日曜大工の軽い音楽ギフト

（初心者のアマチュアエレクトロニクスエンジニアであっても）製造が非常に簡単であると同時に、非常に興味深く有用なデバイスである電子オルゴールです。 また、例として、私はこのデバイスの可能性のある化身とアプリケーションの1つについて示します-私のガールフレンドに基づいて最後に行われた贈り物について。

創造の歴史

ケースに非常に間接的に関連する文字が多数あります。必要に応じて、 デバイスの説明に直接アクセスできます。



数年前、私は女の子を面白くてオリジナルで思い出に残る誕生日プレゼントにしたかったとき、それはすべてかなり前に始まりました。 そして、自分でそれを行うようにしてください。 休日までの時間はほとんどなく、2日間は何かを考え出し、実際にそれを実現する必要がありました。 その日は思いもよらなかった-心のあらゆる種類のLED「点滅灯」からさまざまな電気機械工芸品まで、何百ものさまざまなオプションが頭の中で回転した。 しかし、これはそれだけではありませんでした。単純すぎて打ち負かされた、またはその逆で、それは非常に困難でした（そして、まだ絶対に時間がありませんでした！）。 突然、シンプルでありながら素晴らしいアイデアが思い浮かびました。音楽のポストカードを作ってみませんか？ そして、単純ではなく、オリジナルのメロディーを備えた「チップ」を使用します。 さらに、「私たち自身の歌」がありました。この歌に出会って、あらゆる種類の楽しいロマンティックな思い出と経験ができました。

それで、「オルゴール」の最初のバージョン、いわば先祖が誕生しました。 PIC12F675からの非常にシンプルなホイップアップマウントインストール、ピエゾダイナミクス、フォトダイオード、1組の抵抗器、3ボルトの要素2016、Photoshopで描かれたポストカードにパッケージ化されています。 その結果、このポストカードは、開いたとき（およびフォトダイオードに光を当てたとき）に、同じメロディを長方形に登録することができました。 とても簡単です。

しかし、このアイデアは予想以上に多くの成功を収めました。 後で、友達のリクエストで、ソウルメイトのために、このようなシンプルなカードをいくつか作りました。 そして、それぞれの場合、そのような贈り物は、ドニー自身とその両親、友人、知人の両方に多くの感情を引き起こしました:)

多くの時間が経過し、すべてが回転し、プロジェクトは忘れられました。 しかし、偶然にもオルゴールを思い出しました。 今回は、3月8日のプレゼントになるはずでした。 当時、私はAtmelマイクロコントローラーを積極的に研究していました。特にATtiny45で遊んでいたので、このために音楽モジュールを改良することにしました。 また、今回は多くの時間がありました。 その後、すべてが始まりました。

インターネット上のさまざまな情報を探して、私は狭いサークルのサイトで広く知られているチャン氏に出会いました。 より具体的には、彼のデザインの1つであるミニチュアシンセサイザーで 、私のお気に入りのMKで:)しばらく前に、私はPIC18で4チャンネルシンセサイザーをほぼ完成させましたが、残念ながら、私は心の中で実績を破壊しました（何度も後悔しました）。 そして、チャンのデザインは完全に自給自足で完全でした。 それに「トリガー」だけを追加して、行くのが残りました！

コードを少し完成させ、トリガーの準備ができました。 しかし、その後、すべてが少しバラ色であることが判明しました。 主な設計上の問題は、音が小さすぎることです。 ダイレクトドライブでどのように試しても、MKピンのダイナミクスは静かに判明しました。 その結果、パワーアンプを追加するという強い意思が決定されました。 選択肢はLM4900に落ち、それがTerraelectronicsで利用可能になりました。 繰り返しになりますが、チャン氏のコードをさらに変更して、シンセサイザーが外部アンプと正常に動作するようにし、省エネフットを制御し、アイドル時にアンプがバッテリーを消費せず、PWMを再構成して1つのピンから信号を正しく出力するようにしました。 これらの変更の後、プロトタイプは完全に機能しました。 それから私は最初のバージョンのボードを描いて（後でそれが判明したように、カントは中に入り込んだ：）、オルゴールを人間的に組み立てた。 さらに、人里離れた道に沿ったものすべて-自家製のはがき、モジュールの設置、贈答品。

もちろん、このデバイスは以前のものよりもいくつかの目標が高くなりました。「本物の」とポリフォニーの非常にリアルな音が感じられました:)過去のように、現在は感覚を引き起こしました。 また、このようなモジュールを友達に集めました。

デバイス自体について

行の3番目のモジュールの現在のバージョンには、さらにいくつかの変更と1つの興味深い革新が含まれています。たとえば、LEDに接続できるライトと音楽チャンネルです。 しかし、まず最初に。

スキームから始めましょう、それは非常に簡単です：

彼女の心臓部はマイクロコントローラATtiny45 / 85です。 実際、彼は音楽の合成に携わり、アンプの光と音楽のチャンネルと省エネを制御しています。 2番目に重要な要素は、 TPA301D音響パワーアンプです。 スピーカーは 、モジュールの外側にあるアンプに接続されています。 また、ライトと音楽チャンネルを制御するBC847トランジスタと、 抵抗とコンデンサのいくつかの受動素子もあります。 これらはすべて、外部バッテリーパック （最も一般的な中国語）にある2〜3個のアルカリ電池（AAAなど）で駆動されます。 ご覧のとおり、このスキームは本当に基本的なものです。

回路の動作原理

ほとんどの場合、デバイスはスリープモードです。 MKは、電源をオンにした直後にファームウェアのコマンドでスリープ状態になり、以前はアンプを「安楽死」させ、脚の「シャットダウン」を高レベルに設定しました（弱い脚リフト「PB0」をMK内の「+」電源に接続することにより）。 MKは、 「PB2 / INT0」レグからの割り込みで起動します。 最初に、脚もMK内の「+」電源にプルアップされ、地面に閉じなければなりません。

「PB1 / OC1A」MKフットから、キャリアからフィルタリングするためのサウンドPWM信号は、最も単純な2次RCフィルター（ R2-C3 ）を通過します。カットオフ周波数、搬送周波数のはるかに低い（10倍）。 また、フィルタリングされた信号は、ブロッキングコンデンサC2を介して、すでにアンプ入力に供給されています。

MKは、追加のライトおよび音楽チャンネルを制御します。 これを行うために、npnトランジスタQ1がキーモードで使用され、そのベースは電流制限抵抗R1を介してPB4 / OC1B MKの足に接続されます。 制限抵抗（ R3 ）をコレクター回路に含めることもできます-不要ではありません。 トランジスタもPWM信号によって駆動されます。 すべてが非常に簡単に行われます-「Arduino」から「点滅」LEDの最高の伝統で:)

電源によると、デカップリングタンタル（ C1 ）、アンプの最もシンプルなボディキットがあり、デカップリング（ C4 ）とゲイン（ボリューム）の調整の両方の役割を果たし、一般に、データシートのアンプにスパイされています。 必要に応じて、入力抵抗R4とフィードバック抵抗R5の抵抗比の最も一般的なOUメソッドを使用してKUを非常に正確に計算できます。特定のスピーカーまたは設計に合わせて音量を調整できるためです。

回路基板

DipTraceで描かれた簡単な不名誉：



これは、以前のすべての欠点を考慮に入れた3番目のバージョンです。

このボードは、表面実装用と片面用に設計されており、住宅製造のプロセスを大幅に簡素化します。 任意の方法を使用できます：レーザーアイロン、写真による方法、またはマーカーでトラックを描くこともできます（もちろんアマチュアの場合）。

すべての要素は0805（「ゼロ」ジャンパを含む）、タンタルはAまたはB、トランジスタはSOT23にあり、MKはSO-8にアンプが付いています。 すべての「周辺」コンポーネント-バッテリーパック、スピーカー、LED、およびボタン（フォト抵抗、リードスイッチ）は、ボード上の対応する「円」にはんだ付けされています。 以上です。

ソフトウェア部

チャン氏の統合の核心は実質的に変わっていません。 MKを使用したスピーカーの「ダイレクトドライブ」の拒否により、PWM出力方式のみが少し変更されています。 彼は「トリガー」、MKとアンプの電源管理を追加し、ライトと音楽チャンネルを制御するコードも書きました。これはこのように動作します。スコアからの特別なイベントで、適切な場所でLEDを「点灯」し、徐々に消します。 まあ、そして便宜上、スタジオにコードを「移植」（もちろん強く言われた）しています。

コードはAVRアセンブラーで記述され、いくつかのファイルで構成されます。 「mbox.asm」 -実際にはプログラム自体。 「Notes_pitch.inc」 -スコアで使用される音名のニーモニック名と、サンプル内のポインター位置の増分係数（つまり、結果としてのピッチ）との対応を示します。 「Wavetable.inc」 -サンプルデータ（「テーブル」）および減衰曲線「減衰」。 おそらく名前から推測されるように、 「score.inc」には、実行された作業のスコア「notes」が含まれています。

当初、「wavetable.inc」では、箱の音はチャン自身によって「打ち込まれた」。 ただし、必要に応じて、必要に応じて、補助スクリプト「wav2asm.pl」を使用するか、単に手動で他の任意のスクリプトに変更できます。

状況はスコアによってさらに複雑になりました。 当初は手書きで書かれていたはずでしたが、特にスコアが完全に複雑な場合、間違いなくマゾヒストの人々に多くの喜びをもたらすでしょう。

スコアを使用する人、そしておそらく少なくとも音楽と楽譜にある程度精通している人にとっては、利用可能な音楽エディタでスコアを描画し、何らかの方法で使用する方が簡単です。 これを行うために、フォーマット0のmidiファイルを「入力に」受け入れ、完成したファイル「score.inc」を「出力」に渡す特別なコンバータープログラムを作成しました。 最初のチャンネルで見つかったすべてのノートのLEDイグニッションのイベントを個別に配置できます。つまり、メロディーが伴奏から最初に論理的に分離され、MIDIファイルの最初のチャンネルに入れられた場合、メロディーでLEDをビートに照らすスコアを取得します私たちは望み、一目置かれます。 実際、これはおそらく、追加のチャネルを操作するための最も美しいオプションの1つです。

プログラムは、得られたスコアを1オクターブまたは2オクターブ上/下に転置することもできます。これにより、特定の場合、スコアの記述作業が大幅に促進されます。

プログラムのインターフェイスは、シンプルで明快で気取らないように見え、Delphiのソースはキットに含まれています。







ちなみに、私はその時に促されたので（何らかの理由で私はまったく考えていませんでした）、希望の曲で既製のミディを入手できる多くのリソースがインターネット上にあります。 コンバータで使用するために少し変更するだけです。 また、変更する必要がないものもあります。

他に何が必要でしょうか？

必要なすべてのコンポーネントを購入/削除したり、何らかの方法で回路基板を作成したり、オプションとしてすべてを壁に取り付けてはんだ付けしたと仮定します。 さらに何が必要ですか？ プログラマが必要です。 AVRをすでに持っている、または扱っている場合は、おそらく既にAVRを持っています。 したがって、たとえば、数百の化身またはその他の 「USBasp」 が適しています。 超自然的なものは何もありません。 すべてのアーカイブには、すぐにコントローラーにアップロードして、何かを編集および再構築する意図がない場合に使用できるコンパイル済みのバイナリが既にあります。

申込み

そして今、約束されたように、私はモジュールの数百の可能なアプリケーションの1つであるミュージカルローズカワサキを教えて見せます。

折り紙の傑作の1つであるローザ・カワサキは、一般的には別の大きなトピックであり、インターネットで十分に理解することができます。

構造的には、小さなもの自体は2つの部分で構成されています。

最初のバラは、色のついた紙から折られ、葉の付いたねじれた茎に接着されます（色の紙からも折られます）。 太い銅線がステムの内部を通って（強度のため）、小さなネオジム磁石が最下部に隠されています。

2番目の部分である花瓶は 、厚い白い段ボールから切り取られ、接着されています。 その中には、モジュール自体、スピーカー（脱脂綿で満たされた共振ボリュームに接着）、超高輝度白色広角LED、細かいエメリー布でつや消し、電池に簡単にアクセスできるように花瓶の底に固定された電池パックが取り付けられています。 そして、もちろん、リードスイッチは「トリガー」であり、ステム内の磁石と連携して動作します。 バラが花瓶から取り除かれたときにモジュールがアクティブになるようにインストールされます。

概略的には、次のようになります。







そして、プロトタイプの写真をいくつか紹介します。











そして、ビデオは動作します。 コンポジション「Tenderness」は、私がボックスに転送したビデオで再生され、ソースコード（Sibeliusで入力）とミディ、および既製のスコアの両方としてアーカイブに含まれています。







いつものように、ビデオの通常のサウンドに関する私の永遠の問題は、それ自体が感じられます。 千謝る。 デザインがどのように聞こえるかを通常の品質で聞くことに興味がある場合は、ここから共感をダウンロードできます。

これは、設計の可能なアプリケーションの1つにすぎません。 モジュールの使い方は想像力次第です;）

この難しい創造的な問題で成功することを願うばかりです。

あなたの愛する人に喜びを与えてください！



ファームウェアのソースとバイナリ、プログラム、回路とボードの図面、スコア、その他の資料を含むアーカイブをここからダウンロードできます。