Каталог статей

Главная » Все схемы » Схемы устройств на микроконтроллерах » Устройства на микроконтроллерах

Выбранная схема!!!


2363
Музыкальный звонок

Очень часто, покупая вещи, мы возлагаем на них определенные надежды, но иногда совершенно неожиданно они становятся поводом для скандала. Именно это произошло с автором, когда ему пришлось каждую неделю приобретать новый дверной звонок китайского производства. На четвертом звонке, наконец, стало ясно, что китайцы народ хороший, но вот их товары... Наша же промышленность, к сожалению, забыла о таких мелких проблемах потребителей. Схем музыкальных звонков очень много, но простых и многофункциональных автор не нашел, поэтому ему пришлось самому разработать простой и надежный звонок для создания уюта в доме. Начинающие микросхемотехники могут легко повторить эту схему и дополнить программу на свой вкус.

Для музыкального звонка был выбран простейший микроконтроллер ATtinyl5 от компании Atmel. Малое количество выводов, небольшой корпус, многофункциональность — все эти характеристики очень привлекательны для микроконтроллерного моделирования. Основная идея заключалась в дублировании китайского звонка с добавлением схемы генерирования музыки, а так же в реализации ее полностью автономной, независимой работы. Кроме того, был организован контроль питающей сети. Как только питание сети исчезает, схема начинает потреблять ток от электролитического конденсатора, а при падении напряжения ниже нормы контроллер прерывает программу и переходит в "спящий" режим.

Схема (рис. 5.1) может работать как отдельное устройство или быть подключенной в точках А и В к схеме домашнего звонка. Питание осуществляется от сети переменного напряжения 220 В. Однополупериод-ный выпрямитель с ограничением по току питает схему мощного стабилитрона и стабилизатора напряжения. Цепь понижения напряжения сети до уровня 9 В (Rl, СЗ) рассчитана на ток потребления 40 мА. Ток стабилизации стабилитрона составляет 20 мА — столько же потребляет стабилизатор напряжения 5 В, питающий микроконтроллер в течение работы устройства.

В момент включения основной ток потребляет конденсатор С2, но этот ток ограничен реактивным сопротивлением С2 и сопротивлением

R1. Конденсатор C2 так же выполняет функцию источника тока в момент отключения питания схемы, при этом D2 запирается, и потребителями остаются R5, R4, LED1, R3, Dl, R2, IC2.


Рис. 5.1. Схема музыкального звонка

При снижении напряжения на С2 до уровня менее 9 В стабилитрон D1 уменьшает потребление тока до минимума и отключается. Конденсатор С 4 сглаживает высокочастотные импульсные помехи, проходящие из сети в схему питания. Конденсаторы R5 и R4 составляют делитель напряжения на стабилитроне D1 (необходим для измерительного канала микроконтроллера). Измерительный канал не содержит схему выборки и хранения, а так же интегратора и фильтра верхних частот, поскольку эти функции выполняют фильтрующие элементы питания С2, С4. Функцию интегратора выполняет ограничительный стабилитрон D1.

Микроконтроллер включается, как только подается напряжение питания. При этом светится светодиод LED1. При падении напряжения на стабилитроне D1 до уровня менее 9 В микроконтроллер переходит в "спящий" режим. Как только на микроконтроллер поступает напряжение питания, он формирует низкочастотные сигналы музыкальных мелодий на пъезоизлучателе (можно выбрать любой пьезоизлучатель [7]). Для лучшего воспроизведения мелодии можно использовать динамик, но при этом для него необходимо обеспечить усилитель по току (на микросхеме или на транзисторе) и увеличить емкость С2.

Программа

Программа разработана для микроконтроллера с тактовой частотой 4 МГц. Ее выполнение при включении питания начинается с вектора прерывания, по которому она переходит в заданную вектором подпрограмму. При сбросе вектор прерывания переводит программу к метке RESET. Далее программа выполняет проверку питающего напряжения. Эту функцию выполняет АЦП при помощи одиночного преобразования. Программа проверяет напряжение питания схемы, и в случае падения его ниже уровня 0,89 В микроконтроллер переходит в "спящий" режим.

После успешного прохождения проверки питания значения всех переменных сбрасываются в ноль, а так же настраивается порт ввода-вывода и два таймера: ТО и Т1. Таймер ТО предназначен для установки времени звучания мелодии, а таймер Т1 — для установки частоты выбранной ноты. Таймер Т1 настроен на синхронизацию от тактового генератора микроконтроллера с коэффициентом деления 1/64. Частота ноты задается путем ввода длительности полупериода. При прохождении цикла, состоящего из деления тактовой частоты внутреннего генератора и инвертирования выходного сигнала дважды, формируется период с заданной частотой.

В основе программы заложено использование таймера Т1 совместно с альтернативной функцией OClA-вывода порта РВ1, т.е. как только таймер выполнил заданный программой счет импульсов, на вывод РВ1 выдается единица. В следующий цикл Т1 обнуляется и повторяет счет импульсов до заданного значения, по достижению которого сигнал на выводе РВ1 инвертируется. С каждым последующим счетом значение на РВ1 инвертируется. Разобраться в расчете установленных коэффициентов для нот первой, второй и третьей октавы (диез и бемоль автор не рассматривал из-за ограниченного ресурса микроконтроллера) поможет табл. 5.1. Выходные данные: тактовая частота — 4000000 Гц, коэффициент деления — 2.

Таблица 5.1. Расчет коэффициентов для нот первой, второй и третьей октавы

Тай-

Частота

Уста-

Нота (ок-

Цифра

HEX/

Програм-

Реальная

мер

ноты

новка

тава)

 

OCR1A

ма, МКС

частота

64

261,63

119

До (1)

32119

77

1928

259,3361

64

293,66

106

Ре(1)

32106

  

64

329,63

95

Ми (1)

32095

5F

  

64

349,23

89

Фа (1)

32089

59

  

64

370

84

Соль (1)

32084

54

  

Тай-

Частота

Уста-

Нота (ок-

Цифра

HEX/

Програм-

Реальная

мер

ноты

новка

тава)

 

OCR1A

ма, МКС

частота

64

440

71

Ля (1)

32071

47

1157

432,1521

64

493,88

63

Си (1)

32063

3F

  

64

523,26

60

До (2)

32060

ЗС

  

64

587,32

53

Ре (2)

32053

35

  

64

659,26

47

Ми (2)

32047

2F

773

646,8305

64

698,46

45

Фа (2)

32045

2D

  

64

740

42

Соль (2)

32042

  

64

880

36

Ля (2)

32036

24

  

64

987,76

32

Си (2)

32032

20

  

64

1046,52

30

До (3)

32030

  

64

1174,64

27

Ре (3)

32027

  

64

1318,52

24

Ми (3)

32024

18

  

64

1396,92

22

Фа (3)

32022

16

  

64

1480

21

Соль (3)

32021

15

  

64

- 1760

18

Ля (3)

32018

12

  

64

1975,52

16

Си (3)

32016

10

276,75

1806,685

Установка таймера ТО определяет длительность ноты. ТО настроен на синхронизацию от тактового генератора микроконтроллера с коэффициентом деления 1/1024. К сожалению, разрядность этого таймера — только 8 разрядов. Даже с максимальным коэффициентом деления тактовой частоты выйти на необходимую длительность ноты (около 0,1-0,5 с) очень сложно. По этой причине дополнительно задается цикл работы ТО до 64 раз. Эта функция повторяется многократно, пока ТО не остановит звучание ноты и не перейдет к следующей ноте.

Установка необходимых коэффициентов выполняется с помощью поочередного опроса памяти программ. В конце программы задается частота ноты и длительность звучания. Во избежание операций с 16-разрядными данными организована отдельная обработка 8-разрядных данных (операции с двухбайтным словом предназначены для дальнейшей модернизации программы). После воспроизведения последней ноты микроконтроллер переходит в "спящий" режим.

Мелодия звонка ограничена гаммой нот от "до" до "си". Можно запрограммировать любую гамму — для этого в конце программы есть много свободного места. Можно изменить порядок чтения нот и получить интересную мелодию.

Код программы на ассемблере представлен в листинге 5.1, а шест-надцатеричный код — в листинге 5.2.

Обратите внимание на то, что таблицу длительности нот и частоту ноты можно прочитать только с помощью команды LPM микроконтроллера. Эта команда в версии ATtinyl5 по сути — единственная, выполняющая функции косвенного чтения данных из памяти в регистр R0. Кроме того, существует ограничение стека по нижнему уровню. Стек поддерживает не более трех вложений. Автор проверил в симуляторе AVR Studio 4 вложение стека на уровне 3, и обнаружил сбой программы, поскольку команды условного перехода тоже используют стек. Программа теряет функциональность и последовательность. Учитывая эти замечания, исходная "прошивка" имеет небольшой объем (для микроконтроллера Tiny 15), но проверена и вполне работоспособна.

Совет

При модернизации программы автор не советует вставлять подпрограммы в подпрограммы.

По окончанию проигрывания мелодии микроконтроллер переходит в "спящий" режим независимо от питания схемы.

Плата

Плата изготавливается из двухстороннего текстолита, или на макетной плате. Монтажная схема представлена на рис. 5.2, а схема разводки — на рис. 5.3.

К разъему SL1 подключается сетевое напряжение 220 В. Кнопку S1 можно установить на плате или вынести на лестничную клетку. Можно использовать готовую кнопку, при этом вместо кнопки на плате устанавливаем перемычку, а питание звонка используем по предыдущей схеме (разрыв питания по сетевому проводу). Возможен вариант подключения к домашнему звонку параллельно соленоиду (при этом вместо кнопки на плате устанавливаем перемычку).

Плату монтируем и закрепляем в корпусе звонка. Конденсатор СЗ встречается в продаже нечасто, поэтому его можно заменить набором конденсаторов, спаянных параллельно (т.е. вместе). Стабилитрон D1 Д815Г — в металлическом корпусе для лучшего охлаждения, поскольку в момент всплесков сети он потребляет и рассеивает в тепло ток значительной силы. Диод D2 — любой на обратное напряжение 300 В и ток не менее 0,2 А. Пьезоизлучатель — любого типа на напряжение 3-5 В. Светодиод LED1 — любой на ток ЮмА или меньше. Резисторы R1 и R2 — мощностью 1 Вт МЛТ-1. Конденсаторы С5 и R6 для большинства микроконтроллеров можно не устанавливать (на монтажной плате эти элементы не введены), однако в случае невозможности запустить программу их необходимо припаять навесным монтажом.

Настройка схемы

Для проверки схемы питание +9 В ("плюс" — к катоду D1, "минус" — на "землю") можно подать от независимого источника к стабилитрону D1. Мелодия начинает воспроизводиться сразу же при подключении питания.

Проверить схему при питании от сети можно без микроконтроллера. Для этого необходимо подключить нагрузку к выходу IC2. В качестве нагрузки можно использовать резистор номиналом 300 Ом и мощностью 1 Вт. При отключении схемы раньше, чем набирается напряжение питания, можно увеличить номинал резистора R5 в два раза или установить дополнительно конденсатор 1000 пФ (10 В) параллельно R5 (подбирается экспериментально).

Если мелодия имеет низкочастотную тональность, то используемый микроконтроллер настроен на внутреннюю тактовую частоту 1 МГц. Можно увеличить тональность, добавив к выводам 2 и 3 микроконтроллера (РВ2, РВЗ) кварцевый резонатор 4 МГц и корректирующие конденсаторы по 100 пФ. При нестабильном запуске программы необходимо установить конденсаторы С5, R6.

В перспективе, схему можно дополнить фотодатчиком для регулировки уровня звука в ночное время, а так же сенсором открытия двери для выключения мелодии при открытии двери или при включении света в прихожей (S2). Оставшиеся выводы микроконтроллера можно задействовать для реализации многоголосного музыкального сопровождения, подключив еще два пьезоизлучателя. В программе эти функции не реализованы.

Файлы к статье Музыкальный звонок


Категория: Устройства на микроконтроллерах | Добавил: Администратор (23.10.2011)
Просмотров: 10578 | Рейтинг: 0.0/0


Всего комментариев: 0

Все ссылки на книги и журналы, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления, авторские права на эти публикации принадлежат авторам книг и издательствам журналов! Подробно тут!
Жалоба

Пожалуйста оставьте свои комментарии !!!!

Имя *:
Email:
Код *:


ElectroTOP - Рейтинг сайтов
Copyright Zloy Soft (Company) © 2008 - 2016