोग आवश्यक है: जब आप स्पीकर को सीधे माइक्रोकंट्रोलर के आउटपुट को जोड़ने का प्रयास करते हैं, तो आप पर्याप्त मात्रा प्राप्त करने में सक्षम नहीं होंगे।

एम्पलीफायर काम करने के लिए 220 μF की क्षमता वाले C1 कैपेसिटर की आवश्यकता होती है। एक संधारित्र के बिना यह असंभव है: यदि बिजली स्रोत का आंतरिक प्रतिरोध पर्याप्त छोटा नहीं है, तो यह शांत और मजबूत विकृतियों के साथ ध्वनि करेगा। डीसी को ऑडियो सिग्नल को डिकूप करने के लिए C4 कैपेसिटर की भी आवश्यकता होती है। ट्रिमर R2 वॉल्यूम को समायोजित करता है। R1 समायोजन सीमा को सीमित करता है। संधारित्र सी 3 के साथ मिलकर, यह एक कम-पास फिल्टर भी बनाता है। सिद्धांत रूप में, C3 सेट नहीं किया जा सकता है। सबसे पहले, मैं ऐसा करना चाहता था, लेकिन फिर मुझे ऐसा लगा कि ध्वनि विकृति को कम करने के लिए सी 3 लगाकर अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों को निकालना बेहतर है।

TDA7052A (TDA7052 के विपरीत) में उचित वोल्टेज (आरेख में नहीं दिखाया गया) के साथ आपूर्ति करके एक अलग वॉल्यूम नियंत्रण इनपुट है। लेकिन इसका उपयोग करने का प्रयास सर्किट को सरल नहीं करता है और इसके संचालन में सुधार नहीं करता है। सौभाग्य से, इस इनपुट को असंबद्ध छोड़कर एम्पलीफायर के सामान्य संचालन को प्रभावित नहीं करता है।

माइक्रोकंट्रोलर चुनने के बारे में कुछ शब्द। सबसे महत्वपूर्ण मानदंड आपूर्ति वोल्टेज की सीमा है। जब बैटरी लगभग खाली हो जाती है, तो उस पर वोल्टेज 3V (1V प्रति सेल) पर गिर जाता है। ताजा स्थिति में, वोल्टेज + 4.8V और इससे भी अधिक तक बढ़ सकता है। दुर्भाग्य से, अधिक आधुनिक 16-बिट माइक्रोकंट्रोलर, जिनकी उच्च गति और बहुत अधिक मेमोरी है, आमतौर पर +2.7 .. + 3.6 वी रेंज में शक्ति की आवश्यकता होती है। वोल्टेज कम करने के लिए, स्टेबलाइज़र का उपयोग करना आवश्यक होगा, और किसी भी नहीं, लेकिन कम वोल्टेज ड्रॉप (लो ड्रॉप-आउट) के साथ, बैटरी को अपनी सेवा के अंत में वोल्टेज दिया जाता है। मैंने निर्णय लिया कि मैं जटिल नहीं होऊंगा। माइक्रोचिप नियंत्रकों में से (उनके साथ मेरे पास सबसे अधिक अनुभव है और एक प्रोग्रामर है), इसलिए, केवल 8-बिट वाले उपयुक्त हैं। आप PIC24F श्रृंखला से 16-बिट का भी उपयोग कर सकते हैं। अगले संगीत बॉक्स में, मैं शायद करूँगा। फिर भी, PIC16F753 गति और स्मृति आकार दोनों में बहुत तंग है। लेकिन फिर इसमें एक अंतर्निहित 9-बिट डीएसी है, जो ध्वनि संश्लेषण के लिए बहुत उपयुक्त है।

सादगी और विश्वसनीयता के लिए, मैंने किसी भी बिजली प्रबंधन और ऊर्जा बचत योजनाओं का उपयोग नहीं करने का फैसला किया। एक सरल स्विच (आरेख में नहीं दिखाया गया है) बैटरी सर्किट को तोड़ता है, और यह है।

सभा

हम कास्केट का उपयुक्त आकार और प्रकार खरीदते हैं। मुझे यह मिल गया। दुर्भाग्य से, कोई आयताकार बॉक्स नहीं था, इसके साथ काम करना आसान होगा।

मैंने सर्किट बोर्ड नहीं बनाया। इसके लिए कोई घर नहीं है, लेकिन कारखाने में ऑर्डर करना बहुत लंबा और महंगा है। इसलिए, मैंने एक ब्रेडबोर्ड पर एक सर्किट इकट्ठा किया। मैं एक आरा के साथ बॉक्स के आकार से बोर्ड के एक टुकड़े को काटने में कामयाब रहा। आयाम और आकार भागों के लेआउट को पूर्व निर्धारित करते हैं। यहाँ विधानसभा के मध्यवर्ती चरणों में एक तस्वीर है:

प्रोग्रामर से जुड़े फर्मवेयर को लिखने और डिबग करने के समय तार। मैंने माइक्रोकैरिस्कुट को सॉकेट्स पर रख दिया, और अच्छे कारण के लिए: रेडियो बेस पर खरीदे गए दो एम्पलीफायर माइक्रोक्रिस्केट्स में से एक बैट के रूप में निकला। इसके टांका लगाने से बचना संभव था।

बोर्ड के पीछे से देखें। जैसा कि आप देख सकते हैं, लंबे या इंटरसेक्टिंग कनेक्शन एमजीटीएफ तार द्वारा किए जाते हैं, और छोटे को कैपेसिटर और प्रतिरोधों से पैरों से काट दिया जाता है। परीक्षण फर्मवेयर पर सर्किट की संचालनशीलता की जांच करने के बाद, आप मुख्य कार्यक्रम को विकसित और डिबग करना शुरू कर सकते हैं। इसके बारे में अधिक जानकारी नीचे दी गई है।

फर्मवेयर पूरी तरह से डिबग होने के बाद, प्रोग्रामर को बंद करें, स्पीकर को मिलाएं और स्विच को सेट करें। अंतिम जांच

उसके बाद, आपको बॉक्स में सब कुछ माउंट करने और सौंदर्यशास्त्र के लिए कार्डबोर्ड के साथ शीर्ष को बंद करने की आवश्यकता है। ब्लैक कार्डबोर्ड से एक बॉक्स के रूप में हम इस तरह के डिजाइन को काटते हैं और झुकते हैं।

स्विच के लिए चाकू से एक छेद काटें। एक आवेग के साथ, स्पीकर के ऊपर छेद किए जाते हैं। अगला, बोर्ड के नियमित स्थान पर कार्डबोर्ड और स्पीकर पर स्विच को गोंद करें:

खुले बॉक्स का अंतिम दृश्य:

तस्वीर कार्यक्रम और संगीत की तैयारी

1. ध्वनि संश्लेषण

9-बिट DAC होने से, सिद्धांत रूप में, आप एक काफी जटिल ऑडियो संकेत प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन PIC16F753 के मामले में, माइक्रोकंट्रोलर कार्यक्रमों की स्मृति के छोटे आकार के कारण संभावनाएं सीमित हैं - केवल 2048 शब्द। जैसा कि अनुभव से पता चलता है, यहां तक कि कोड के आकार और कोड के लिए अनुकूलित एक साधारण खिलाड़ी कार्यक्रम में लगभग 1000 शब्द लगते हैं, इसलिए नोट्स के लिए बहुत कम बचा है। और वेवटेबल जैसे ध्वनि संश्लेषण विधि का उपयोग करते समय नमूनों को संग्रहीत करने के लिए कुछ भी नहीं बचा है। एफएम संश्लेषण के रूप में इस तरह के शक्तिशाली तरीकों का उपयोग अपर्याप्त प्रोसेसर गति और इसमें हार्डवेयर गुणक की अनुपस्थिति में बाधा है। इसलिए, आयतों का केवल संश्लेषण होता है - सममित, या एक चर कर्तव्य चक्र के साथ। दूसरा विकल्प कुछ प्रकार के स्वर देता है - उदाहरण के लिए, संग्रह "यह ट्राइटन 2 है" (यह Youtube पर भी उपलब्ध है)। मैंने इस पद्धति को बॉक्स में लागू किया। एक पॉलीफोनिक ध्वनि का एहसास करना संभव था: 4 स्वतंत्र ध्वनि चैनल। आप प्रत्येक चैनल की मात्रा को नियंत्रित कर सकते हैं।

हम समान स्वभाव के सूत्र द्वारा वांछित नोट के अनुरूप आवृत्ति पाते हैं: f = 440 * 2 ^ (n / 12), जहां n सेमीटोन में नोट की संख्या है, n = 0 पहले सप्तक के "a" से मेल खाती है। चूँकि हमारे पास 4 चैनल हैं, हमें एक साथ 4 सिग्नल जेनरेट करने होंगे और आउटपुट से पहले उन्हें योग करना होगा। सबसे आम समाधान सभी चैनलों के लिए एक आम नमूना दर का उपयोग करना है। इसी समय, नियमित अंतराल पर प्रोसेसर प्रत्येक चैनल के आउटपुट नमूने की गणना करता है। परिणामी मानों को संक्षेप में और डीएसी को खिलाया जाता है।

वर्ग तरंग संकेतों की वांछित अवधि आमतौर पर नमूने की अवधि के गुणक नहीं होती है। दूसरे ऑक्टेव के "ला" नोट के लिए, हमारे पास n = 12, f = 880 हर्ट्ज है। एफएस = 27777.8 हर्ट्ज की एक नमूना आवृत्ति पर, प्रत्येक सिग्नल की अवधि ~ 31.57 आउटपुट नमूने होनी चाहिए, जो संभव नहीं है। तीन तरीके हैं:

समयावधि को पूर्णांकों की संख्या के लिए राउंड करें। इस मामले में, परिणामी अवधि सेट से अलग होगी, अर्थात। संगीत नकली होगा।
प्लस या माइनस एक नमूने के भीतर की अवधि को भिन्न करें ताकि प्राप्त सिग्नल की औसत अवधि 1 / f हो। सिग्नल प्रोसेसिंग सिद्धांत के दृष्टिकोण से, यह निकटतम पड़ोसी विधि द्वारा प्रक्षेप के बराबर है। नतीजतन, ध्वनि में महत्वपूर्ण गैर-धार्मिक विकृतियां दिखाई देती हैं, स्पेक्ट्रम में बाहरी आवृत्तियों पर चोटियां दिखाई देती हैं। कान से, संकेत सिर्फ "गंदा" हो जाता है।
शैनन प्रक्षेप करें। यह दृष्टिकोण झूठ को खत्म करता है और सबसे अच्छी ध्वनि की गुणवत्ता देता है, लेकिन गणना की जटिलता के कारण 8-बिट माइक्रोकंट्रोलर अस्वीकार्य है।

तो व्यवहार में, आप विकल्प 1) और 2) के बीच चयन कर सकते हैं। दोनों का उपयोग जेडएक्स स्पेक्ट्रम जैसे कंप्यूटरों में 1-बिट ऑडियो आउटपुट पर मल्टी-चैनल संगीत के सॉफ्टवेयर संश्लेषण में किया जाता है। मैं व्यक्तिगत रूप से विकल्प 1) को प्राथमिकता देता हूं। पर्याप्त रूप से उच्च नमूने की आवृत्ति के साथ, बहुत अधिक नोटों पर, आवृत्ति का घूमना नगण्य है, और मिथ्यात्व लगभग अपरिहार्य है।

सैंपल फ्रीक्वेंसी प्रोसेसर क्लॉक फ़्रीक्वेंसी का एक हिस्सा होना चाहिए और कम पर्याप्त होना चाहिए ताकि प्रोसेसर के पास प्रत्येक आउटपुट नमूने के लिए सभी आवश्यक गणना करने का समय हो। दूसरी ओर, झूठ को कम करने और पुन: प्रस्तुत नोटों की सीमा का विस्तार करने के लिए यह जितना संभव हो उतना ऊंचा होना चाहिए। काम करने के लिए खिलाड़ी कार्यक्रम के लिए, आपको प्रत्येक नोट की अवधि के साथ एक तालिका चाहिए। इस तालिका की गणना करने और वांछित लोगों से प्राप्त संकेत आवृत्तियों के विचलन की गणना करने के लिए, यह लिखा गया था

मतलाब कार्यक्रम

fs = 2e6/72; notes = -24:26; f = zeros(size(notes)); d = zeros(size(notes)); fa = zeros(size(notes)); ndifs = zeros(size(notes)); for i=1:length(notes) f(i) = 440*2^(notes(i)/12); k = round(fs/f(i)); fa(i) = fs/k; na = 12*log2(fa(i)/440); ndifs(i) = na-notes(i); d(i) = k; fprintf('%10.1f %10.1f %3d %4.2f\n',f(i),fa(i),notes(i),ndifs(i)); end plot(ndifs); ylim([-0.5 0.5]); fprintf('\n\n'); for i=1:length(notes) fprintf('\tretlw\tH''%02X''\n',d(i)); end

प्रत्येक नोट के लिए, प्रोग्राम चयनित नमूना आवृत्ति में नमूनों में सिग्नल की अवधि की गणना करता है, इसे निकटतम पूरे पर गोल करता है, और इसे नोट संख्या में पुन: गणना करता है। इन लॉगरिदमिक इकाइयों में, विचलन का अनुमान लगाया जाता है, जिसका ग्राफ स्क्रीन पर प्रदर्शित होता है:

आप नमूना आवृत्ति को बदलकर प्रयोग कर सकते हैं, अर्थात्, एक अवधि में प्रोसेसर घड़ी चक्र की संख्या। जाहिर है, मैंने 72 का गुणांक चुना, जो किसी दिए गए रेंज में नोटों के न्यूनतम प्राप्त विचलन देता है।

2. फर्मवेयर वास्तुकला

PIC16F753 में तीन टाइमर हैं, लेकिन केवल टाइमर 2 को एक निर्दिष्ट अवधि के साथ व्यवधान उत्पन्न करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है। इसके साथ, हम ध्वनि की नमूना आवृत्ति पर रुकावट प्राप्त करते हैं, अर्थात्। हर 72 प्रोसेसर चक्र। रुकावट दिनचर्या डीएसी को आउटपुट के लिए अगले मूल्य की गणना करती है। ध्वनि विकृति से बचने के लिए, डैक पर स्तर को समय के बराबर अंतराल पर अद्यतन करना आवश्यक है। चूंकि कार्यक्रम की स्थिति के आधार पर गणना में अलग-अलग समय लग सकता है, इसलिए दो विकल्प हैं। पहली गणना की सभी शाखाओं को "ट्रिम" करना है ताकि उन्हें एक ही संख्या में घड़ी चक्रों में निष्पादित किया जाए। दूसरा डीएसी के लिए तुरंत आउटपुट है जो पिछले रुकावट के प्रसंस्करण के दौरान गणना की जाती है, और फिर अगले बीच में आउटपुट के लिए मूल्य की गणना करें। मैंने दूसरा रास्ता चुना है। इस मामले में, बाधा प्रसंस्करण प्रक्रिया को हर बार एक अलग समय के लिए किया जाता है, लेकिन रुकावटों के बीच, औसतन, पृष्ठभूमि की गणना के लिए अधिक प्रोसेसर समय होता है।

रुकावटों पर, स्थिर संकेतों की पीढ़ी काम करती है - निरंतर आवृत्ति, कर्तव्य चक्र और आयाम की आयतें। इन मापदंडों को संबंधित मेमोरी कोशिकाओं में संग्रहीत किया जाता है। जब फ़र्मवेयर चल रहा होता है, तो व्यवधान कभी भी निषिद्ध नहीं होते हैं। यह पीढ़ी के मापदंडों को स्विच करने के क्षणों के अपवाद के साथ, ध्वनि में किसी भी असंतोष और असंतोष की अनुपस्थिति को सुनिश्चित करता है। यह उसी ऑपरेशन मोड को चालू करता है जैसे कि सिस्टम में एक ऑडियो चिप थी, जैसे अटारी पोके या एआई-3-8910: ये चिप्स प्रत्येक चैनल पर स्थिर सिग्नल भी उत्पन्न करते हैं जब तक कि प्रोसेसर इन चिप्स के आंतरिक रजिस्टरों में पैरामीटर मान नहीं बदलता है।

पीढ़ी के मापदंडों को पृष्ठभूमि में चल रही प्रक्रियाओं (यानी रुकावटों के बीच) द्वारा अद्यतन किया जाता है। यहां मैंने मापदंडों को अपडेट करने के लिए प्रक्रिया को कॉल करने की आवृत्ति सुनिश्चित करने के लिए टाइमर -1 का उपयोग किया - 50 हर्ट्ज। 8-बिट कंप्यूटर पर संगीत खिलाड़ियों में इन उद्देश्यों के लिए समान या समान आवृत्ति का उपयोग किया जाता है।

फर्मवेयर आर्किटेक्चर के बाकी हिस्सों को स्मृति में संगीत के प्रतिनिधित्व से निर्धारित किया जाता है। मैं ट्रैकर संगीत के सिद्धांत से गया, जिसका उपयोग मुख्य रूप से 8-बिट कंप्यूटर पर संगीत बनाने के लिए किया गया था। मैं यहां विवरण में नहीं जाऊंगा, इंटरनेट पर इस विषय पर बहुत सारी सामग्रियां हैं।

3. संगीत की तैयारी

चिप संगीत को किसी तरह से संपादित करने की आवश्यकता है, और आज सबसे आसान तरीकों में से एक है ओपन मॉडप्लग ट्रैकर का उपयोग करना। आपको कई नमूनों को तैयार करने की ज़रूरत है जो कम से कम लगभग चिप की आवाज़ के समान हैं, और ट्रैकर में 4 से अधिक चैनलों का उपयोग करके संगीत बनाते हैं। उसी समय, ट्रैकर के विशेष प्रभावों का उपयोग करना भी असंभव है, सिवाय उन लोगों के जो हमारे चिप प्लेयर में लागू होते हैं। नतीजतन, यह .it प्रारूप में एक ट्रैकर फ़ाइल बनाई जाती है। मैंने एक कनवर्टर प्रोग्राम भी लिखा है जो नोट्स को एक फ़ाइल से परिवर्तित करके मेरे PIC16F753 फर्मवेयर द्वारा मान्यता प्राप्त प्रारूप में परिवर्तित करता है। कनवर्टर शपथ लेता है यदि यह सीमा के बाहर नोटों का सामना करता है या असमर्थित फर्मवेयर कमांड इसे फाइल में रखता है। इट-फाइल से उपकरण कनवर्टर द्वारा पूरी तरह से अनदेखा कर दिए जाते हैं। उन्हें केवल संपादन के दौरान संगीत की आवाज़ को नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है।

विभिन्न कर्तव्य चक्रों के आयतों के नमूने, जिनकी संगीत संपादन के दौरान आवश्यकता होती है, मैंने मतलाब पर विशेष कार्यक्रमों के साथ उत्पन्न किया। लेकिन यह बहुत पहले एक अन्य परियोजना के हिस्से के रूप में किया गया था - जेडएक्स स्पेक्ट्रम से संगीत परिवर्तित करना , इसलिए अब मैंने सिर्फ उन पुराने मॉड्यूल से उपकरण लिया और उनके आधार पर बॉक्स के लिए संगीत बनाया।

कनवर्टर के परिणामस्वरूप, PIC असेंबलर प्रारूप में एक पाठ फ़ाइल बनाई जाती है। इसकी सामग्री को फर्मवेयर स्रोत के अंत में कॉपी किया जाना चाहिए और संकलित किया जाना चाहिए। परिणाम वांछित संगीत के साथ एक हेक्स फ़ाइल के रूप में फर्मवेयर होगा।

दुर्भाग्य से, मेरे पास संगीतकार या अरेंजर्स की प्रतिभा नहीं है, इसलिए मैं केवल डब्ल्यू। मोजार्ट की प्रसिद्ध चीज़ का एक टुकड़ा पाने में कामयाब रहा। खिलाड़ी की क्षमताओं का एक हिस्सा अप्रयुक्त भी रहा। खिलाड़ी पर शोर प्रभाव और बहुत कुछ जोड़ना आसान होगा, लेकिन फिर, एक व्यक्ति को कहां मिलेगा जो उन पर सुंदर ध्वनि बना सकता है?

अगर पाठकों के बीच वे लोग हैं जो माइक्रोकंट्रोलर पर कास्केट और इसी तरह के संगीत शिल्प के लिए सुंदर चिप संगीत तैयार करने में सक्षम हैं, तो मुझे सहयोग करने में खुशी होगी।

स्रोत कोड

फर्मवेयर का पूर्ण स्रोत कोड, संगीत कनवर्टर कार्यक्रम, साथ ही यह उस संगीत के साथ फ़ाइल है जिसे मैंने इस बॉक्स में उपयोग किया था, जिसे गिथूब से डाउनलोड किया जा सकता है।

PIC16F753 पर संगीत बॉक्स