ITIS ind. Elettronica etelecomunicazioni Classe IV A Area di progetto PIANOLA ELETTRONICA Studenti: Vari Manuel e Antonelli Davide

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1 Istituto Tecnico Industriale C. Rosatelli A.S. 009/010 ITIS ind. Elettronica etelecomunicazioni Classe IV A Area di progetto PIANOLA ELETTRONICA Studenti: Vari Manuel e Antonelli Davide 1

2 Istituto Tecnico Industriale C. Rosatelli A.S. 009/010 INTRODUZIONE: Il circuito da noi realizzato vuole avere le stesse funzionalità di una pianola elettronica a due ottave, con 4 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: 1-4 tasti; 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: 0 Trimmer da 47 K 8 Trimmer da 0 K 5 Trimmer da 10 K Timer NE555 Condensatore da 100 nf Condensatore da 10 nf Resistenza da 1 K Transistor BDX53 Cassa acustica da 8Ω/1W 4 Tasti normalmente aperti DETTAGLIO DELLO SCHEMA ELETTRICO: La tastiera realizzata ha 4 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.

3 Istituto Tecnico Industriale C. Rosatelli A.S. 009/010 Il pinout dell integrato è indicato di seguito: PIN 1 (GND): piedino da collegare a massa; PIN (TRIGGER): se la tensione in tale pin è minore di Vcc/3 e allo stesso tempo quella sul Pin 6 è inferiore a /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 /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: 1.5V (se Vcc=15V e Iuscita=00mA); 3.3V (se Vcc=5V e Iuscita=100mA) La tensione di uscita tipica a livello basso:.5v (se Vcc=15V e Iuscita=00mA); 3.3V (se Vcc=0.5V 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 /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 /3Vcc e allo stesso tempo quella sul Pin 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 /3Vcc e allo stesso tempo quella sul Pin 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 ) e THRESHOLD (Pin 6). 3

4 Istituto Tecnico Industriale C. Rosatelli A.S. 009/010 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: Stato TRIGGER (Pin ) THRESHOLD (Pin 6) Interruttore Vout < Vcc/3 < /3Vcc Aperto H >Vcc/3 >/3Vcc Chiuso L Nel collegamento sopra illustrato il pin 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(Pin) < Vcc/3 Aperto H >/3Vcc Chiuso L Il comportamento della tensione sul condensatore e all uscita dell integrato è riporatto nel grafico di seguito. 4

5 Istituto Tecnico Industriale C. Rosatelli A.S. 009/010 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, R e C1, mentre quello di scarica da R e C1. Precisamente Durata della carica T1=0.7 (R1+R) C1 Durata della scarica T=0.7 R C1 Periodo dell onda T=T1+T=0.7 (R1+R) C1+0.7 R C1=0.7 (R1+ R) C1 Affinchè con la configurazione descritta sia possibile generare un onda quadra è necessario che i tempi T1 e T siano uguali, ciò significa che R1 dovrebbe essere nulla oppure deve essere trascurabile rispetto a R. Visto che R1 non può essere nulla perché è presente nel circuito basterà scegliere R1<<R. Un modo è quello di fissare la R1=1KΩ e scegliere successivamente una R 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 R da porre nel circuito devono essere tali da soddisfare la seguente tabella di frequenze dei suoni: NOTE NOTE Frequenze (ottava inferiore) (ottava superiore) Frequenze DO 6Hz DO 54Hz DO# 77Hz DO# 554Hz RE 93Hz RE 586Hz RE# 311Hz RE# 6Hz MI 330Hz MI 660Hz FA 349Hz FA 698Hz FA# 370Hz FA# 740Hz SOL 391Hz SOL 78Hz SOL# 415Hz SOL# 830Hz LA 440Hz LA 880Hz LA# 466Hz LA# 93Hz SI 494Hz SI 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 5

6 Istituto Tecnico Industriale C. Rosatelli A.S. 009/010 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. 6

7 Istituto Tecnico Industriale C. Rosatelli A.S. 009/010 R9 DO DO# R10 RE R11 RE# R1 MI R13 VCC C3 10N GND OUTPUT 555alt CONTROL 6 7 VCC RESET DISCHARGE TRIGGER THRESHOLD U1 8 4 VCC C 100n FA SOL LA SI DO FA# R14 SOL# LA# R16 R18 R15 R17 R19 R0 0K R1 0K OTTAVA INFERIORE R8 1k DO# R 0K 1k R33 RE R3 0K Date: Monday, October 19, 009 Sheet 1 of 1 Size Document Number Rev A GALLO GABRIELLA 1 PIANOLA MUSICALE Title BD439 Q1 SPEAKER VCC LS1 MI FA SOL LA SI RE# R5 0K FA# R6 0K SOL# R8 LA# R30 R3 R4 0K R7 0K R9 R31 OTTAVA SUPERIORE 7