Zde si můžete stáhnout schéma zapojení, popis

STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA STROJNÍ A ELEKTROTECHNICKÁ V LIBERCI
METRONOM
Projekt
Vedoucí práce: František Kyrš
Vypracovali:
Tomáš Bořil
Lukáš Franc
A4
A4
školní rok
2002/2003
Blokové schéma:
÷2400
2,4576MHz
IC1
IC2B
RESET
X-TAL, OSC,
COUNTER
÷64 / ÷(64*60)
12-stage counter
4-input AND
BLIK
* sw.
PLL
IC5
BIN counter
OUT
1/60Hz * switches
64Hz
IC3A
1Hz * switches
IC6
IC2A
÷16
1024Hz
3
KLAP
64Hz * switches
4
counters
comparators
BCD switches
BCD
IC4A
IC7
UNITS
BCD
IC4B
IC8
TENS
BIN
IC3B
IC9
HUNDREDS
RESET
Kr ysta lový o scilátor pracuj e n a zák ladn ím k mito č tu 2,4576 MH z. I C1 má v sob ě zabudován
č trnáctib itový č ítač , k te rý v e spoje n ím s e č tyřv s tupový m A ND obvod em ( I C2B) zaj išťuj e
d ě len í kr ysta lového k mito č tu n a 1024H z. Tento k mito če t j e d á le d ě le n b in árn ím č íta čem
I C3A na 64H z. Obvod PLL (I C5) ho násob í hodno tou n astavenou n a třícif erném BCD
př ep ína č i. N ásob en í kmito č tu zajiš ťuj e ZV d ě l íc í s myč k a, zapojená mezi p iny 4 a 3 .
Sk lád á s e ze tř í propojených č ítačů, k a ždý pro j ednu c ifru, tř í ko mp aráto rů a tř í BCD
př ep ína čů. Obdr žený kmito č et j e po té dv an áctib itový m č íta čem I C6 a obvod em A ND
(I C2A) v ydě len 64 a zároveň 64*60. Tím d ostaneme d va stab iln í k mi to č ty – j ed en s lou ž í
k stand ardn í me trono mo v é funk ci, kd y n a stav en é č ís lo n a p řep ín ač ích p řed stavuj e po če t
k lapnu tí za min u tu. Pro po tř eby lad ěn í pak j e k d ispozici druhý k mito čet, př ímo
př edstavuj ící poč e t H z. T ed y n apř ík lad pro naladěn í n a ko mo rn í A n as tav íme n a
př ep ína č ích 440H z. Vý stupn í obvod zaj iš ťuj e h lasitý vý stup se široký m fr ekv en čn ím
spek tr em tak, ab y b yl me tr ono m d ob ř e s l yš e t i v h lučn é m pro s tř ed í. To mu dobř e v yhovuj e
kr átký sled obdéln íkový ch pu lsů o fr ekven c i př ib ližně 1kH z o celkov é dob ě trv án í c ca
10 ms . D á le j e mo žno zapnou t výstup na LED a př íp adně v ypnou t zvukový výstup . To o cen í
př edev š ím mu z ik an ti v n ahr áva c ím s tud iu , k teř í se po tř ebuj í ř íd it p ře sn ý m t e mp e m, a l e
z ár o v eň n e smí b ý t n ahrá vka n ijak ru šen a.
Shrnutí:
S rado stí mů žeme o známit, že se nám p rojek t pod ař ilo ú sp ěšn ě dokon č i t a v ytvoř ili jsme
tak prof esion á ln í d ig itáln í me tronom s n ízký mi výrobn ími n ák lad y, k terý svý mi f unk cemi
př edč í mnohem dr ažší me trono my, prod ávan é v k a me nných i n ek a me nný ch ob chodech .
Mezi výhod y mů ž e me j i s tě z ařad it ro zsah a jemn ost n astavován í k mito č tů – v tzv.
min u tov ém výstupu lze n astav it k mito čet od jednoho k lapnu tí za min u tu až po 999
k lapnu tí z a min u tu . V pr ax i má s a mo zřej mě v ýzn am k lasický me trono mový ro zsah 40÷208.
N as taven í, na ro zd íl od n ěk terý ch me trono mů , j e mo žn é po jedno tk ách. V tzv.
sekundov ém, n ebo- li la d ícím vý stupu je mo žno n astavov at f rekv ence až do 999Hz
s př esno stí n a 1H z. V ě tš in a bě žných me trono mů se zabudov aný m g en er á tor e m komo rn ího
A př ito m umo ž ňuj e ladit pouze na 440H z. Po mo cí n ašeho me tr ono mu n en í prob lém n a lad it
n apř. n a 442H z, co ž j e v e lice výhodn é n apř ík lad př i hran í v n ěkterých or chestr ech.
Výhodou j e též mo žnost signalizace k mito č tu na LED. Ovšem o pr avdu v e likou př edno stí je
r egu lace hlasito s ti vý stupu , což an i bě žn ě prod ávané me trono my za př ib ližně
dvojn ásobnou cenu, n ež jsou naše poř izova c í n ák lad y, n eu mo žňuj í.
Metrono m je ř ízen kr ystalem, s ch ybou p ř ib ližně jedn a sekund a za hodinu, co ž př ed stavuj e
od ch ylku asi 0 ,28‰. A to j e opr avdu zanedb ateln é, i pro potř eb y lad ěn í.
Z ař íz ení je d á le v yb av eno exp lic itní o chr anou pro ti př epó lov án í nap ájecího n ap ě tí a d ík y
pou žité CMOS techno log ii u možňuje široký ro zsah napáj e cího n apě tí. Spotř eba se
v záv islo s ti n a h lasitosti a f r ekven c i vý stupu poh ybuj e v ro zsahu cca 10÷30 mA, co ž je
s lu šn é. A nyn í j iž př esta neme bý ti tajemn ý mi a př istoup íme k pop isu sku tečn ého schéma tu .
13i2
3i2
4i2
10i2
C7
R7
+UN
C8
2
7
6
2i2
1/60Hz * switch
R8
1
(3x)
4 RBCD
C switches
14 1 9 11
i7 (8, 9)
+UN 3U 2U 1U 0U (T, H)
C
*
2
3
D1
8
5
C9
R10
C6
1
4 GND
8 +U
N
IC10a
R9
R6
6
2x
4-input
AND
4i5 (64Hz * switch)
8
XTAL
+UN
IC11 3
8
*
1i2
9i2
C4 R4
5i2
1Hz * switch
IC6 4040
+UN
16
1i3
(1024Hz)
11i2
IC1 4060
12i2
BCD SWITCH – UNITS
(TENS, HUNDREDS)
12 BIT
counter
XTAL
oscillator
16
+UN
*
+UN
7
8
1
IC12 3
L1
2
6
7
+UN
4 GND
8
IC10b
*
1i6
15i6
*
LED
14i6
*
*
1i1
IC2 4082
11i6
14
+UN 12i1
13i1
*
12i6
*
*
4i1
7
MIN
SEC
R11
L2
*
6i1
RP
COMP.
UNITS
*
3U
4i8
*
SPKR
*
5i4
*
0U
C11
+
+
+UN
*
4i4
*
3i4
*
+
*
8
C3
8
1U
14i4
14i5
(64Hz)
10
+UN
C10
5i8
i9
7
*
14i4
+UN
*
3T
10
*
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11
B
6i9
2
7
*
13i7
*
12i7
5i9
*
3i7
0T
*
15
10
470p
220n PE
1m/25V elyt
33p
150n
15n
100n
68n
18n
22µ/25V elyt
22µ/25V elyt
-
+
*
13i4
i7
i8
UNITS
7
2
TENS
4i9
IC8 4585
2T
16
+UN
*
ON/OFF
COMP.
TENS
15
IC4 4518
4i5
16
+UN 15i3
10i3
2x BCD
counter
D2
R1
100k
R2
12k
R3
39k
R4
10M
R5
1k
R6
20k
1/4W
R7
4k7
resistors
R8
120k
R9
3k3
R10
39k
R11
470
12 RBCD 56k
RP
-log 2k2 variable
Repr2
6i8
IC7 4585
2U
16
*
6i4
(1024Hz)
*
+UN
2
HUNDREDS
15
IC3 4520
1i1
16
*
+UN 15i4
+UN
2x BIN
counter
XTAL METRONOME v2.0 by Tomáš Bořil
*
12i4
*
11i4
*
*
7i4
C5
R5
*
3H
*
*
13i3
7i4
*
13i8
IC9 4585
2H
16
+UN
*
14i3
R1
C1
R2
8
*
12i8
*
3i8
*
0H
*
12i3
*
11i3
*
8
1H
1i4 10i6
(VCO out) (64Hz * switch)
IC5 4046
(comparator IN)
COMP.
HUNDREDS
3i5
*
3i9
INHIBIT
on switch
000
16
*
6i3
IC1
4060 OSC + 14 stage BIN counter
IC2
4082 Dual 4 input AND
IC3
4520 Dual BIN UP counter
IC4
4518 Dual BCD UP counter
IC5
4046 PLL
IC6
4040 12 stage BIN counter
IC7
4585 4 bit magnitude comparator
IC8
4585 4 bit magnitude comparator
IC9
4585 4 bit magnitude comparator
IC10 LM358 Dual low power op amps
IC11 555
Time machine IC
IC12 555
Time machine IC
XTAL 2,4576 MHz
D1, D2 1N4148 75V 150mA diodes
LED
E.g. yellow
SPKR 8Ω loudspeaker (e.g. PC speaker)
B
9V battery
Clip for 9V battery
Switches: ON/OFF, LED ON/OFF, SEC/NC/MIN
3 BCD switches
8
1T
8
PLL
+UN
signal IN
(64Hz)
C2
R3
N ej dř íve mu síme v ysvě tlit způ sob zna č en í v schéma tu . Ab y b ylo př eh ledné, delší dr átové
propojk y j sme n e v ykr eslov a li, pouze nazn ač ili. Ozn a čuje j e kód v obd éln íku s ku latý mi
roh y. Č í s lo př ed znak em ‘ i’ zn a me ná č ís lo pinu, č ís lo za zn ak e m ‘i’ p ř ed stavuj e č í s lo
in tegrovan ého obvodu. K aždý dr át je pro přeh ledno st zazn amenán dv akrát – po druh é
s h vě zd ičkou. U snadňuje to or ien taci (vid íme odkud a k am d r át ved e). Př i zapojov án í si
p ak s ta č í v žd y po zapojen í dr átu b ar evně ve sch é ma tu d anou dvoj ici od lišit.
S ch é ma j e př eh ledn ě o zn ač eno, takže v e spojen í s b lokový m schéma tem j e funk ce zapoj en í
j asn á. Zd e si pro to pop íš eme pou ze n ěk ter é z aj íma v os ti.
Sou č ás tk y R5 a C5 p ředstavuj í integračn í č len, ak tivuj ící vstup INHI BI T PLL smy č k y,
pokud j e vstup CO MPA RATO R IN d louho v e stavu log. 1 . To n astane, pokud n a
př ep ína č ích nastav íme samé nu ly, a ted y ko mp ar átory ve spoj en í s č ítač i neu s tá le
produkuj í sign ál RE SET a V CO v PLL smyč ce tak produkuj e n epř íjemn ý tón o v ysoké m
k mito č tu ( mů že me s i to ta ké př eds tav it tak, že vla s tn ě v e ZV s myč c e dě líme nu lou, což je
pro P LL n es tand ardn í s tav) . Č asov á konstan ta in tegr ačního členu j e n avržen a ta k, ab y
v e lice r ych le zab lokovala vý stup PLL smyč k y v př íp ad ě kmito č tu „000 “, a tím zab lokov ala
zvukový výstup . A zárov eň j e do sta te čně d louh á, ab y neov livňovala č innost oscilátoru
př i b ě žném chodu.
I C10 j e zapoj en jako dv a nap ě ťové sledova č e pro imp ed an čn í oddě len í j edno tlivý ch č á st í
obvodu. Sledovač I C1 0 a b y l z ařa z en , p r o to ž e př i ak t iv ac i v ý s tu p u LED d o chá z e lo
k výr azné změ n ě k mito č tu zvukov ého obvodu, což nepůsob ilo p ř íliš pro fesion á ln ím
doj me m. Sledovač IC10b zaj iš ťuj e dostate čn ě h lasitý sekundový výstup, pro to že v lastn í
vý stup IC6 se jev il j ako v e lice mě kký zdroj. Do ln í p ropust R6, C6 s mezn ím k mito č te m
c c a 5 3 0 H z z aj i š ťuje potlač en í n epříj emný ch v yšších h ar mon ických p ř i g enerov án í s ign á lu
pro lad ěn í.
I C11 a I C12 funguj í j ako g ener á tory p ěkného klapnu tí. I C11 j e monosta b iln í k lopný obvod
s č asovou kon stan tou př ib ližně 10ms. Ten zapín á astab ilní k lopný obvod I C12, generuj ící
obd éln íkový průb ěh o k mito č tu cca 1kH z. R7 a C7 zaj išťuj í d er ivaci v s tupn ích ř íd ích
imp u lsů, p řicházejících z IC6 , a tím j ej ich do statečn é zkr ácen í pro spo leh livou funk ci
MKO.
R eg u l a c i h la s i to s t i z aj iš ťuj e po tencio me tr RP. Je použito log ar itmické p roved en í, avšak je
zapoj en druhý (inv er zn í) vývod proti b ě žci, proto že je RP v sér ii s r eproduk tor e m, n iko liv
j ako obv yk lé zapojen í s d ě liče m, zná mé n apř ík la d z rů zný ch z apoj ení ze s ilov ačů . V n a šem
zapoj en í p latí, že č ím je vě tší odpor, tím j e signál v íce zatlu me ný. Pro to mu sí bý t zapoj en
log aritmický po tenciome tr inv erzn ě. V se zn amu s ouč á s te k je to n az načno minu sem p řed
v las tn ím ozn ač en í m p o te n c io me t r u .
Kond enzátor y C10, C11 př edstavuj í velice v tipn é zapojen í koncov ého č lenu, které n á m
por ad il p an K yr š. Nej en že zapoj en í j iž n epo tř ebuje dodatečn ý t r an z is to r , a l e u mo žňuj e
i v e lice jednodu chou r egu laci h lasitosti, široký r ozsah mo žný ch imp edancí rep roduk toru č i
s lu ch á tek . Za pojen í z árov eň spo třebov ává en ergii pou ze v př íp adě , že je produkov án zvuk,
kond enzátory to tiž n epropou ští stejno smě rnou slo žku.
D iod a D2 slou ží j ako exp licitn í ochr an a pro ti př epó lov án í napáj en í. Integrovan é
obvod y CMOS sice v sob ě ma j í ochr anu pro ti šp atné po la r itě n apáj en í, ta a le způ sobuje
j eho zkra t, v iz obr áz ek.
N a to mto mís tě vk lád áme č ásti z katalogový ch listů n ěk terý ch pou žitých in tegrovaných
obvodů.
N yn í vk lád áme j e š tě kop ii p lo šného spoje. V šechn y vývod y j sou př eh ledně popsán y, tak že
b y ne mě l vzn iknou t prob lém. U integrovaný ch obvodů j e p o z ic e k l íč e dán a s mě r em t e x tu
pop isk y – j e v levo . Ro zhoduj íc í pro o r ien taci je ale poh led ze str an y souč áste k, n a
poh ledu ze stran y spojů j e to pře sně obr ác en ě!
Z důvodu nevhodného ro zmístěn í vývodů b inárn ích ko mp ar átorů b ylo nu tno zav ést mn oho
dr átových propoj ek, n a p lošn é m spoj i j sou označ en y p áje cími p lo škami, d voj ic í č ísel nad
sebou, př ípa dně j iný mi zn a čkami (Z, UN a vývod y k BCD p řep ín a čům, n apř 2T) . Každá
dr átová spojk a j e o zna čen a v žd y dvoj icí stejný ch zn ač ek.
Odpor y k BCD p řep ín ač ů m (R B C D ) j sou př ipoj en y j edn ím koncem na zem (široký spoj).
Druhý m k oncem j sou pak př ipoj en y k dr átov é spoj ce ke ko mp aráto rů m (o zna č ené č ís le m a
p ís me n e m, v i z s ch é ma ) a z ár o v eň k v lastn ímu vývodu př ep ína č e. Vývod y C pře p ína čů
(n apáj e c í n ap ě tí) j sou přip ájen y ke tř e m d írá m C sw itch es .
Mnohé vod iv é cesty j sou v ed en y mezi n o ž ičk a mi in tegrov aných obvodů, pro to j e nu tno
d áva t př i pájen í ob zv lá š ť v elký po zor, ab y se n epropoj ily. A le je vyzkoušeno, že zru čný
techn ik zv ládn e celý plošný spoj zap ájet s p istolovou p áj ečkou.
N a str ánku Poh led ze str an y spojů j s me u mí s t i l i č tyř i kopie př ed loh y. Je výhodn é, pokud
s e př ed loha nev ytiskne na fó lii dostatečn ě kon tr as tn ě, přile p it n a seb e n ěko lik vr stev . Je
tř eba o v š e m d b á t n a p ř esné k r ytí, k to mu slou ží cen trovací kř í ž k y.
N a z ávě r bycho m č tenáře rád i upo zorn ili na to, že tento doku me nt je k e stažen í n a
in ternetov é adrese h ttp ://www.voln y.cz/bor ilt/metr ono m2_0.pdf a z veř ejn ěná před loh a
p lošn ého spoj e j e v r eáln é v e likosti, tud íž př ipraven a rovnou k v ytisknu tí.
10
9
Z
7
9
2 15
9 9
C2
10
9
Z
IC5
C2
R1
Z
C5
C3
IC3
X
TAL
C4
R2
C1
R5
R3
R5
C1
+
R2
Z
C5
C3
X
TAL
C4
+
R4
2 15
8 8
10 7
8 8
IC1
UN
15 2
7 7
IC2
UN
IC7
Repr2
IC6
C10
+
3
T 15
8
R11
C7
SEC
IC10
IC8
2
75 4 2T
88 8 8
R6
C6
C11
1 0
T 10 T
8
L2
R7
L1
R9 R10
D
C8
C9
IC9
7
7
2
2U
7
Repr2
1 0
T 10 T
8
3
T 15
8
IC6
R6
C6
R11
C7
SEC
IC10
IC8
2
75 4 2T
88 8 8
L2
R7
L1
D
C8
C9
1 0
10
H H
9
3
H 15
9
IC9
7
9
2
2 H
9
POHLED ZE STRANY SPOJÙ
10
9
Z
7
9
2 15
9 9
10
9
Z
IC5
R1
IC3
Z
C5
C3
IC3
X
TAL
C4
R2
C1
R5
R3
R5
C1
+
R2
Z
C5
C3
X
TAL
C4
+
R4
10 7
8 8
UN
15 2
7 7
IC2
UN
Repr2
IC6
C10
+
2
75 4 2T
88 8 8
3
T 15
8
R6
C6
C11
1 0
T 10 T
8
R11
C7
SEC
IC10
IC8
L2
R7
L1
R9 R10
D
C8
C9
2
75 4 2T
88 8 8
POHLED ZE STRANY SPOJÙ
2
2U
7
IC6
1 0
T 10 T
8
3
T 15
8
R6
C6
R11
C7
SEC
IC10
IC8
L2
R7
L1
D
C8
C9
1 0
10
H H
9
3
H 15
9
IC9
MIN
12x RBCD
7
9
IC11
2
2 H
9
Repr2
R8
7
9
R8
MIN
UN
IC7
IC12
IC9
7
7
IC11
IC12
3
H 15
9
3
0
1
15
U 10 U 5 4 U
8 8 7
7
R9 R10
XTAL METRONOME v2.0
7
7
2
2U
7
IC2
C10
IC7
7 10
77
+9V
C switches
C switches
3
0
1
15
U 10 U 5 4 U
8 8 7
7
12x RBCD
15 2
7 7
XTAL METRONOME v2.0
+9V
1 0
10
H H
9
on
off
IC1
IC4
7 10
77
+
off
IC1
IC4
on
2 15
8 8
C11
2 15
8 8
+
UN
R4
+
10 7
8 8
7
9
IC5
C2
R1
R3
IC11
12x RBCD
R8
MIN
2
2 H
9
POHLED ZE STRANY SPOJÙ
C2
UN
IC7
IC11
R8
MIN
3
0
1
15
U 10 U 5 4 U
8 8 7
7
IC12
3
H 15
9
IC12
1 0
10
H H
9
IC2
R9 R10
XTAL METRONOME v2.0
+
7
7
2
2U
7
7 10
77
+9V
C switches
C switches
3
0
1
15
U 10 U 5 4 U
8 8 7
7
7
9
15 2
7 7
off
C10
+9V
12x RBCD
on
7 10
77
XTAL METRONOME v2.0
off
IC1
IC4
C11
IC4
on
2 15
8 8
+
UN
R4
+
10 7
8 8
2 15
9 9
R1
IC3
R3
7
9
IC5
2
2 H
9
POHLED ZE STRANY SPOJÙ
2 15
9 9