51

E

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

ys

su

un

nk

ku

u 1

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

ys

su

un

nk

ku

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

ys

su

un

nk

ku

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

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/99

52

R

Ry

ys

s.. 1

1.. S

Sc

ch

he

em

ma

att iid

de

eo

ow

wy

y

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.

Z

Zb

biig

gn

niie

ew

w R

Ra

aa

ab

be

e

Uwaga: Do uruchomienia układu po−

trzebna jest możliwość zaprogramowa−
nia pamięci EPROM.

Układ musi być zasilany napięciem

+5V ze względu na obecność pamięci
EPROM.

53

E

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

1%

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

Ω

1%

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

Ω

1%

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

Ω

1%

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

Ω

1%

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

Ω

1%

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

Ω

1%

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

Ω

1%

U

Uw

wa

ag

ga

a d

do

otty

yc

czzą

ąc

ca

a rre

ezzy

ys

stto

orró

ów

w o

o tto

olle

erra

an

nc

cjjii

1

1%

%:: iic

ch

h w

wa

arrtto

oś

śc

cii m

mo

og

gą

ą n

niie

ec

co

o rró

óżżn

niić

ć s

siię

ę o

od

d

p

po

od

da

an

ny

yc

ch

h w

wy

yżże

ejj.. W

Wa

ażżn

ny

y jje

es

stt p

prrzze

ed

de

e w

ws

szzy

ys

stt−

k

kiim

m w

wzza

ajje

em

mn

ny

y s

stto

os

su

un

ne

ek

k tty

yc

ch

h w

wa

arrtto

oś

śc

cii,,

k

kttó

órry

y m

mu

us

sii w

wy

yn

no

os

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

P

Płły

yttk

ka

a d

drru

uk

ko

ow

wa

an

na

a jje

es

stt d

do

os

sttę

ęp

pn

na

a

w

w s

siie

ec

cii h

ha

an

nd

dllo

ow

we

ejj A

AV

VT

T

jja

ak

ko

o k

kiitt A

AV

VT

T−2

23

38

87

7

R

Ry

ys

s.. 2

2.. T

Ty

yp

po

ow

wy

y C

CO

OV

VO

OX

X

R

Ry

ys

s.. 3

3.. S

Sc

ch

he

em

ma

att m

mo

on

ntta

ażżo

ow

wy

y