แดมินดิจิตอล: เครื่องดนตรีไร้สัมผัส: 4 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ในการทดลองนี้กับ Digital Electronics ฉันจะแสดงวิธีสร้างเพลง (ใกล้เคียง:P) โดยไม่ต้องแตะเครื่องดนตรี โดยใช้ Oscillators & Op-amp โดยทั่วไปเครื่องมือนี้เรียกว่าแดมิน ซึ่งแต่เดิมสร้างขึ้นโดยใช้อุปกรณ์แอนะล็อกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Léon Theremin แต่เราจะออกแบบสิ่งนี้โดยใช้ไอซีซึ่งสร้างสัญญาณดิจิตอล และต่อมา เราจะแปลงเป็นแอนะล็อกสำหรับดนตรี ฉันจะพยายามอธิบายทุกขั้นตอนของวงจรด้วย ฉันหวังว่าคุณจะชอบการนำสิ่งที่คุณได้เรียนมาในวิทยาลัยไปใช้ในทางปฏิบัตินี้

ฉันยังออกแบบวงจรนี้บน www.tinkercad.com และทำการจำลองส่วนประกอบต่างๆ คุณสามารถดูการทดลองและจัดการได้ตามใจชอบ เพราะไม่มีอะไรจะเสียที่นั่น มีแต่การเรียนรู้และความสนุก!

ขั้นตอนที่ 1: ส่วนประกอบ

นี่คือรายการส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมดในการสร้างวงจรนี้:

1) MCP602 OpAmp (แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล) x1

2) CD4093 IC (4 NAND เกตส์ IC) x1

3) ตัวต้านทาน: 6x 10k, 1x 5.1k, 1x6.8k & 1x 1.5k

4) โพเทนชิออมิเตอร์: 2x 10k Pot

5) ตัวเก็บประจุ: 2x 100pF, 1x 1nF & 1x 4.7µF ตัวเก็บประจุ (ไฟฟ้า)

6) เขียงหั่นขนม/บอร์ด PCB

7) เสาอากาศแบบยืดไสลด์ (ข้อกำหนดขั้นต่ำ: เส้นผ่านศูนย์กลาง 6 มม. และความยาว 40 ซม. +) หรือใช้ท่อทองแดงที่มีขนาดที่กำหนดเพื่อความไวที่ดีกว่า

8) แจ็คไฟ DC (5.5 มม. x 2.1 มม.) และแจ็คเสียง (3.5 มม.)

9) ส่วนประกอบอื่นๆ เช่น ลวดและชิ้นส่วนบัดกรี

หมายเหตุ: คุณสามารถค้นหาส่วนประกอบทั้งหมดเหล่านี้ได้อย่างง่ายดายบน Radio shack หรือ Online บน amazon/ebay โปรดทราบว่าในวงจร tinkercad ประตู op-amp & Nand นั้นแตกต่างกัน แต่ก็จะใช้งานได้เช่นกัน ยัง หากคุณพบปัญหาใด ๆ ในการรับส่วนประกอบใด ๆ แจ้งให้เราทราบ

ขั้นตอนที่ 2: มาทำความเข้าใจการทำงานของวงจรกันเถอะ

ด้านบนคุณจะพบภาพเค้าโครงวงจรสำหรับอ้างอิง

การทำงาน: โดยพื้นฐานแล้ว theremin ทำงานบนหลักการที่เราสร้างสัญญาณออสซิลเลเตอร์ (คลื่นไซน์ในอนาล็อก) สองตัวจากออสซิลเลเตอร์ที่แตกต่างกันสองตัว - 1) หนึ่งคือออสซิลเลเตอร์คงที่ 2) อันที่สองคือออสซิลเลเตอร์ตัวแปร และโดยพื้นฐานแล้วเราจะนำความแตกต่างของสัญญาณความถี่ทั้งสองนั้นมารับสัญญาณเอาท์พุตในช่วงความถี่ที่ได้ยิน (2Hz-20kHz)

* เรากำลังทำอะไรอยู่?

ดังที่คุณเห็น ด้านล่างวงจร NAND gate (U2B) เป็น Fixed oscillator และ NAND gate circuit (U1B) ด้านบนเป็นวงจรออสซิลเลเตอร์แบบแปรผัน ซึ่งความถี่โดยรวมจะแตกต่างกันเล็กน้อยตามการเคลื่อนไหวของมือรอบ ๆ เสาอากาศที่เชื่อมต่ออยู่ ! (ยังไง ?)

* การเคลื่อนไหวของมือรอบเสาอากาศเปลี่ยนความถี่ของออสซิลเลเตอร์อย่างไร?

คำอธิบาย: ที่จริงแล้ว เสาอากาศเชื่อมต่อแบบขนานกับตัวเก็บประจุ C1 ที่นี่ เสาอากาศทำหน้าที่เป็นหนึ่งในแผ่นตัวเก็บประจุและมือของเราทำหน้าที่เป็นอีกด้านหนึ่งของแผ่นตัวเก็บประจุ (ซึ่งต่อสายดินผ่านร่างกายของเรา) โดยพื้นฐานแล้วเรากำลังทำวงจร Capacitive เพิ่มเติม (ขนาน) ให้เสร็จและด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มความจุโดยรวมให้กับวงจร (เนื่องจากมีการเพิ่มตัวเก็บประจุแบบขนาน)

* ความผันผวนเกิดขึ้นได้อย่างไรโดยใช้ NAND Gate?

คำอธิบาย: ในขั้นต้น หนึ่งในอินพุตของเกต NAND (เช่น U2B) อยู่ที่ระดับสูง (1) และอินพุตอื่นต่อสายดินผ่าน C2 (เช่น 0) และสำหรับชุดค่าผสม (1 & 0) ใน NAND GATE เราจะได้ผลลัพธ์สูง (1)

ตอนนี้เมื่อเอาต์พุตได้รับ HIGH จากนั้นผ่านเครือข่ายข้อเสนอแนะจากเอาต์พุต (ผ่าน R3 & R10) เราจะได้รับค่า HIGH ไปยังพอร์ตอินพุตที่ต่อลงกราวด์ก่อนหน้านี้ ดังนั้นนี่คือสิ่งที่จริง หลังจากสัญญาณป้อนกลับ Capacitor C2 จะถูกชาร์จผ่าน R3 และหลังจากนั้นเราได้รับทั้งอินพุตของ NAND Gate ที่ HIGH LEVEL (1 & 1) และเอาต์พุตสำหรับอินพุตลอจิก HIGH ทั้งคู่จะเป็น LOW (0) ดังนั้นตอนนี้ Capacitor C2 จะปล่อยกลับและอีกครั้งหนึ่งในอินพุตของ NAND Gate จะได้รับ LOW ดังนั้นวัฏจักรนี้จึงเกิดซ้ำและเราได้การสั่น เราสามารถควบคุมความถี่ออสซิลเลเตอร์ได้โดยการเปลี่ยนค่าของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ (C2) เนื่องจากเวลาในการชาร์จของตัวเก็บประจุจะแปรผันตามความจุที่ต่างกัน ดังนั้นความถี่การสั่นจะแตกต่างกันไป นี่คือวิธีที่เราได้รับออสซิลเลเตอร์

* เราจะได้รับความถี่ดนตรี (Audible) จากสัญญาณความถี่สูงได้อย่างไร?

เพื่อให้ได้ช่วงความถี่ที่ได้ยิน เราลบสัญญาณความถี่สองสัญญาณออกจากกันเพื่อรับสัญญาณความถี่ต่ำซึ่งอยู่ภายในช่วงที่ได้ยิน ที่นี่เราใช้ Op-amp ในขั้นของดิฟเฟอเรนเชียลแอมพลิฟายเออร์ โดยพื้นฐานแล้วในขั้นตอนนี้ มันจะลบสัญญาณอินพุตสองตัวเพื่อให้สัญญาณ Amplified Difference (f1 - f2) นี่คือวิธีที่เราได้รับความถี่เสียง เพื่อกรองสัญญาณที่ไม่ต้องการ เราใช้ฟิลเตอร์ LOW pass เพื่อกรองสัญญาณรบกวน

หมายเหตุ: สัญญาณเอาท์พุตที่เราได้รับที่นี่อ่อนแอมาก ดังนั้นเราจึงต้องการแอมพลิฟายเออร์เพิ่มเติมเพื่อขยายสัญญาณ คุณสามารถออกแบบวงจรแอมพลิฟายเออร์ของคุณเองหรือเพียงแค่ป้อนสัญญาณของวงจรนี้ไปยังแอมพลิฟายเออร์ใดก็ได้

หวังว่าคุณเข้าใจการทำงานของวงจรนี้ ยังมีข้อสงสัย? สอบถามได้ตลอดครับ.

ขั้นตอนที่ 3: ออกแบบวงจร

ก่อนอื่นโปรดออกแบบวงจรทั้งหมดบนเขียงหั่นขนมก่อนแล้วตรวจสอบ จากนั้นออกแบบบน PCB ด้วยการบัดกรีที่เหมาะสมเท่านั้น

หมายเหตุ 1: นี่เป็นวงจรความถี่สูง ดังนั้นจึงแนะนำให้เก็บส่วนประกอบไว้ใกล้ตัวมากที่สุด

Note2: โปรดใช้แหล่งจ่ายไฟ DC + 5V เท่านั้น (ไม่สูงกว่า) เนื่องจากข้อจำกัดแรงดันไฟฟ้า IC

Note3: เสาอากาศมีความสำคัญมากในวงจรนี้ ดังนั้นโปรดปฏิบัติตามคำแนะนำทั้งหมดอย่างเคร่งครัด

ขั้นตอนที่ 4: การทำงานของวงจรและการจำลองซอฟต์แวร์

โปรดดูการจำลองวงจรและวิดีโอ

ฉันได้เพิ่มไฟล์วงจร Multisim คุณสามารถเรียกใช้วงจรโดยตรงโดยใช้สิ่งนั้นและออกแบบของคุณเองและทำการปรับแต่ง

เฮ้ ฉันได้เพิ่มลิงก์วงจร Tinkercad (www.tinkercad.com/) แล้ว คุณสามารถออกแบบวงจรของคุณ หรือจัดการวงจรของฉันได้ และทำการจำลองวงจรด้วย สิ่งที่ดีที่สุดกับการเรียนรู้และเล่นกับมัน

ลิงค์วงจร Tinkercad:

หวังว่าคุณชอบสิ่งนี้ ฉันจะพยายามปรับปรุงเพิ่มเติมและเพิ่มเวอร์ชันอะนาล็อกและไมโครคอนโทรลเลอร์ (โดยใช้ VCO) ในไม่ช้าซึ่งจะมีการตอบสนองเชิงเส้นที่ดีขึ้นต่อการเคลื่อนไหวด้วยท่าทางของมือเกี่ยวกับเสาอากาศ ถึงตอนนั้น สนุกกับการเล่นกับแดมินนี้

อัปเดต: พวกฉันได้ออกแบบมันอีกอันโดยใช้ LDR & 555