Un générateur de sons à microcontrôleur

Ce synthétiseur à microcontrôleur pour la production de sons est capable de jouer dix effets spéciaux, sélectionnables par poussoirs, toujours prêt à servir grâce à son alimentation par pile de 9 V qui le rend portatif. L’appareil est économique et facile à construire, l’amplification est intégrée.



Caractéristiques techniques
- Alimentation : 9 V ;
- Consommation max : 100 mA ;
- Sortie BF ligne : 1 V RMS ;
- Sortie haut-parleur : 1 W/8 ohms ;
- Nombre de sons produits : 10 ;
- Vitesse d’exécution : réglable ;
- Commandes : par clavier ;
- Protection contre les inversions de polarité : oui.

Touche	Effet produit
SW1	Jeu vidéo
SW2	Tir de mortier
SW3	Explosion
SW4	Voiture sur les chapeaux de roues
SW5	Charmeur de serpent
SW6	Moteur de Formule 1
SW7	Révolver spatial
SW8	Sirène européenne
SW9	Mitrailleuse
SW10	Sirène américaine

Ce générateur de sons ou d’effets audio est un synthétiseur conçu pour le divertissement. A quoi sert-il ? Eh bien à s’amuser à produire des sons remarquables, comme indiqués ci-dessus.
Ces effets sonores sont programmés (dix effets possibles) et, dans certains cas, programmables dans leurs caractéristiques.
Chaque son est déclenché par un poussoir. Quant à l’alimentation, elle se contente d’une pile de 9 V, donc pas de risque d’électrocution et on peut confier le joujou aux enfants.
Le schéma électrique de la figure 1 comporte peu de composants car le microcontrôleur PIC16C55A –avec son programme résident– va tout faire ! Il va gérer les poussoirs, engendrer les séquences de fréquences combinées en fonction de l’effet sélectionné et la variation de tonalité au moyen du potentiomètre RV1.
Les rares autres composants servent au mélange et à l’amplification des sons en sortie. Suivons ce schéma en partant de l’alimentation : la pile de 9 V est reliée au circuit par une prise de pile à fils ; la diode D10 protège ledit circuit contre toute inversion accidentelle de polarité.
En aval de D10 nous trouvons la branche d’alimentation +V1 qui alimente la section de mélange et d’amplification à transistor ; toujours en aval de D10, on trouve également la section de filtrage et de régulation à 5 V formée par C8, R2, ZD1 et C7 alimentant le micro IC1 (PIC16C55A).
Passons aux touches : ce sont des poussoirs et ils sont reliés en matrice. Les lignes de cette matrice sont contrôlées par le PIC à travers les E/S allant de RA0 à RA3, paramétrées ici comme sorties.
Leur activation se fait en séquence de manière à lire, à travers les E/S RB0 à RB3 (paramétrées comme entrées), quel est le poussoir pressé et à lancer le sous programme de l’effet sélectionné.
Les résistances R10, R11, R12 et R13 servent au tirage, c’est-à-dire qu’elles maintiennent les lignes de la matrice au niveau logique 1 (+V). Les notes produites sont présentes sur RC1-RC2-RC6 et, à travers les transistors T1-T2-T3, elles atteignent D8-D7- D6, qui les dirigent vers le transistor amplificateur T4.
Les bases des transistors T1-T2-T3 sont à leur tour pilotées à travers RC0-RC3-RC7, ce qui permet de gérer la séquence des notes engendrées de manière à obtenir les divers effets sonores.
Pour certains sons disponibles on a prévu la possibilité d’en faire varier la vitesse, comme par exemple pour la sirène et le moteur, simplement en tournant l’axe du potentiomètre RV1. Ce dernier influe sur la fréquence d’horloge de IC1. En effet, sur la broche OSC1 est connectée la cosse centrale du potentiomètre.
En fait le micro fonctionne avec une fréquence d’horloge fournie, dans notre cas, par un réseau RC formé de R1-RV1-C1. R1 et C1 ayant des valeurs fixes, la variation de RV1 permet d’obtenir la vitesse désirée.
Pour ce type de sons, il est nécessaire de maintenir le poussoir sélectionné pressé. Le schéma électrique montre aussi, près de ce réseau RC, R14, D1 et C2 reliés à la broche MCLR du micro.
Ils fournissent un signal de «reset», quand nous mettons le circuit sous tension. Les sorties audio disponibles sont au nombre de deux, une sortie LINE OUT, où on a le signal BF amplifié par T4 et filtré par R4-R8-C6 et une sortie haut-parleur, en parallèle avec R7, qui permet une écoute immédiate du son sélectionné.
A l’aide des figures 2a, 2b, 3 et 4, vous n’aurez aucun mal à construire ce générateur d’effets audio, d’autant que le microcontrôleur est disponible déjà programmé en usine.

Figure 1 : Schéma électrique du générateur de sons.

Figure 2a : Schéma d’implantation des composants du générateur de sons.

Figure 2b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la platine du générateur de sons.

Figure 3 : Photo d’un des prototypes de la platine du générateur de sons.


Liste des composants EV4401
R1 ..... 4,7 kΩ
R2 ..... 330 Ω
R3 ..... 2,2 MΩ
R4 ..... 2,2 kΩ
R5 ..... 10 MΩ
R6 ..... 27 Ω
R7 ..... 470 Ω
R8 ..... 1 kΩ
R9 ..... 10 kΩ
[…]
R15 .... 10 kΩ
R16 .... 470 Ω
RV1 .... 47 kΩ trimmer MO au pas de 10
C1 ..... 22 pF céramique
C2 ..... 100 nF polyester multicouche
C3 ..... 100 nF polyester multicouche
C4 ..... 100 nF polyester multicouche
C5 ..... 1 μF 50 V électrolytique
C6 ..... 47 μF 16 V électrolytique
C7 ..... 47 μF 16 V électrolytique
C8 ..... 100 μF 16 V électrolytique
D1 ..... 1N4148
[…]
D9 ..... 1N4148
D10 .... 1N4007
ZD1 .... zener 5,1 V 400 mW
IC1 .... PIC16C55A-EV4401 déjà programmé en usine
T1 ..... BC557
T2 ..... BC557
T3 ..... BC557
T4 ..... BC517
SW1 .... poussoir pour circuit imprimé
[…]
SW10 ... poussoir pour circuit imprimé

Divers :
1 prise pile 9 V
1 support 2 x 14 pas double
1 axe pour trimmer


Figure 4 : Le câblage externe.

Ce dessin met en évidence le câblage à réaliser pour rendre le circuit du générateur d’effets audio opérationnel. Si on prévoit un boîtier de protection, il faudra pratiquer tous les trous nécessaires : pour les touches, l’interrupteur, la prise de sortie LINE OUT (amplification externe) et pour laisser sortir le son du haut parleur.