Електроніка та мікросхемотехніка

Міністерство освіти і  науки, молоді та спорту України

Херсонський національний технічний університет

Кафедра Технічної кібернетики

 

СПРОЩЕНИЙ РИТМ-БОКС

Курсовий проект

З дисципліни «Електроніка та мікросхемотехніка»

 

 

 

Розробив

Студент групи  3СУ       Сердитенко Д. В.

 

 

Керівник

Доцент         Лебеденко Ю. О.

 

 

Нормоконтроль

Доцент         Лебеденко Ю. О.

 

 

 

Херсон 2011 р.

 

Міністерство  освіти і науки, молоді та спорту України

Херсонський національний технічний університет

Кафедра Технічної кібернетики

 

СПРОЩЕНИЙ РИТМ-БОКС

Курсовий проект

З дисципліни «Електроніка та мікросхемотехніка»

 

 

 

Розробив

Студент групи  3СУ       Сердитенко Д. В.

 

 

Керівник

Доцент         Лебеденко Ю. О.

 

 

Нормоконтроль

Доцент         Лебеденко Ю. О.

 

 

 

Херсон 2011 р.

 

Форма № У-6.01

Затверджено наказом Мінвузу  України

Від 03 серпня 1984 р. №253

 

Херсонський національний технічний університет

Кафедра __Технічної кібернетики_____________________________

Дисципліна __Електроніка та мікросхемотехніка________________

Спеціальність _____________________________________________

Курс  _____3________ Група ___3СУ_______ Семестр _____5_____

 

ЗАВДАННЯ

На курсовий проект студента

Сердитенко Даніїла Володимировича

Тема проекту (роботи):  Спрощений ритм-бокс

Зміст розрахунково-пояснювальної  записки (перелік підлягаючих розробці питань) Вступ; розробка електричної структурної і функціональної схеми; розробка електричної принципової схеми; розробка друкованої плати;

 

Вихідні дані до роботи: Кожухов В. Упрощенный ритм-бокс – "Радио", 1996, №4, С. 44-46.

 

Перелік графічного матеріалу (з точною вказівкою обов’язкових креслень)

Схема електрична структурна; схема електрична функціональна; схема електрична принципова; друкована плата; складальне креслення.

 

 

Дата видачі завдання_________________16.09.2011_______________________

 

 

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

	Найменування  етапів курсового проекту (роботи)	Термін виконання  етапів проекту (роботи)	Примітка
1	Підбір літератури	18.09-25.09.11
2	аналіз існуючих рішень	25.09-30.09.11
3	розробка електричної  структурної та функціональної схем	30.09-9.10.11
4	розробка електричної  принципіальної схеми	9.10-20.10.11
5	розробка друкованої плати	20.10-31.10.11
6	розробка складального креслення	31.10-7.11.11
7	розрахункова  частина	7.11-16.11.11
8	оформлення креслень	16.11-30.11.11
9	оформлення пояснювальної  записки	30.11-16.12.11
10	здача роботи на перевірку	16.12-29.12.11

 

Студент____________________________________Сердитенко Д. В.___

                          (підпис)                                                          (П.І.Б.)

Керівник___________________________________Лебеденко Ю. О.____

                                    (підпис)

«_16_»__вересня___2011р.

 

РЕФЕРАТ

Курсовий проект: пояснювальна записка – 38 сторінок, 2 таблиці, 10 рисунків, список використаних джерел включає 9 найменувань.

 

 

 

 

У курсовому проекті  розробляється спрощений ритм-бокс. Для даного пристрою розроблені структурна, функціональна та принципіальна  електричні схеми. Наведено друковану  плату та складальне креслення та їх опис. У розрахунковій частині  пояснений вибір елементів блоку  формування керуючих імпульсів та блоку  імітаторів.

 

 

 

РИТМ-БОКС, ДРАМ-МАШИНА, ІМІТАТОР, СИНТЕЗ, МУЛЬТИВІБРАТОР, ОДНОВІБРАТОР, ОЗП, ТТЛ, СХЕМА ЕЛЕКТРИЧНА СТРУКТУРНА, СХЕМА ЕЛЕКТРИЧНА ФУНКЦІОНАЛЬНА, СХЕМА  ЕЛЕКТРИЧНА ПРИНЦИПІАЛЬНА, ДРУКОВАНА  ПЛАТА, СКЛАДАЛЬНЕ КРЕСЛЕННЯ

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ  УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И АББРЕВИАТУР

 

ТТЛ – транзисторно-транзисторная  логика

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство

мкФ – микрофарад (фарад )

Гц –Герц

В – Вольт

А – Ампер

мА – миллиампер (Ампер)

мм - миллиметр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................................................................................................8

1.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ................................................................................................................................................................10

2.ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ....................................................................................................................................11

3.РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА..............................................................................................18

4.РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА.................................................................................19

5.ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ.................................................................................................................................................21

6.РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ  СХЕМЫ УСТРОЙСТВА.................................................................................27

7.РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.................................................................................................................................................................30

8.ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ..................................................................................................................................................36

9.УКАЗАНИЯ ПО  КСПЛУАТАЦИИ И НАЛАДКЕ..........................................................................................................37

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................................................................................................38

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.................................................................................................................39

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Ритм-бокс или  драм-машина - электронный музыкальный инструмент, созданный для имитации или воспроизведения перкуссионных и ударных звуков. Работа драм-машины основывается на принципе пошагового программирования для создания и редактирования повторяющихся музыкальных ударных фрагментов, т.н. «драм-лупов» (“drum-loops”). Драм-машина является звуковым модулем с набором тембров ударных инструментов и готовыми ритмическими рисунками (т.н. паттернами) в различных музыкальных стилях, например, джаза, рока или поп-музыки. По типу имитации ударных инструментов делятся на две группы:

1. воспроизведение прошитых в память цифровых семплов, т.е. образцов звуков ударных инструментов (т.н. секвенсоры);
2. синтез звуков ударных инструментов (аналоговый, виртуальный).

На сегодняшний  день подавляющее большинство современных  драм-машин имеют секвенсор для воспроизведения встроенных и пользовательских паттернов, построенных на основе образцовых семплов, хранящихся в памяти устройства. Также, некоторые модели могут быть оснащены пэдами, чтобы можно было играть на нём, как на обычном музыкальном инструменте.

Первыми устройствами, которые сами играли ударные инструменты были музыкальные шкатулки, производились они еще в XIX в. 
Официально первой драм машиной принято считать Rhythmicon, созданный в 1930 г., авангардным американским композитором Генри Коуэллом. Принцип его работы заключался в использовании источников света и двух вращающихся дисков с отверстиями. Первый диск контролировал высоту звука, второй - создавал ритмические рисунки. Звук, произведенный нажатием одной из 17-ти клавиш, трансформировался в ритм, который звучал до тех пор, пока была нажата клавиша. Темп звука регулировался с помощью специального рычага. Инструмент обладал 16-тью базовыми ритмическими рисунками, а количество их возможных комбинаций было просто неисчислимым. 

Первой драм-машиной с цифровыми семплами была, созданная Роджером Линном, Linn LM-1. Выпущенная в 1979 г., она стоила $4,999 и была не доступна для подавляющего большинства музыкантов и студий. Всего было выпущено 500 штук. 
В 1980 г. компанией Roland, которая занималась выпуском драм машин с 1967 г. (под названием Ace Tone), была выпущена драм машина Roland TR-808, ставшая культовой. Стоимость ее составляла $1000 (против $5000 за LM-1), она легко интуитивно программировалась, имела аналоговый синтез и узнаваемый звук. Особенную популярность снискал низкочастотный длинный Bass Drum. С момента выпуска Roland TR-808 драм-машины начали быстро распространяться.

Драм-машина использовалась во многих стилях музыки, а некоторые (электронная танцевальная музыка, рэп, хип-хоп и их производные) и невозможно представить без роботизированного звучания этого устройства. Не обошлось без неё и в русском роке, поскольку была проблема, во-первых, с ударниками, во-вторых, с записью – а хорошо записать ударные весьма непросто с технической точки зрения. Поэтому до сих пор часто на записях современных  популярных исполнителей можно услышать электронные барабаны – просто реалистичность их звучания теперь заметно улучшилась, и неискушённому слушателю уже трудно отличить звучание реальных ударных от звучания электронных. Виктор Цой любил использовать драм-машину, поскольку в 80х был пик популярности её использования, и записи с ней звучали «модно». С начала 90х популярность драм-машин как электронных устройств начала падать. На смену им начали приходить компьютерные драм-машины - специальные музыкальные программы. Поэтому драм-машины с цифровыми семплами отходят в сторону, и среди драм-машин как специальных устройств начинают набирать популярность устройства с аналоговыми ударными – из-за их неповторимого звука, который на компьютере воспроизвести, как и звучание живых барабанов, невозможно.

 

 

1.ПОСТАНОВКА  ЗАДАЧИ

Целью курсового  проекта является анализ и разработка упрощенного ритм-бокса, или т.н. драм-машины, а также анализ возможных улучшений конструкции. В ходе выполнения курсового проекта необходимо разработать схему электрическую структурную, схему электрическую функциональную, схему электрическую принципиальную и произвести расчеты выбранных элементов устройства (в данном случае – тактового генератора на логических элементах DD4.1 и DD4.2, и имитаторов большого барабана, малого барабана и бонга). Кроме того, необходимо выполнить чертеж платы печатной, а также сборочный чертеж, и составить для них описание.

Разрабатываемый прибор должен правильно воспроизводить записанные пользователем ритмические  рисунки, а также качественно  выполнять имитацию ударных инструментов.

 

2.ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ  РЕШЕНИЙ

На сегодняшний  день существует огромное разнообразие ритм-боксов, как программных, выполняемых на обычных ПК, так и аппаратных, представляющих собой отдельный электронный модуль. Кроме того, такие модули сейчас встроены в большинство синтезаторов или секвенсоров. Тем не менее, принцип работы всех драм-машин в целом схож: пользователь с помощью клавиш или другого устройства ввода заносит требуемую ему композицию, которая затем записывается в память устройства; далее, хранящийся в памяти ритмический рисунок композиции (т.н. паттерн) отправляется на блок управления, который на основе данного ритмического рисунка формирует сигналы, управляющие имитаторами ударных инструментов (см. Рис.2.1).

Драм-машины можно классифицировать по таким критериям:

1) По реализации  устройства:

-аппаратные драм-машины;

-виртуальные (программные)  драм-машины;

2) по типу генерации  звуков:

-устройства, воспроизводящие  прошитые в память семплы;

-устройства с аналоговым  синтезом звуков.

Также, ритм-боксы могут отличаться наличием пэдов, с помощью которых пользователь может играть в реальном времени, а также наличием встроенного секвенсора, позволяющего сделать цифровую запись аранжировки.

 

Рис.2.1

В качестве устройства ввода чаще всего используется клавиатура, с помощью которой пользователь записывает ритмический рисунок, однако во многих моделях драм-машин присутствует возможность загрузки готовых ритмических  рисунок из внешнего запоминающего  устройства. Блок управления имитаторами  необходим для формирования управляющих  импульсов, подаваемых на блок имитаторов.

Блок имитации ударных установок представляет собой набор синтезаторов звука. В самых простых конструкциях такие синтезаторы представляют собой управляемые генераторы импульсов, например, ждущие мультивибраторы. Однако, в более качественных ритм-боксах используются более сложные методы аналогового синтеза звука, позволяющие имитировать ударные инструменты более реалистично. Существуют такие основные методы синтеза звука:

-метод аддитивного  синтеза;

-метод субтрактивного синтеза;

-метод FM-модуляции;

-метод волнового  синтеза.

Аддитивный  метод синтеза

Аддитивный метод  был самым первым методом синтеза (от англ. add - складывать). Принцип его работы изображен на рис.2.2. Этот метод основан на сложении волн нескольких генераторов и базируется на теореме Фурье, заключающейся в том, что любое периодическое колебание либо импульс можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний различной частоты и амплитуды. Другой разновидностью синтеза является т.н. регистровый синтез. В этом случае в качестве исходных волн используются более сложные колебания, например, прямоугольные или пилообразные.

Рис.2.2

 

Субтрактивный метод синтеза

Субтрактивный метод синтеза (от англ. subtract - вычитать) заключается в том, что новый тембр звука получается путем вычитания определенных гармоник из спектра исходного колебания. Процесс субтрактивного синтеза проходит в два этапа. Сначала формируется исходное колебание, имеющее как можно более развитый тембр, то есть множество спектральных составляющих. На втором этапе, с помощью частотных фильтров из первоначального колебания выделяются гармоники, соответствующие имитируемому инструменту. Основными инструментами синтеза при этом методе являются фильтры: полосовой – с изменяемой частотой квазирезонанса и шириной полосы пропускания, и фильтр нижних частот – с изменяемой частотой среза. Блок-схема реализации