Введение

С развитием технологии и схемотехники цифровых интегральных схем появилась возможность создавать сложные устройства обработки цифровой информации в виде компактных микросхем. Однако увеличение сложности реализуемого алгоритма обработки, как правило, сужает область его применения. Устранить противоречие между сложностью БИС и ее универсальностью удалось за счет программирования выполняемых микросхемой функций.

В программируемых БИС потребитель может путем подачи определенных командных сигналов задать один из возможных режимов работы. Основным типом БИС являются БИС микропроцессоров.

Широкую популярность микропроцессоры получили благодаря своим высоким функциональным возможностям и эксплуатационным характеристикам, придавшим средствам вычислительной техники и автоматики качественно новые свойства: появились и получили широкое распространение микрокалькуляторы, микроЭВМ, персональные ЭВМ, интеллектуальные роботы, системы автоматизированного проектирования и конструирования. Такие характеристики микропроцессоров как малые габариты, масса, потребляемая мощность позволили применять их в областях, в которых использование традиционных средств вычислительной техники было принципиально невозможным. Важным является также то, что микропроцессоры позволили сделать реальной перспективу, когда вычислительная техника, компьютеры стали такими же привычными для всех понятиями, как телевизор или радиоприемник.

Техническое задание

Цифровые электронные музыкальные синтезаторы (ЭМС) представляют собой микроЭВМ, периферийными устройствами которых являются клавиатура, пульт управления и программируемые узлы синтеза спект­ральных и временных характеристик звука.

Основная идея цифро-аналоговых электронных му­зыкальных синтезаторов эстрадного применения состоит в том, что с помощью специальных алгоритмов обра­ботки сигналов от клавиатуры каждой нажатой клавише предоставляется во «временное пользование» ка­нал синтеза звука, который в другой момент может предоставляться любой другой клавише. Поскольку реально число нажатых клавиш всегда меньше их общего числа, то, очевидно, это позволяет существенно уменьшить необходимое число каналов синтеза при незначительном сокращении функциональных возможностей инструмента. В отличие от полифонических ЭМС, в которых каждой клавише соответствует свой канал синтеза, такие инструменты получили название многоголосых ЭМС. Число «голосов» в них обычно составляет 4...10. Каждый канал содержит чисто цифро­вые и аналоговые управляемые кодом узлы.

Предлагается описание цифро-аналогового многого­лосого ЭМС на базе МП комплекта БИС КР580.

Характеристики ЭМС

Диапазон по клавиатуре, октав 4

Числа каналов синтеза 6

Число тональных генераторов в канале 2

Погрешность установления частоты основных тонов, не

бо­лее, % от полутона 2,9

Время срабатывания клавиши не более, мс 3,2

Число оперативно выбираемых вариантов звучания 48

Общие принципы синтеза звука и спосо­бы их реализации в данном ЭМС. Любому звуку соответствует неразрывная совокупность его амплитудной н спектральной характеристик, непрерывно изменяющихся во времени. Следовательно, задача состоит в получении комплекса признаков (являющихся функциями времени) — звуковысотного, спектрального и амплитудного. Соответствующий комплекс аппаратуры (управляемые генератор, фильтр, усилитель, а также генераторы функций времени) входит в состав канала син­теза. Поскольку определяющим признаком музыкального звука является его высота (т. е. частота основного тона), управляемый генератор должен обладать достаточной точностью в широком диапазоне генерируемых частот. Этому требованию удов­летворяет управляемый кодом генератор на основе счетчика с переменным коэффициентом деления. Он легко реализуется на таймерах, входящих в МПК КР580. Таблица коэффициентов деления для всех 48 клавиш размещена в ПЗУ, где каждый ко­эффициент занимает два байта.

Полученный на выходе таймера меандр проходит дальней­шую обработку в канале синтеза для получения необходимых спектрально- и амплитудно-временных характеристик.

Генераторы функций времени запускаются строб сигналом, который вырабатывается процессором для каждого канала на основании информации об изменении состояния клавиатуры.

К недостаткам ЭМС следует отнести небольшой для многоголосого ЭМС диапазон по клавиатуре и невоз­можность перестройки программ синтеза звука испол­нителем.

Первый недостаток носит чисто конструктивный ха­рактер. Как схема, так и быстродействие программы позволяют увеличить количество клавиш до 60. Для этого достаточно задействовать входы 12 и 13 элемен­та D4 в модуле клавиатуры и стробов. Количество ка­налов также можно увеличить, но для этого нужно заменить дешифратор D5 на четырехвходовой, увели­чить количество триггеров, объем ПЗУ D9 и внести изменении в прошивку ПЗУ программ: число клавиш занести в ячейку с адресом 004В; число каналов плюс 1 — в ячейки с адресами 0063 и 0078.

Второй недостаток также можно устранить, но это приведет к существенному усложнению модуля зада­ния параметров синтеза. Как показывает практика даже, имея ЭМС с неограниченными возможностями син­теза звука, музыкант использует не более 10...15 особо полюбившихся звучаний (особенно популярны «ак­кордеон», «губная гармоника», «клавесин», различные имитации струнных и духовых инструментов). Поэтому при удачном подборе имеющихся 48 звучаний, учиты­вай возможность их оперативной смены (что является несомненным преимуществом описанного ЭМС перед аналоговыми), инструмент придется по душе, как лю­бителям, так и профессиональным исполнителям.