CONTROLLO DEL VOLUME E DEL BILANCIAMENTO

Le funzioni che deve svolgere questa sezione del sistema sono :
1) alla pressione del pulsante UP entrambi i contatori incrementano il conteggio, mentre attivando il pulsante DOWN decrementano. Con il tasto RIGHT il contatore destro incrementa mentre il sinistro decrementa.
Premendo il tasto LEFT si ottiene l'operazione opposta alla precedente, cioè il valore di conteggio del contatore LEFT aumenta, mentre il valore di conteggio del contatore RIGHT diminuisce.
2) Sul controllo di volume i contatori devono avere una frequenza di lavoro maggiore rispetto a quella usata per il bilanciamento.
3) Quando i contatori arrivano al valore di fondoscala ( 255 per il conteggio UP, 0 per il conteggio DOWN ) si bloccano.
4) devono altresi' essere bloccati quando vengono premuti erroneamente più di due tasti contemporaneamente.
5) Con i 4 pulsanti disattivati i contatori devono essere bloccati.

SEZIONE CONTATORI
Questo blocco è costituito da due contatori (74191) collegati in cascata. Ogni contatore è un modulo 16, quindi il loro collegamento da origine ad un contatore modulo 256.
Il collegamento in cascata dei due dispositivi è stato realizzato in modo tale che il contatore "high" , quello riguardante la parte alta del codice (a destra nello schema di fig. 4-13), riceva un fronte di clock utile tutte le volte che il contatore low, che riguarda i primi 4 bit del codice, arriva a fine conteggio.
I 74191 sono dispositivi in grado di effettuare un conteggio progressivo o regressivo a seconda del livello del piedino D/U (Up livello basso, Down livello alto), ed è quindi necessario che il fronte utile del clock del contatore High si abbia sia nel passaggio da 0 a 15 del conteggio, nel caso in cui questo sia progressivo, sia nel passaggio da 15 a 0, nel caso in cui il contatore stia decrementando.
A questo proposito il clock del contatore "high" è stato collegato al piedino RCO (ripple clock output) del contatore basso. Quest'ultimo fornisce un impulso positivo tutte le volte che il conteggio raggiunge il valore limite ( il massimo se conta in UP od il minimo se conta in DOWN).
Per evitare che i contatori effettuino un brusco passaggio dal massimo al minimo codice e viceversa, una logica esterna blocca il conteggio; la situazione di fine conteggio è segnalata dalle uscite MAX/MIN dei due dispositivi. I contatori sono invece bloccati utilizzando il piedino di "enable" G che interdice il conteggio quando vi viene posto un livello alto.
I 74191 sono contatori a preset programmabile, partono cioè da uno stato pre- impostato inserito sugli ingressi A B C D.
L'ingresso LOAD, se basso, permette il caricamento del codice programmato nel contatore, mentre abilita al normale conteggio se invece è forzato a livello alto.
La scheda, grazie a questa caratteristica, è già predisposta alla memorizzazione dell'ultimo volume selezionato, infatti i piedini A B C D dei due dispositivi sono stati collegati ad un jumper che potrà essere eventualmente connesso ad un sistema con memoria.

DESCRIZIONE DEL FUNZIONAMENTO DEL CIRCUITO DI CONTROLLO DEI CONTATORI
Il circuito in questione e' visibile in fig 4-2.
E' costituito dalla interconnessione di 5 sottosistemi che sono :
- il dispositivo antirimbalzo per i pulsanti (fig. 4-1);
- il controllo dell'azionamento dei contatori (fig. 4-3);
- la rete di disattivazione del clock a riposo (fig. 4-5);
- la rete di scambio di clock (fig. 4-7);
- la rete di disattivazione dei contatori per pressione simultanea di più tasti (fig. 4-9).

Nel primo sistema (fig. 4-1) i tasti UP, DOWN, RIGHT, LEFT, sono collegati alla logica di controllo attraverso l'integrato 74LS279 che contiene 4 latch SR connessi in modo da eliminare i rimbalzi indesiderati che nascono alla pressione di un tasto.

fig. 4-1

fig. 4-2

CONTROLLO DELL'AZIONAMENTO DEI CONTATORI
Il circuito preposto, isolato dello schema generale di fig. 4-2 e' il seguente:

fig. 4-3

Se si preme il tasto UP, all'uscita delle due porte and si ha un livello logico 0, gli ingressi D/U dei 2 contatori vanno bassi ed entrambi contano in modo UP.
Se viene premuto il tasto RIGHT, all'uscita della prima and si ha un livello logico 0, mentre si ha un 1 all'uscita della seconda. In questo caso il contatore destro conta in UP, mentre quello sinistro conta in DOWN.
Nel caso in cui si prema il tasto LEFT, l'uscita della seconda and va a 0, mentre quella della prima va a 1.
Di conseguenza il contatore destro conta in DOWN, mentre quello sinistro in UP.Se nessun tasto viene premuto, i contatori sono predisposti in conteggio DOWN.
Quanto esposto e' riassunto in tabella 4-4:

. tab. 4-4

RETE DI DISATTIVAZIONE DEL CLOCK CON TASTI A RIPOSO
Lo schema del circuito e' espresso in figura :

fig. 4-5

Quando i pulsanti sono a riposo, i contatori sono disabilitati perche' all' uscita alla OR U50D si ha un livello alto che agendo sull'ingresso RST del 4060 azzera la divisione di frequenza e tutti i bit.
Nel caso in cui sia attivato uno dei quattro tasti, all' uscita della OR si ha uno 0 percio' il 4060 viene abilitato nelle sue funzioni.

L'INTEGRATO 4060:
Il 4060 è un oscillatore che funziona come clock di sistema; può essere pilotato tramite una rete RC o con il collegamento di un quarzo. Per maggiori informazioni su questi collegamenti si rimanda alla consultazione dei corrispondenti fogli tecnici.
Al suo interno sono presenti 14 flip flop ciascuno dei quali divide per due la frequenza del segnale ricevuto in ingresso. Inoltre,come sopra accennato, e' presente un bit di ingresso ( RST, attivo alto ), che permette il blocco della divisione di frequenza e di tutti i bit.
In questo progetto il clock di sistema è stato realizzando con il collegamento di una rete RC, come mostra il seguente schema elettrico:

fig. 4-6

Utilizzando la formula:

e inserendo i valori del condensatore e della resistenza presenti nello schema elettrico precedente, si ottiene una frequenza di clock pari a 1.803.751,8 Hz. Le frequenze a noi necessarie ( 100 Hz e 50 Hz ), possono essere prelevate dai piedini 13 e 14 dell'integrato in quanto:

Questi sono i valori delle frequenze utilizzate nella rete di scambio dei clock analizzata di seguito.

RETE DI SCAMBIO DEI CLOCK
Dato che la regolazione del bilanciamento, necessita di un controllo fine, e il volume richiede una buona velocità di raggiungimento dei valori di fondoscala, si è pensato di far lavorare i contatori a due frequenze differenti. per questo viene inserito un 4060 nella scheda della regolazione volume e bilanciamento, che fornisce una frequenza molto bassa per il bilanciamento e una piu' alta per il volume.
Per selezionare le due diverse frequenze, si è pensato di realizzare una rete logica che configuri un multiplexer a due ingressi e un'uscita; in ingresso collegheremo i piedini Q13 e Q14 del 4060, che forniscono rispettivamente una frequenza di 110 Hz e 55 Hz, e in uscita ci sarà la frequenza selezionata (fig. 4-7).

fig. 4-7

Lo scambio di frequenza avviene quando vengono premuti i tasti LEFT e RIGHT dell'impianto, atti alla regolazione bilanciamento.
In particolare, se LEFT e RIGHT non vengono premuti la rete seleziona la frequenza di 100 Hz.
Quando uno dei tasti del bilanciamento viene premuto, la rete logica abilita in uscita Q14, che fornisce una frequenza di 50 Hz, come indica la tabella che segue:

tab. 4-8

RETE DI DISATTIVAZIONE DEI CONTATORI PER PRESSIONE SIMULTANEA DI PIU' TASTI
La disattivazione dei contatori in caso di pressione simultanea di più tasti di selezione (down, up, left, right) si rende necessaria perchè la scelta (erronea) di piu' di una funzione nello stesso momento porterebbe ad uno stato casuale dei contatori.

fig. 4-9

Analizziamo la funzione logica del circuito di figura e ricaviamo l'uscita:

applicando i teoremi di De Morgan e dell'algebra di Boole, ricaviamo che:

dove la

lettera D corrisponde al tasto down, la U all' up, la L al left e la R al tasto right. Inoltre queste lettere indicano le uscite dei rispettivi dispositivi antirimbalzo.
Ora e' possibile ricavare la tabella di verità:

tab. 4-10

Come si può vedere l'uscita è bassa solo nel caso che venga premuto un'unico tasto; la selezione simultanea di due o più pulsanti fa scattare l'uscita a 1. Questo livello alto va a forzare a livello alto l'uscita delle due OR. Inoltre agisce sugli enable dei due contatori ( attivi sul livello basso ), bloccandone il conteggio.

RETE DI DISATTIVAZIONE DEL CONTEGGIO AL RAGGIUNGIMENTO DEL VALORE DI FONDO SCALA.
Senza questo dispositivo (fig. 4-11), si correrebbe il rischio di passare dal valore massimo a quello minimo e viceversa con la pressione prolungata dei tasti di volume up e down. Questo perchè dalla tabella della verità dei contatori si vede che, una volta raggiunto il fondo scala superiore ( supponiamo che il contatore stia lavorando in up ), all'arrivo di un ulteriore fronte utile di clock, il contatore commuta tutte le sue uscite e si "setta" sul valore di fondo scala inferiore. Lo stesso accade quando il contatore (se conta in modo down ), raggiunge il fondoscala inferiore dato che all'arrivo di un ulteriore fronte utile le uscite vanno a commutare al valore di fondo scala superiore.

fig. 4-11

Senza questa rete i contatori non si arresterebbero al valore di fondo scala, ma commuterebbero da quello massimo a quello minimo o viceversa.
Quando il contatore modulo 256 ( formato da due contatori modulo 16 ) raggiunge gli estremi di conteggio manda alte le linee MX-MN/DX A E MX-MN/DX B. Questi livelli attivano le uscite delle AND U55B e U58A e le rispettive OR U50B e U50C vanno a disattivare i contatori attraverso il loro "enable" ( attivo basso).

4-2 IL CONTROLLO DEL VOLUME A COMANDO DIGITALE

fig. 4-12

Lo schema a blocchi qui rappresentato illustra la struttura del circuito atto a regolare l'ampiezza dei segnali ( CANALE SX / CANALE DX ) all'ingresso dei due finali da 60 Watt.
Come si vede in figura il circuito é composto da due convertitori DIGITALE/ANALOGICO ( rispettivamente DAC1 e DAC2 ) pilotati dal codice binario a 8 bit proveniente dal contatore UP/DOWN modulo 256. E' presente inoltre un amplificatore operazionale in configurazione convertitore CORRENTE/TENSIONE differenziale che fa la differenza dei due segnali in corrente Io1 e Io2 e la converte in tensione.
Come si vedra' di seguito la tensione Vout sara' proporzionale al prodotto fra Vin ed il codice prodotto dal contatore.

Analizziamo ora in dettaglio il funzionamento del circuito.
Con riferimento allo schema a blocchi precedente, si vede che all'ingresso Vref+ del DAC1 si presenta la somma di due correnti, rispettivamente Ir1 = Ii + I dove Ii é una corrente proporzionale al segnale d'ingresso Vi mentre I é una corrente fissa data dalla relazione Vcc/R9 ( é possibile scrivere questa relazione in virtù del fatto che esiste una massa virtuale sul piedino Vref+ in quanto Vref- é collegato a massa ).

IR1=Ii+I

IR2=I

La corrente di uscita dei due convertitori sarà data dal prodotto dei segnali in ingresso con il codice presente sul contatore:

IO1 = ( Vi/R8 + Vcc/R9 ) * ( B8/2 + B7/4 + .... + B1/256 )

IO2 = ( Vcc/R10 ) * ( B8/2 + B7/4 + .... + B1/256 )

L'operazionale comportandosi da convertitore I/V produce le tensioni V7 e Vt rispettivamente proporzionali alle correnti IO1 e IO2:

V7 = -IO1 * R7

Vt = -IO2 * Rt1

Inoltre essendo configurato come differenziale opera la differenza di V7 e Vt:

Vout = Vt - V7

Vout = -IO2 * Rt1 + IO1 * R7

Sostituendo nella formula precedente le espressioni delle correnti IO1 e IO2 otteniamo:

Vout = -Rt1 * Vcc/R10 * ( B8/2 + .... + B1/256 ) +R7 * ( Vi/R8 + Vcc/R9 ) * ( B8/2 + .... + B1/256 )

Essendo le resistenze R7, R8, R9, R10 e Rt1 uguali fra loro si arriva ad avere un'espressione con un termine proporzionale a Vi e due termini uguali ma di segno opposto che si annullano, producendo la seguente formula:

Vout = Vi * ( B8/2 + ...... + B1/256 )

Inevitabili differenze costruttive dei convertitori e delle resistenze causano un errore per il quale si avrà un offset non voluto. Con il trimmer Rt1 sarà possibile una regolazione precisa al fine di eliminare questo inconveniente.
Di conseguenza il controllo di volume ha una risoluzione di 1/256 della Vout massima. Questa scelta progettuale ha lo scopo di evitare che l'orecchio umano apprezzi la minima variazione di volume.
La scelta di usare due convertitori DAC in connessione differenziale e' scaturita dalla necessità di eliminare l'offset causato dalla conversione di una corrente costante da parte del DAC1(presente anche in assenza di segnale d'ingresso). In figura 4-13 e' rappresentato lo schema elettrico completo del sistema:

fig. 4-13

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