Nous parlerons d'un appareil très simple à fabriquer (même pour un ingénieur électronicien amateur novice), mais en même temps extrêmement intéressant et utile - une « boîte à musique » électronique. En outre, à titre d'exemple, je montrerai et parlerai de l'une des incarnations et applications possibles de cet appareil - du dernier cadeau que j'ai fait à ma petite amie sur cette base.

Histoire de la création

Tout a commencé il y a longtemps, il y a plusieurs années, lorsque je voulais offrir à une fille un cadeau d'anniversaire intéressant, original et mémorable. Et certainement de vos propres mains. Il restait très peu de temps avant les vacances, deux jours, pendant lesquels il fallait trouver quelque chose et, en fait, le mettre en œuvre. La journée a été consacrée à la réflexion - des centaines tournaient dans ma tête variété d'options, depuis toutes sortes de cœurs « lumières clignotantes » à LED, jusqu'à divers objets artisanaux électromécaniques. Mais tout cela n'était pas pareil : soit c'était trop simple et galvaudé, soit au contraire assez compliqué (et il ne restait absolument plus de temps !). Soudain, une idée simple, mais merveilleuse, s'est avérée, m'est venue à l'esprit : pourquoi ne pas créer une carte musicale ? Et pas simple, mais avec un « truc », avec une mélodie originale. De plus, nous avions « notre propre chanson » sur laquelle nous nous rencontrions et qui évoquait en nous toutes sortes de souvenirs et d'expériences romantiques agréables.
C’est ainsi qu’est née la toute première version de la « boîte à musique », l’ancêtre pour ainsi dire. Très simple, monté sur une solution rapide mural de PIC12F675, piézodynamique, photodiode, une paire de résistances, un élément trois volts 2016 et emballé dans une carte postale dessinée dans Photoshop. En conséquence, cette carte postale était capable d’écrire la même mélodie dans un rectangle une fois ouverte (et la lumière frappait la photodiode). Juste comme ça, sans prétention et simple.
Mais l’idée s’est avérée extrêmement réussie, bien plus que ce à quoi je m’attendais. Plus tard, j'en ai fait plusieurs autres cartes simplesà la demande de mes amis, pour leurs autres moitiés. Et dans chaque cas, un tel cadeau a suscité beaucoup d'émotions tant chez les destinataires eux-mêmes que chez leurs parents, copines et connaissances :)
Beaucoup de temps a passé, tout a commencé à tourner, le projet a été oublié. Mais il se trouve que je me suis encore souvenu boîte à musique. Cette fois, c'était censé être un cadeau pour le 8 mars. A cette époque, j'étudiais activement les microcontrôleurs Atmel, en jouant notamment avec l'ATtiny45, et j'ai décidé d'améliorer le module musical à cet effet. De plus, cette fois, il y avait beaucoup de temps. C'est là que tout a commencé.
À la recherche de diverses informations Sur Internet, je suis tombé sur le site Internet de M. Chan, largement connu dans les cercles restreints. Plus précisément, une de ses créations, un synthétiseur miniature, juste sur mon MK préféré :) Il y a quelque temps, j'ai presque terminé un synthétiseur à quatre canaux sur PIC18, mais, hélas, j'ai détruit le travail dans mon cœur (ce que j'ai ensuite regretté davantage plus d'une fois). Et la conception de Chan était complètement autonome et complète. Il ne restait plus qu’à y ajouter « déclenchement" et vas-y !
J'ai un peu mis à jour le code et le mécanisme de déclenchement était prêt. Mais ensuite, tout s’est avéré un peu moins rose. Le principal problème de la conception était qu’elle sonnait trop silencieusement. Peu importe comment j'ai essayé, avec l'entraînement direct du haut-parleur à partir des broches MK, cela s'est avéré silencieux et c'est tout ! En conséquence, la décision ferme d’ajouter un amplificateur de puissance a été prise. Le choix s'est porté sur le LM4900, alors disponible chez Terraelectronics. Encore une fois, nous avons dû apporter quelques modifications supplémentaires au code de M. Chan pour que le synthétiseur fonctionne correctement avec un amplificateur externe - effectuer une commande de jambe d'économie d'énergie afin que l'amplificateur ne consomme pas la batterie lorsqu'il est inactif et reconfigurer le PWM pour émettre correctement le signal d'une broche. Après ces changements, le prototype a parfaitement fonctionné. Ensuite, j'ai dessiné la première version du tableau (qui, comme il s'est avéré plus tard, contenait un bug :) et j'ai assemblé la boîte à musique comme un être humain. Ensuite, tout suit les sentiers battus : carte postale faite maison, installation du module et don.
Bien sûr, cet appareil était plusieurs têtes plus haut que les précédents - le son très réaliste d'une "vraie" boîte et la polyphonie se faisaient sentir :) Le cadeau, comme autrefois, a fait sensation il y a longtemps. Et j'ai également collecté une douzaine de modules de ce type pour des amis.

Parlons maintenant de l'appareil lui-même

Commençons par le schéma, c'est très simple :

Principe de fonctionnement du circuit

PCB

Partie logicielle

Un peu sur la synthèse sonore

Vous pouvez clairement lire la méthode de synthèse utilisée dans l'appareil dans l'original de M. Chan. Vous pouvez également rechercher sur Google « synthèse de tables d'ondes ». Si vous ne parlez pas la langue, en bref, le son audio est stocké dans la mémoire du MK. échantillon(son séparé), soi-disant. "table d'onde", qui dans notre cas le plus simple est conditionnellement divisé en deux parties logiques, formant généralement "enveloppe" - "attaque", le début de chaque nouveau son, et "soutenir", exposition, un fragment en boucle constante tout au long du son de la note. Il y a plus "pourriture", « suivi », la partie qui retentit après la suppression de la note. Dans notre cas, cela est simplement mis en œuvre en atténuant progressivement le son du « sustain ». Le MK dispose d'une minuterie qui provoque une interruption à une certaine fréquence, en fonction de la position actuelle le long de « l'enveloppe » et de la hauteur du son. note, la note est sélectionnée valeur souhaitéeà partir de la mémoire d’échantillons. De plus, vous pouvez ainsi synthétiser plusieurs canaux (c'est-à-dire des notes) en même temps, tout dépend uniquement de la puissance de calcul du MK et de la fréquence d'échantillonnage (qualité sonore). Ensuite, ces valeurs sont mélangées et envoyées « à la sortie » (dans notre cas, au registre de contrôle PWM). Toute cette honte, comme je l'ai mentionné plus haut, est appelée « synthèse à table d'ondes » ou « synthèse à table d'ondes ».

À propos, comme quelqu'un me l'a suggéré à l'époque (pour une raison quelconque, je n'y ai pas du tout pensé), il existe de nombreuses ressources sur Internet où vous pouvez obtenir des midis prêts à l'emploi avec les mélodies souhaitées. Ils n'auront besoin que d'une petite modification pour être utilisés dans mon convertisseur. Et certains n’auront peut-être même pas besoin d’être modifiés.

De quoi d’autre pourriez-vous avoir besoin ?

Application

Voici quelques photos du prototype :

Et une vidéo du travail. La vidéo diffuse la composition « Tendresse », que j'ai arrangée pour la boîte, et qui est incluse dans l'archive en tant que source (tapée dans Sibelius) et intermédiaire, ainsi que la partition finale générée :

Comme d'habitude, mon éternel problème avec le son normal en vidéo se fait sentir. Mille excuses. Si vous souhaitez entendre le son du design en qualité normale, vous pouvez télécharger l'empetrishka à partir d'ici.
Ce n’est qu’une des utilisations possibles du design. La façon dont vous utiliserez votre module dépendra de votre imagination ;)
Je ne peux que vous souhaiter du succès dans cette entreprise créative difficile.
Faites plaisir à vos proches !

Avis de non-responsabilité et merci :)

P.S. C'est mon premier message ici, alors s'il vous plaît, ne me frappez pas trop fort si je me trompe sur quelque chose ou d'une manière ou d'une autre.
P.P.S. J'ai déjà publié ce matériel partiellement et sous forme dispersée sur mon LiveJournal, plus pour moi, pour noter quelques points et laisser un rappel, mais depuis l'appareil s'est avéré très intéressant et réussi, et il y a déjà eu plusieurs modifications de celui-ci appareil dans près de deux douzaines d'incarnations qui ont plus que rempli (et continuent de remplir) leur objectif - ils ravissent les oreilles et les yeux des filles - alors j'ai décidé de vous en parler aussi.
P.P.P.S. De plus, mon ami m'encourage depuis longtemps à écrire sur l'appareil suivant ici sur Habr, et finalement, j'ai rassemblé mes forces, compilé le matériel et décidé d'écrire cet article, pour lequel je remercie beaucoup Dlinny !

Dans la boîte à musique, presque tout en bas, dorment tranquillement des moments de jours révolus. Cet accessoire autrefois populaire prend désormais la poussière dans les musées ou sur les mezzanines remplies de détritus en tout genre. Il en serait peut-être ainsi si les créateurs n'avaient pas décidé de redonner vie à la boîte à musique, pour en faire un véritable objet de luxe. Nous parlerons des exemples les plus brillants dans notre revue.

À partir de novembre, tous les écrans du pays sont remplis d'un joyeux Père Noël avec une bouteille de Coca-Cola à la main. La publicité reste pratiquement inchangée d'année en année, donc personnage principal devient presque une famille et, au supermarché, la main elle-même tend la main vers la boisson gazeuse. Désormais, il a migré vers le couvercle de la boîte à musique. Ce Père Noël, bien sûr, n'apportera pas de Coca-Cola, mais il vous ravira en musique.

L'essentiel est d'avoir un toit au-dessus de votre tête. Il s’est avéré que cette vérité s’applique non seulement aux personnes, mais aussi aux boîtes à musique.

Cette boîte à musique est réalisée sur commande. Le designer choisit non seulement la mélodie que le client aime, mais crée également des portraits de la personne fêtée ou des membres de la famille du client.

Boîte à musique en forme de médaillon, stylisée à l'antique. Les créateurs affirment qu’avec un tel cadeau, vous pouvez gagner le cœur d’une fille.

Si le charmeur capricieux reste indifférent au cœur qui chante, vous pouvez essayer de lui offrir une boîte à musique en forme de carrousel. Vous devez d'abord vous demander : la fille aime-t-elle la musique ou le meilleur cadeau pour elle est-il dans le rayon bijoux ?

Quels progrès! Les fabricants ont imaginé une boîte à musique pour l'iPad. Pour l'activer, vous devez télécharger une application spéciale sur votre iPad et vous pourrez profiter des mélodies.

Une boîte à musique créée spécialement pour l'anniversaire des Beatles. Cependant, le couvercle du produit en dit long. Quant au répertoire du coffret, il est composé exclusivement de chansons du groupe mythique.

Les enfants vont sûrement adorer cette boîte. Les concepteurs changent périodiquement les personnages principaux de la boîte. Une chose reste inchangée : la nature du produit.

Une boîte à musique pour ceux qui écrivent de la musique. Créez des mélodies, enregistrez-les sur une carte spéciale et appréciez les résultats.

Les concepteurs suggèrent de créer vous-même une telle boîte avec des chansons : peignez-la dans votre couleur préférée, ajoutez toutes sortes de figures, d'inscriptions et offrez-la en cadeau. chère personne. Après tout meilleurs cadeaux, comme vous le savez, sont fabriqués de vos propres mains. Si vous ne pouvez pas fabriquer vous-même une boîte à musique, vous pouvez l'offrir à la personne qui fête son anniversaire. Nous sommes sûrs que tout le monde aimera un tel cadeau.

Notre petite princesse, ma nièce bien-aimée, approche de son premier anniversaire. Pour l'anniversaire de sa mère (ma petite sœur) en février, les enfants ont cassé le jouet musical préféré de notre bébé, boule de verre avec des ours. Et je n’ai pas laissé tomber le mécanisme musical dans l’espoir de trouver quelque chose. Et j'ai donc décidé de faire une boîte. Les filles adorent les boîtes. Je suis moi-même une fille et je sais :) Pendant que notre Sonechka est petite, maman collectionnera les trésors préférés des filles sous forme de perles, de bagues et de bracelets.
Un de mes passe-temps est les boîtes fait soi-même, et depuis longtemps que je fais cela, j’ai déjà accumulé beaucoup de matériaux de toutes sortes.
Donc. Nous avons besoin d'une boîte de biscuits ou de bonbons. Vous pouvez aussi simplement acheter une boîte de conserve. Vous pouvez désormais trouver n'importe quel pot dans les magasins d'artisanat. J'ai trouvé des boîtes de conserve dans un magasin de thé et de café. Juste des banques. Mais cette fois, j'ai reçu un pot de biscuits de la confiserie Spartak. Elle est grande. Le diamètre est de 22 cm et la hauteur est de 7,5 cm.

Mastic pour métal, apprêt acrylique, vernis acrylique, colle PVA, pinceaux, carte de riz de découpage avec notes (la carte de riz peut être remplacée par une serviette de découpage), ciseaux, mécanisme musical. Nous avons également besoin d'un pistolet à colle et d'un bâton de colle. J'adore travailler avec des rizières et des cartes. Sous l'influence de la colle, ils ne se déchirent pas et ne se déforment pas. Et ils ont une texture agréable au toucher. Tout le reste sera sélectionné au fur et à mesure. Parfois, au tout début, je ne sais pas quel sera le résultat. Autrement dit, généralement au tout début, il y a une certaine théorie, mais très souvent pendant le travail, quelque chose change.
Mais ma banque présente un inconvénient majeur. La surface du couvercle n'est pas lisse. Il y a des cookies pressés dessus. J'ai donc pris du mastic métallique pour automobile et j'ai tout lissé. Il n'y a pas de photos du processus, car il n'y avait personne pour prendre des photos, et en plus, le mastic sent extrêmement fort et désagréable. Une fois le mastic séché, il faut le poncer. Je ne l'ai délibérément pas poncé pour obtenir une uniformité et une douceur parfaites.

Ensuite, nous recouvrons toute notre future boîte d'un apprêt en une, ou mieux encore, en deux couches. La deuxième couche n'est appliquée qu'après que la première couche soit complètement sèche. Je pense qu'il n'est pas nécessaire d'expliquer pourquoi la terre est nécessaire.

Alors tout s'est tari. C'est au tour de notre serviette. Nous collons d’abord le couvercle. Nous nous souvenons des leçons du travail dans école primaire. Découpez un cercle d'un diamètre égal au diamètre du haut du couvercle plus la hauteur du couvercle plus quelques centimètres au cas où. Appliquez de la colle sur le couvercle avec un pinceau et placez soigneusement notre cercle dessus partie supérieure couvercles, lissez-les pour qu'il n'y ait pas de plis. Très soigneusement pour ne pas déchirer. Malheureusement, il n'y a pas de photos du processus, car il n'y avait personne pour prendre des photos. Nous l'avons nivelé sur la partie supérieure, maintenant nous prenons le couvercle dans nos mains et soigneusement, en l'humidifiant avec de la colle, utilisons un pinceau pour coller la carte sur les parois latérales du couvercle. De la même manière on colle sur la partie inférieure de notre future boite. C'est plus facile ici. Vous avez besoin d'une bande avec une hauteur allant du bord d'arrêt jusqu'au bas plus la hauteur jusqu'au bas. J'ai plus 5 mm à la longueur principale. Et un cercle. Nous posons notre boîte sur la carte et la délimitons avec un crayon. Laissez sécher.

Il m'a fallu plusieurs heures pour sécher. La colle doit être complètement sèche avant d'appliquer le vernis. Sinon le vernis collera à vos mains. J'ai acheté du vernis à bois dans une quincaillerie. Les vernis spéciaux pour le découpage m'ont échoué plus d'une fois. Ils sont chers et collent à vos mains produit fini. Je suis donc allé acheter du vernis dans une quincaillerie. Je n'aime pas le brillant, alors lors du choix d'un vernis, j'ai opté pour un vernis qui a surface mate.

Cela signifie que la prochaine étape consistera à appliquer le vernis. Le vernis doit être appliqué strictement selon les instructions. En deux couches. Séchez soigneusement chaque couche.

Voici. Séché. Maintenant, le plaisir commence. Au tout début, j'ai oublié de faire un trou pour le mécanisme musical, j'ai donc dû faire le trou après avoir appliqué le vernis. Faites le trou très soigneusement. J'ai négligé les précautions de sécurité et j'ai enfoncé un tournevis dans mon doigt directement dans la veine. Après avoir rempli le trou de peroxyde et arrêté avec difficulté le saignement, j'ai commencé à fixer le mécanisme musical. En raison du fait que j'ai été légèrement blessé, j'ai oublié de prendre une photo de ce processus. Puis il s’est avéré que la clé qu’un horloger que je connaissais avait récupérée pour moi était très grande et laide. Et puis, avec l'aide de mon charme, j'ai persuadé un tourneur que je connaissais de me fabriquer une petite clé en laiton. Ici, il est beau.

Donc. Commençons maintenant à travailler sur la "décoration" intérieure. Tout d'abord, vous devez finir les murs, le fond et cacher le mécanisme. Nous prenons du carton et découpons les pièces. Il y a longtemps, j'ai déterré un carton compressé très frais de 3 mm d'épaisseur. J'en découpe des pièces qui cacheront le mécanisme. Le fond et les côtés ont été découpés dans du carton d'une densité de 300 g/m2. Nous découpons les mêmes pièces uniquement avec une marge de velours. Voici les détails. Prenez un bâton de colle et du velours. J'aime beaucoup coller du tissu sur du carton avec un bâton de colle. J'achète des crayons chers chez Kohinoor ou Erich Krause. Mais maintenant, par chance, je n’ai trouvé ni l’un ni l’autre et j’ai encore une fois acheté le bâton de colle le plus cher d’un fabricant allemand dans une quincaillerie. Je l'ai pris à mes risques et périls, mais cela a payé. Nous appliquons donc de la colle sur le carton et appliquons du velours. Laissez sécher et collez les coutures. Quelque chose comme ça.

Paroi latérale

Ceci est une boîte pour le mécanisme

Verso

Donychko

A l'aide d'un pistolet à colle, fixez les parties en velours à l'intérieur de la boîte. Le voici sous forme finie.

Ensuite, nous fabriquons un tiroir pour les petits objets. Au départ, je voulais réaliser une boîte qui serait comme une continuation de la boîte du mécanisme. Mais quand j'ai tout essayé, j'ai réalisé qu'il s'agissait d'une sorte de déchet et j'ai décidé de fabriquer le tiroir séparément. J'ai découpé un secteur du cercle (couvercle) et un mur dans du carton épais. Je les ai collés ensemble à une distance de 4 mm les uns des autres pour que la structure se plie. J'ai coupé le velours le long du bord. J'ai cousu les bords du velours avec un fil et une aiguille. Et elle a tout mis en sécurité dans la boîte. Tout me paraissait pâle, j'ai donc utilisé un pistolet à colle pour fixer un cordon de satin marron le long des joints. Les perles agissent comme un bouchon pour empêcher le couvercle de tomber.

Nous collons des deux côtés. Des virages.

Coudre les bords

J'ai regardé le résultat et j'ai décidé d'ajouter un autre compartiment. Et pour que ce soit intéressant (je fais une boîte pour une fille), au lieu d'un couvercle j'ai fait une imitation d'un sac attaché avec un cordon de satin. Tout est attaché pistolet à colle. Voici. Il semble que tout va bien.

Maintenant avec un sac

Vous devez maintenant décorer l’extérieur de la boîte. Je suis honnête et long et engagé différents endroits Je cherchais la tresse dont j'avais besoin, mais je ne la trouvais pas. Et donc j’ai acheté ce que j’avais pour faire quelque chose qui me conviendrait. Ruban organza, cordon satin et bande velours. J'ai pris un ruban d'organza et je l'ai repassé avec du ruban adhésif pour y coller la bande de velours. J'ai collé toute cette beauté sur la boîte avec un pistolet à colle. Il manque quelque chose. Pâle. Ensuite, j'ai utilisé un pistolet à colle pour coller le cordon de satin le long du bord du ruban de velours. J'ai fait un nœud avec un ruban de velours et d'organza et je l'ai attaché à côté de la clé. De cette façon, j'ai caché la jonction de la tresse et j'ai caché un peu la clé.

Le moment est maintenant venu de parler de ce qu'il y avait à l'intérieur de ma boîte, découpée dans du contreplaqué à la scie sauteuse. Au cœur de tout il y avait un principe schéma électrique sur le contrôleur, alimenté par 2 piles Krona (9+9 V). J'ai enregistré la musique sur une carte SD de 16 à 32 Mo. De plus, la boîte jouait une nouvelle mélodie à chaque ouverture. Commençons dans l'ordre !

Base élémentaire du contenu de la boîte

Le cœur du circuit est le microcontrôleur Atmega16 à 40 broches, qui contrôle la lecture des mélodies. Le boîtier est doté d'un DIP afin de pouvoir être facilement inséré et retiré de la prise située sur la carte. L’image Atmega16 est la suivante :

Un autre microcircuit tout aussi important est l'amplificateur audio LM4860M, 1 W, 16 broches, à partir des sorties duquel le signal amplifié va à un haut-parleur de 8 ohms. J'ai pris la version de ce microcircuit dans le package SO16.

Vous aurez également besoin de 2 microcircuits - convertisseurs de tension : 7805 dans le boîtier TO-220, dont la sortie est une tension constante de +5 V, et IRU1117-33 dans le boîtier SOT-223, avec une tension de sortie constante de +3,3. V, à partir de laquelle la carte SD. Une image de ces puces est ci-dessous :

Pour faire fonctionner le contrôleur, vous avez besoin d'un oscillateur à cristal de 16 MHz. Carte SD 16-32 Mo, il est désormais difficile d'obtenir une si petite carte flash, mais auparavant, ils étaient livrés avec certains modèles d'appareils photo dans le kit. Toutes les résistances et condensateurs sont de conception CMS pour un montage en surface.

Schéma de circuit d'une boîte à musique

Le circuit électrique de la box ressemble à ceci :

Comme vous pouvez le constater, sur 40 broches du microcontrôleur, seules 18 sont utilisées : broches 5 à 8 – échange avec une carte SD, 9ème – pour réinitialiser le contrôleur, 10 – alimentation +5V, 11,31 – masse, 33-40. – via un diviseur vers un amplificateur audio. Le microcontrôleur Atmega16 doit être flashé, mais pas sur la carte elle-même, mais sur appareil spécial connecté à un ordinateur via RS-232. L'échange avec l'ordinateur s'effectue via l'interface SPI du contrôleur (broches 5-8). Le firmware est téléchargé en utilisant programme informatique PoneyProg. Le firmware lui-même (Music_box_16.hex) et une capture d'écran des fusibles installés dans PonyProg (PonyProg_Mega16_Fuses.bmp) se trouvent dans l'archive ci-jointe. Vous y trouverez également descriptions techniques(fiches techniques) pour les puces et le microcontrôleur utilisés.

Schéma PCB

J'ai disposé les pistes sur le circuit imprimé dans le programme Sprint Layout4. En conséquence, le fichier shkatulka.lay est dans l'archive. Une planche mesurant 130x70 mm est constituée d'une feuille getinax unilatérale. Toutes les résistances et condensateurs SMD, puce LM4860M, IRU1117-33 sont placés sur le côté des pistes, et le microcontrôleur, emplacement pour carte SD, condensateurs électrolytiques, puce 7805 sont placés de l'autre. Dessin circuit imprimé présenté ci-dessous :

Pour graver la planche, j’ai utilisé l’ancienne « méthode du fer » et du chlorure ferrique. Ensuite, j'ai soudé tous les éléments, en laissant le haut-parleur, le bouton d'alimentation et l'alimentation par deux piles 9 V à l'extérieur de la carte. Malheureusement, à cette époque je n'avais pas d'appareil photo sous la main, et ce n'était pas mon objectif (capturer mon travail), je n'ai donc aucune possibilité de montrer l'installation que j'ai reçue, et je ne démonterai pas le boîtier non amovible. Ensuite, je me suis laissé la possibilité de changer uniquement les piles et de réécrire la clé USB.

Enregistrer des mélodies pour la boîte

La carte SD doit être formatée en FAT16. Les morceaux que vous souhaitez faire jouer par la boîte doivent être préparés. Le nombre total de mélodies peut aller jusqu'à 100. La durée de lecture est de 1 minute. Format audio – .wav PCM 16 kHz 8 bits mono. Nommez les fichiers – « ring_00.wav », « ring_01.wav », etc.

Archive.7z à télécharger :

Farce pour la boîte(5,8 Mo, 281 clics)

Eh bien, c'est tout ! Collectionnez, lancez et profitez-en !

P.S. N'oubliez pas de vous inscrire à la newsletter (-> dans la barre latérale droite) !