Tesina del progetto della classe IV A

Istituto Tecnico Industriale “C. Rosatelli” – A.S. 2009/2010
ITIS ind. Elettronica eTelecomunicazioni
Classe IV A
Area di progetto
PIANOLA ELETTRONICA
Studenti: Vari Manuel e Antonelli Davide
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Istituto Tecnico Industriale “C. Rosatelli” – A.S. 2009/2010
INTRODUZIONE:
Il circuito da noi realizzato vuole avere le stesse funzionalità di una pianola elettronica a
due ottave, con 24 note di cui 14 sono note normali (DO, RE, MI, FA, SOL, LA, SI,
DO, RE, MI, FA, SOL, LA, SI), le altre sono in diesis (DO#, RE#, FA#, SOL#, LA#,
DO#, RE#, FA#, SOL#, LA#).
SPECIFICHE:
La pianola realizzata è composta da:
1 - 24 tasti;
2 – Una batteria da 9V
3 Una Cassa acustica da 8Ω/1W
4 Possibilità di regolare le frequenze dei suoni agendo con un cacciavite dui
trimmer corrispondenti a ogni tasto.
LISTA COMPONENTI:
N° componenti:
Componenti:
 10
Trimmer da 47 K
 8
Trimmer da 20 K
 5
Trimmer da 10 K
 1
Timer NE555
 1
Condensatore da 100 nF
 1
Condensatore da 10 nF
 1
Resistenza da 1 K
 1
Transistor BDX53
 1
Cassa acustica da 8Ω/1W
 24
Tasti normalmente aperti
DETTAGLIO DELLO SCHEMA ELETTRICO:
La tastiera realizzata ha 24 tasti corrispondenti alle note musicali dell’ottava
mediana e dell’ottava superiore del pianoforte.
Alla pressione di ogni tasto viene generata un’onda quadra avente frequenza
corrispondente alla nota musicale selezionata. Il segnale così generato viene
inviato a un semplice amplificatore a BJT che provvede a pilotare
l’altoparlante.
Il collaudo del circuito è stato eseguito utilizzando un frequenzimetro: alla
pressione di ogni tasto è stata verificata la corrispondente frequenza.
Il cuore dell’intero progetto è il Timer 555, cioè un integrato ad 8 pin capace
di generare segnali a onda quadra o rettangolare.
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Il pinout dell’integrato è indicato di seguito:
PIN 1 (GND): piedino da collegare a massa;
PIN 2 (TRIGGER): se la tensione in tale pin è minore di Vcc/3 e allo stesso
tempo quella sul Pin 6 è inferiore a 2/3Vcc si apre l’interruttore interno al
555 e in uscita è presente un livello alto; se la tensione in tale pin è maggiore
di Vcc/3 e allo stesso tempo quella sul Pin 6 è maggiore a 2/3Vcc si chiude
l’interruttore interno al 555 e in uscita è presente un livello basso;
PIN 3 (OUTPUT): è il piedino da cui si preleva l’onda quadra, rettangolare o
gli impulsi.
Su tale piedino è presente il livello alto quando l’interruttore interno
(collegato al Pin7) è aperto, altrimenti è presente il livello basso.
La tensione di uscita tipica a livello alto: 12.5V (se Vcc=15V e
Iuscita=200mA); 3.3V (se Vcc=5V e Iuscita=100mA)
La tensione di uscita tipica a livello basso: 2.5V (se Vcc=15V e
Iuscita=200mA); 3.3V (se Vcc=0.25V e Iuscita=100mA)
PIN 4 (RESET): è un piedino attivo basso che pone in condizione di reset
l’integrato; quando non viene utilizzato è posto a Vcc.
PIN 5 (CONTROL VOLTAGE): E’ utilizzato per modificare le tensioni di
riferimento Vcc/3 e 2/3Vcc; quando non è utilizzato deve essere posto a
massa tramite un condensatore da 10 nF per evitare possibili oscillazioni.
PIN 6 (THRESHOLD): se la tensione in tale pin è minore di 2/3Vcc e allo
stesso tempo quella sul Pin 2 è inferiore a Vcc/3 si apre l’interruttore interno
al 555 e in uscita è presente un livello alto; se la tensione in tale pin è
maggiore di 2/3Vcc e allo stesso tempo quella sul Pin 2 è maggiore a Vcc/3
si chiude l’interruttore interno al 555 e in uscita è presente un livello basso;
PIN 7 (DISCHARGE): piedino collegato a massa tramite un interruttore la
cui apertura e chiusura è comandata dai pin TRIGGER (Pin 2) e
THRESHOLD (Pin 6).
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PIN 8 (Vcc): piedini da collegare all’alimentazione tra 4.5V e 16V: ciò
permette di poterlo utilizzare sia con integrati TTL che CMOS.
Generatore di onda quadra. Affinchè
il timer 555 funzioni da generatore di
onde quadre è necessario collegare
insieme gli ingressi di Trigger e
Threshold come nella figura seguente.
Il funzionamento generale del timer
555 è racchiuso nella seguente tabella:
TRIGGER (Pin 2) THRESHOLD (Pin 6)
< Vcc/3
>Vcc/3
< 2/3Vcc
>2/3Vcc
Stato
Vout
Interruttore
Aperto
H
Chiuso
L
Nel collegamento sopra illustrato il pin2 e il pin6 del timer 555 stanno allo
stesso potenziale ciò vuol dire che il funzionamento del timer 555 è il
seguente:
THRESHOLD(Pin6)
Stato Interruttore
Vout
=TRIGGER(Pin2)
< Vcc/3
Aperto
H
>2/3Vcc
Chiuso
L
Il comportamento della tensione sul condensatore e all’uscita dell’integrato è
riporatto nel grafico di seguito.
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Guardando il grafico e il circuito realizzato si deduce che la durata del livello
alto dipende dal tempo di carica del condensatore, mentre quella del livello
basso dal tempo di scarica; il primo tempo dipende da R1, R2 e C1, mentre
quello di scarica da R2 e C1. Precisamente
Durata della carica T1=0.7·(R1+R2)·C1
Durata della scarica T2=0.7·R2·C1
Periodo dell’onda
T=T1+T2=0.7·(R1+R2)·C1+0.7·R2·C1=0.7·(R1+
2R2)·C1
Affinchè con la configurazione descritta sia possibile generare un’onda
quadra è necessario che i tempi T1 e T2 siano uguali, ciò significa che R1
dovrebbe essere nulla oppure deve essere trascurabile rispetto a R2. Visto che
R1 non può essere nulla perché è presente nel circuito basterà scegliere
R1<<R2. Un modo è quello di fissare la R1=1KΩ e scegliere
successivamente una R2 almeno 10 volte più grande della R1. Fissata quindi
la frequenza di oscillazione che deve generare il circuito si può così ricavare
anche il valore del condensatore.
I valori delle resistenze R2 da porre nel circuito devono essere tali da
soddisfare la seguente tabella di frequenze dei suoni:
NOTE
(ottava inferiore)
DO
DO#
RE
RE#
MI
FA
FA#
SOL
SOL#
LA
LA#
SI
Frequenze
262Hz
277Hz
293Hz
311Hz
330Hz
349Hz
370Hz
391Hz
415Hz
440Hz
466Hz
494Hz
NOTE
(ottava superiore)
DO
DO#
RE
RE#
MI
FA
FA#
SOL
SOL#
LA
LA#
SI
Frequenze
524Hz
554Hz
586Hz
622Hz
660Hz
698Hz
740Hz
782Hz
830Hz
880Hz
932Hz
988Hz
Trimmer: i Trimmer inseriti nel circuito servono a variare la durata del
periodo e quindi della frequenza dell’onda quadra prodotta. Essi sono
costituiti da un elemento resistivo provvisto di due terminali, sul quale è in
grado di strisciare un contatto mobile, il cursore, collegato a un terzo
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terminale intermedio fra i primi due. Il cursore pertanto suddivide la
resistenza posta fra i terminali estremi in due resistenze, il cui valore dipende
dalla posizione del cursore stesso.
I Trimmer sono adatti ad essere montati sul circuito stampato, vengono
manovrati solo in sede di taratura e quindi poche volte nella vita
dell'apparecchiatura. In questo caso la rotazione del cursore viene effettuata
mediante un cacciavite.
Nei trimmer l'elemento resistivo su cui scorre il cursore può essere costituito
da uno strato di carbone, nel caso più comune, oppure di metallo o di plastica
conduttrice.
Transistor: in elettronica, dispositivo a semiconduttore utilizzato nei circuiti
come amplificatore, o interruttore. Si tratta di un componente a stato solido
costituito da un sottile frammento di cristallo semiconduttore, di solito
germanio o silicio, suddiviso in tre zone distinte (terminali), con
caratteristiche fisiche diverse (base, collettore ed emettitore). Esso è stato
introdotto nello schema esclusivamente per pilotare la cassa acustica da
8Ω/1W.
Cassa acustica: l’altoparlante è un trasduttore elettromagnetico in grado di
convertire segnali elettrici in suoni. Fondamentalmente ne esistono due tipi:
quelli a radiazione diretta, in cui il diaframma vibrante si trova nello stesso
ambiente nel quale avviene l’irradiazione delle onde sonore, e quelli a tromba
in cui fra il diaframma e l’ambiente è interposto un dispositivo acustico, la
tromba, che funge da adattatore di impedenza acustica elevando l’efficienza
del dispositivo. In genere gli altoparlanti vengono inseriti in casse acustiche
per non provocare un calo d’intensità del suono, specie alle basse frequenze,
visto che negli altoparlanti l’emissione delle onde sonore è provocata sia
dalla faccia anteriore del suono che da quella posteriore. Queste casse hanno
la funzione di assorbire, mediante materiali fonoassorbenti, l’onda posteriore,
come nel caso delle cosiddette casse chiuse, oppure di ritardarla e riproporla
in fase con l’onda diretta.
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R9
47k
2
DO
VCC
R8
1k
OTTAVA SUPERIORE
R23
20K
DO# 2
RE
R21
20K
2
3
OTTAVA INFERIORE
LA#
DO
RE#
FA#
SPEAKER
LS1
FA
R26
20K
2
VCC
MI
R25
20K
2
R28
10K
2
SOL#
SOL
LA
R30
10K
2
R31
10K
2
R18
47K
SOL# 2
2
R29
10K
2
R16
47K
2
SI
VCC
4
Q1
PIANOLA MUSICALE
LA#
R32
10K
2
SI
Monday , October 19, 2009
Document Number
GALLO GABRIELLA
1
R27
20K
2
FA#
LA
8
R33
BD439
Title
Size
A
Date:
1
R24
20K
2
R14
47k
2
SOL
U1
VCC
RESET
DISCHARGE
2
TRIGGER
THRESHOLD
1k
1
R22
20K
2
R13
47k
2
FA
7
6
3
3
R19
47K
2
RE#
MI
3
5
1
CONTROL
GND
OUTPUT
555alt
1
R17
47K
2
R11
47k
DO# 2
RE
C2
100n
C3
10N
3
3
1
R15
47k
2
3
1
1
3
1
1
3
1
1
R12
47k
2
3
1
3
1
1
R10
47k
2
R20
20K
3
1
1
3
3
3
1
3
3
3
1
3
1
3
1
3
1
3
3
1
3
1
3
1
Sheet
1
of
1
Rev
1
7