In der abgebildeten Grundversion der Schaltung mit einem
4093 wird beim Betätigen eines der vier Taster
ein Ton erzeugt , den der Piezo-Schallwandler auf dem Deckel einer
kleinen Schachtel aus Karton links im Bild erklingen lässt. Dies sind die Schaltungseinzelheiten der Grundversion:
Mit einem der
Nand-Schmitt-Trigger des 4093, sowie R1,
P1 und C1 ist ein astabiler Multivibrator aufgebaut, der beim Einschalten der
Spannungsquelle nicht aktiv ist, da der Eingang1 (Pin1, Pin6, Pin8 bzw. Pin13)
des ICs über R2 an Masse(GND) liegt.
Erst wenn man diesen Anschluss über den betreffenden Taster mit
dem Punkt +5V verbindet, startet der
Multivibrator. Sein Ausgangssignal ist über einen Kondensator mit dem
Eingang einer Verstärkerstufe mit einem NPN-Transistor verbunden, an deren
Ausgang der oben erwähnte Piezo-Schallwandler angeschlossen ist.
Pro Ton benötigt man
eine solche rot eingerahmte Teilschaltung, die der Übersichtlichkeit wegen nur
einmal dargestellt ist. Mit einem 4093
lassen sich also vier Töne erzeugen.
Um die Wettbewerbsbedingungen einzuhalten und kein weiteres
IC zu verwenden, wird hier mit T2, einem Widerstand von 220 Ohm, einer gerade
vorhandenen Z-Diode sowie einer
Siliziumdiode dazu in Flussrichtung aus der Batteriespannung eine Spannung von
ca. 5 V erzeugt, damit „stabile“ Töne erklingen können.
Rechts über dieser Teilschaltung ist angedeutet, dass auch
ein Spannngsregler µ78L05 mit zwei
Kondensatoren diese Aufgabe übernehmen könnte.
Die Trimmpotis lassen sich mithilfe eines vorhandenen
Musikinstruments durch Vergleich der Töne bzw. mit einem eventuell
verfügbaren Frequenzmesser sowie einer
Tabelle mit der Zuordnung von Tönen und Frequenzen (z. B: aus dem Internet) so
einstellen, dass jeweils der Ton C, D, E
bzw. G erzeugt wird.
Drückt man z. B.
nacheinander die „richtigen“ Tasten, so erklingen einige Töne des Refrains
eines bekannten Weihnachtsliedes(„Jingle bells...“).
Die im Bild oben unterhalb der Taster vorhandenen
Siliziumdioden haben in dieser Version der Schaltung keine Funktion und
entfallen daher.
Selbstverständlich lassen sich mit der oben vorgestellten
Schaltung mit einem 4093 durch entsprechende Einstellungen an den vier
Trimmpotis auch andere Töne und damit auch andere Tonfolgen erzeugen.
Das Praktische der oben vorgestellten Schaltung besteht
darin, dass man die Tonerzeugung auch automatisieren kann, indem man einen Mikrocontroller
„die Tasten bedienen“ lässt. Wenn dieser an einem bestimmten Ausgang 1-Signal
aufweist, wirkt sich dies genauso aus, wie wenn man eine bestimmte Taste drückt
und damit dafür sorgt, dass der betreffende Eingang an +5V liegt, das heißt
1-Signal „erkennt“.
Version mit
TPS-Steuerung
Hat man z. B. eine TPS zur Verfügung, dann kann diese
bewerkstelligen, dass gerade der „richtige“ Multivibrator eingeschaltet ist und damit gerade der
passende Ton für eine bestimmte Zeit erklingt.
Ausgang A1 bringt dabei den Ton C, A2 den Ton D, A3 den Ton
E und A4 den Ton G zu Gehör.
Die TPS-Ausgänge sind dazu jeweils an Pin1, Pin6, Pin8 sowie
an Pin13 anzuschließen. Die Taster
werden also nicht betätigt.
Um den Mikrocontroller der TPS zu schützen, wurden wie im
Bild zusätzlich vier Siliziumdioden (1N4148) von den Ausgängen A1, A2, A3 und
A4 des HT46F47 (Anodenanschlüsse der Dioden) zu den Pins 1, 6, 8 sowie 13
(Katodenanschlüsse der Dioden) eingefügt, die über 10k an Masse(GND) liegen.
Die Wartezeiten in den Teilprogrammen müssten eventuell
jeweils noch etwas verändert werden, aber das TPS-Programm funktioniert!
In Page0 steht das Grundprogramm, das beim Start einmal die
Unterprogramme aufruft, damit die ersten Töne des Refrains der oben erwähnten
Melodie erklingen.
0: 81 Page 1 ; Unterprogramm 1 aufrufen
1: D0 Call 0
2: 27 Wait 200 ms
3: 81 Page 1 Unterprogramm 1 nochmal aufrufen
4: D0 Call 0
5: 27 Wait 200 ms
6: 82 Page 2 ; Nun Unterprogramm 2 aufrufen
7: D0 Call 0
8: 30 Jmp -0 ;
Darauf hier anhalten
In Page1 befindet sich Unterprogramm 1, also ab Adresse 10
0: 14 Port=4 ; Ton E
1: 27 Wait 200 ms
2: 10 Port=0 ; kein Ton
3: 27 Wait 200 ms; Pause
4: 14 Port=4
5: 27 Wait 200 ms
6: 10 Port=0
7: 27 Wait 200 ms
8: 14 Port=4
9: 27 Wait 200 ms
A: 27 Wait 200 ms
B: 10 Port=0
C: 27 Wait 200 ms
D: E0 Ret 0
In Page2 befindet sich Unterprogamm 2, also ab Adresse 20:
0: 14 Port=4 ; E
1: 27 Wait 200 ms
2: 10 Port=0
3: 27 Wait 200 ms
4: 18 Port=8 ; G
5: 27 Wait 200 ms
6: 10 Port=0
7: 27 Wait 200 ms
8: 11 Port=1 ; C
9: 27 Wait 200 ms
A: 10 Port=0
B: 27 Wait 200 ms
C: 12 Port=2 ; D
D: 27 Wait 200 ms
E: 10 Port=0
F: 27 Wait 200 ms
10: 14 Port=4 ; E
11: 27 Wait 200 ms
12: 27 Wait 200 ms
13: 10 Port=0
14: 27 Wait 200 ms
15: E0 Ret 0
Version mit Steuerung
durch einen ATtiny13
Man kann auch die Tonerzeugung für die oben vorgestellte
Schaltung an einen Mikrocontroller, wie den ATtiny13, „delegieren“. Auch in
diesem Fall sind wie bei der Steuerung
durch eine TPS sicherheitshalber die vier oben erwähnten Siliziumdioden
eingesetzt.