Metronóm založený na mikroovládači: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Metronóm je načasovacie zariadenie, ktoré hudobníci používajú na sledovanie úderov v piesňach a na rozvíjanie pocitu načasovania medzi začiatočníkmi, ktorí sa učia nový nástroj. Pomáha udržiavať zmysel pre rytmus, ktorý je v hudbe rozhodujúci.

Tento tu vybudovaný metronóm je možné použiť na nastavenie počtu úderov na bar a úderov za minútu. Akonáhle sú tieto nastavovacie údaje zadané, zaznie zvukový signál podľa údajov sprevádzaný príslušným osvetlením pomocou LED diód. Údaje o nastavení sa zobrazujú na LCD displeji.

Krok 1: Potrebné súčasti:

·

• Mikrokontrolér Atmega8A
• · 16*2 LCD displej
• · Piezo bzučiak
• · LED diódy (zelené, červené)
• · Rezistory (220e, 330e, 1k, 5,6k)
• · Tlačidlá (2* protiblokovacie, 1* zamykateľné)
• · 3V gombíková batéria CR2032 (*2)
• Držiak na mince na mince (*2)
• · 6 -pinový konektor (polarizovaný) relimate

Krok 2: Vytvorenie obvodu

Pripojenie obvodu vykonajte podľa obrázku na veroboarde a spoje poriadne spájkujte

Krok 3: Vlastnosti metronómu

Rozhranie metronómu zaberá predovšetkým obrazovka LCD. Nad ním je mikrokontrolér 8A umiestnený v strede s LED diódami a bzučiakom vpravo. Tri prepínače a konektor Relimate sú umiestnené v hornej časti.

Celý projekt je napájaný iba dvoma gombíkovými batériami (v sérii pri 6 V 220 mAh) s odhadovanou dobou prevádzky 20 dní až 1 mesiac (nie nepretržite). Preto je stredne energeticky účinný a má prúdovú požiadavku 3 - 5 mA.

Samosvorný spínač je umiestnený úplne vľavo a je tlačidlom ON/OFF. Tlačidlo v strede je tlačidlo Nastavenie a tlačidlo vpravo slúži na zmenu hodnôt úderov za minútu a úderov (na bar).

Keď stlačíte vypínač ON/OFF, LCD sa zapne a zobrazí hodnotu úderov na bar. Čaká 3 sekundy, kým užívateľ zmení hodnotu, a potom vezme výslednú hodnotu ako vstup. Táto hodnota sa pohybuje medzi 1/4, 2/4, 3/4, 4/4.

Potom sa zobrazí počet úderov za minútu (tep / min) a opäť 3 sekundy počká, kým používateľ zmení hodnotu, po ktorej nastaví konkrétnu hodnotu. Tento čas čakania 3 sekundy sa kalibruje potom, čo používateľ zmení hodnotu. Hodnoty tepu za minútu sa môžu líšiť od 30 do 240. Stlačením tlačidla Nastavenie počas nastavenia tepu za minútu resetujete jeho hodnotu na 30 úderov za minútu, čo je užitočné pri znižovaní počtu kliknutí na tlačidlo. Hodnoty bpm sú násobky 5.

Po dokončení nastavenia sa podsvietenie LCD vypne, aby sa šetrila batéria. Bzučiak pípne raz pri každom údere a LED diódy blikajú striedavo pri každom údere. Ak chcete zmeniť hodnoty, stlačte tlačidlo Nastavenie. Potom sa zapne podsvietenie LCD a zobrazí sa výzva na prerušenie, ako bolo uvedené vyššie, a potom rovnakým postupom.

Mikrokontrolér Atmega8A obsahuje 500 bajtov pamäte EEPROM, čo znamená, že akékoľvek hodnoty úderov a úderov za minútu zostanú uložené, aj keď je metronóm vypnutý. Preto ho znova zapnete, obnoví sa s rovnakými údajmi, ktoré boli zadané predtým.

Konektor Relimate je vlastne hlavička SPI, ktorú je možné použiť na dva účely. Môže byť použitý na preprogramovanie mikrokontroléra Atmega8A na aktualizáciu jeho firmvéru a pridanie nových funkcií do metronómu. Za druhé, externý zdroj napájania môže byť tiež použitý na napájanie metronómu pre náročných používateľov. Tento napájací zdroj však nesmie byť väčší ako 5,5 voltov a má prednosť pred vypínačom ON/OFF. Z bezpečnostných dôvodov MUSÍ byť tento vypínač vypnutý, aby sa externé napájanie neskratovalo so vstavanými batériami.

Krok 4: Popis

Tento projekt je vyrobený pomocou mikrokontroléra Atmel Atmega8A, ktorý je naprogramovaný pomocou Arduino IDE prostredníctvom Arduino Uno/Mega/Nano používaného ako programátor ISP.

Tento mikrokontrolér je menej často používanou verziou Atmel Atmega328p, ktorý sa v Arduino Uno používa vo veľkej miere. Atmega8A sa skladá z 8 kB programovateľnej pamäte a 1 kB RAM. Jedná sa o 8 -bitový mikrokontrolér bežiaci na rovnakej frekvencii ako 328p, tj. 16 MHz.

V tomto projekte, pretože spotreba prúdu je dôležitým aspektom, bola znížená hodinová frekvencia a je použitý interný 1 Mhz oscilátor. To výrazne znižuje súčasnú požiadavku na približne 3,5 mA pri 3,3 V a 5 mA pri 4,5 V.

Arduino IDE nemá prostriedky na programovanie tohto mikrokontroléra. Preto bol nainštalovaný balík „Minicore“(doplnok) na spustenie 8A s vnútorným oscilátorom pomocou zavádzača Optiboot. Zistilo sa, že výkonová požiadavka projektu sa zvyšovala so zvyšujúcim sa napätím. Z dôvodu optimálneho využitia energie bol mikrokontrolér nastavený na frekvenciu 1 MHz s jedinou 3V mincovou batériou, ktorá čerpala iba 3,5 mA. Zistilo sa však, že LCD displej nepracuje správne pri takom nízkom napätí. Preto sa rozhodnutie o použití dvoch mincových batérií v sérii použilo na nárazové napätie na 6V. To však znamenalo, že súčasná spotreba sa zvýšila na 15 mA, čo bola obrovská nevýhoda, pretože životnosť batérie by bola veľmi slabá. Tiež prekročilo bezpečnú hranicu napätia 5,5 V 8A mikrokontroléra.

Preto bol 330 ohmový odpor zapojený do série s napájaním 6 V, aby sa tento problém odstránil. Rezistor v zásade spôsobuje pokles napätia na sebe, čím sa zníži úroveň napätia do 5,5 V, aby sa bezpečne spustil mikrokontrolér. Okrem toho bola hodnota 330 zvolená s prihliadnutím na rôzne faktory:

• · Cieľom bolo spustiť 8A na čo najnižšie napätie, aby sa šetrila energia.
• · Bolo pozorované, že LCD displej prestal pracovať pod napätím 3,2 V, aj keď mikrokontrolér stále fungoval
• · Táto hodnota 330 zaisťuje, že poklesy napätia v extrémnych podmienkach sú presne presné, aby sa naplno využili gombíkové batérie.
• · Keď boli mincové články na vrchole, napätie sa pohybovalo okolo 6,3 V, pričom 8A dostalo efektívne napätie 4,6 - 4,7 V (@ 5 mA). A keď boli batérie takmer vybité, napätie bolo okolo 4 V pri 8 A a LCD prijímalo dostatočné napätie, tj. 3,2 V, aby správne fungovalo. (@3,5 mA)
• · Pod úrovňou 4v batérií boli skutočne zbytočné, bez toho, aby museli čokoľvek napájať. Pokles napätia na rezistore sa mení po celú dobu, pretože spotreba prúdu mikrokontroléra 8A a LCD sa znižuje s redukčným napätím, ktoré v zásade pomáha predĺžiť životnosť batérie.

16*2 LCD bol naprogramovaný pomocou vstavanej knižnice LiquidCrystal z Arduino IDE. Využíva 6 dátových pinov mikrokontroléra 8A. Jeho jas a kontrast bol navyše ovládaný pomocou dvoch dátových kolíkov. To sa vykonalo tak, aby sa nepoužil ďalší komponent, tj. Potenciometer. Namiesto toho bola na úpravu kontrastu obrazovky použitá funkcia PWM dátového kolíka D9. Ak to nie je potrebné, podsvietenie LCD musí byť vypnuté, takže by to nebolo možné bez použitia dátového kolíka na jeho napájanie. Na obmedzenie prúdu cez LED podsvietenia bol použitý odpor 220 ohmov.

Bzučiak a LED diódy boli tiež pripojené k dátovým kolíkom 8A (pre každý jeden). Na obmedzenie prúdu cez červenú LED bol použitý odpor 5,6 kOhm, pre zelenú 1k ohm. Hodnoty odporu boli zvolené získaním sladkého bodu medzi jasom a spotrebou prúdu.

Tlačidlo ON/OFF nie je pripojené k dátovému kolíku a je to jednoducho prepínač, ktorý prepína projekt. Jeden z jeho koncoviek sa pripája k odporu 330 ohmov, zatiaľ čo druhý sa pripája k kolíkom Vcc na LCD a 8A. Dve ďalšie tlačidlá sú pripojené k dátovým kolíkom, ktoré sú vnútorne vytiahnuté nahor na napájacie napätie prostredníctvom softvéru. To je nevyhnutné pre činnosť spínačov.

Dátový pin, ku ktorému sa pripája tlačidlo Setup, je navyše kolíkom prerušenia hardvéru. Jeho rutina prerušenia služby (ISR) je aktivovaná v Arduino IDE. Čo to znamená, že kedykoľvek chce používateľ spustiť ponuku nastavenia, 8A pozastaví svoju súčasnú činnosť ako metronóm a spustí ISR, ktoré v zásade aktivuje ponuku Nastavenie. V opačnom prípade by používateľ nemal prístup do ponuky Nastavenie.

Predtým uvedená možnosť EEPROM zaisťuje, že zadané údaje zostanú uložené aj po vypnutí dosky. A hlavička SPI pozostáva zo 6 pinov - Vcc, Gnd, MOSI, MISO, SCK, RST. Toto je súčasť protokolu SPI a ako už bolo spomenuté, programátora ISP je možné použiť na programovanie 8A znova na pridávanie nových funkcií alebo čohokoľvek iného. Kolík Vcc je izolovaný od kladného pólu batérie, a preto metronóm poskytuje možnosť použiť externý napájací zdroj, pričom majte na pamäti vyššie uvedené obmedzenia.

Celý projekt bol skonštruovaný vo Veroboarde spájkovaním jednotlivých komponentov a príslušných spojení podľa schémy zapojenia.