AT96-001  

  使用可程式之電壓控制振盪器(Programmable voltage control oscillator),可合成幾乎各種波形,而不必利用基本波形(方波、三角波、正弦波等),經過特殊的濾波電路(filter)來產生波形。本電路利用兩只電腦用的RAM晶片,來『建造』由使用者預先程式好的波形,用來取代傳統之電壓控制振盪電路。稍作修改,本電路還可做為多用途時序器(versatile sequencer)。電路元件使用CMOS元件,可達到速度快而耗電少的目的。

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  圖一所示之結構方塊圖,以及圖二所示之電路圖,顯示此一電路由五個基本電路構成:VCO、6位元(bit)計數器、記憶、鍵盤及編碼器、D/A轉換器,以及輸出電路。VOC本身為一精密電路,它所產生方波的頻率,與輸入電壓呈線性正比關係。IC1之工作點,由R11以及開關選擇之電容C1、C2或C3來決定。有三個頻率範圍可由S2來選定:聲頻用的100~10.000Hz、低頻用的1~100Hz,以及時序器用的0.1~1Hz。

  IC1之方波輸出,由腳7輸出進入IC2,被除上32,形成一6位元之位址,提供給記憶IC3以及IC4。如此所要的波形等分成三十二分,每一部分均有一特定之電壓水平。每一部分之電壓電位皆載入由IC3及IC4組成之記憶中(UC3及IC4為RAM)。每一個記憶位址,皆存有15位元之電位資料。因為每一個位址,皆依照次序由IC2將資料輸出,而這些電位資料是預先由使用者存放進去的。

  記憶的有效範圍是6位元x5位元,但是可以擴充至7位元x5位元。由實驗發現,記憶擴充超過6位元,VCO之頻率會超過最高工作頻率限制。如果電路僅使用S2所設定之兩個較低頻率範圍,可以擴充記憶,以求得最後輸出級更小的誤差。可是設計的人要明白,對記憶的每一個位址,都要利用鍵盤將有關之電位資料鍵入。如此一來,需要鍵入一百二十八個數目字。

  IC5唯一數位──類比轉換器(D/A converter),將數位輸出轉換成一類比形式之電流信號。後者則由Op-Amp IC6轉換成電壓信號,供整個信號產生器使用。

  要將波形資料存入記憶中,記憶之模態(mode)必須切至WRITE模態,方法是經由S2B使一高電位輸至IC8之腳8及腳6。另外高電位經由S4輸至IC2之腳2,將6位元計數器重定為零。而16個鍵之鍵盤,利用IC7來編號。當鍵按下時,IC7將資料準備停當之信號送至IC8A。如果讀寫開關S2切至寫(WRITE)模態,高電位傳至IC8,當資料被寫入記憶時,門閘電路會在腳10產生一低電位信號。為什麼要如此做,是因為如果記憶處於寫模態,而資料或位址發生變化,則會有資料漏失的可能性。因此,當資料信號穩定後,讀寫(READ/WRITE)信號線變為低電位,讓下一個位址開始。

  鍵盤由16個鍵組成,用來為IC4定程式,SHIFT鍵S3則用來為IC4定程式。有了SHIFT鍵可以使用16個鍵,而不需使用32鍵。鍵盤利用IC7之內部電路及電容C5,來防止反彈現象。C5同時控制資料輸出信號及資料準備好信號之間之延遲時間,而C6控制IC7之取樣速度。

  當沒有鍵被按下時,允許輸出之信號線腳14,被強迫進入低電位,如此資料輸出接腳進入高阻抗或三態狀況。當鍵按下時,資料準備好之信號線進入高電位,如果讀寫設定開關在WRITE位置上,IC8產生一低電位。如此使輸出接腳進入其應對之電位,以那一個鍵被按下為準。

製 作

  此一振盪電路可利用直接接線來製作,只是所有導線要愈短愈好。要注意的是,當輸出頻率高達10KHz時,將有高達500KHz之信號通過S2電路,所以相關接線必須盡量縮短。所有的CMOS元件要注意不為靜電所毀,外殼最好使用金屬質的,並且接地,以減少由IC1產生之RF干擾。電源可使用任何能提供直流電壓±4到±6V之供電電路,圖三所示為一標準之電源電路。

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使 用

  此一電路可用在三種應用狀況:做為VCO、做為包絡產生器(envelope generator),或者做為一時序器,除了能夠預先程式外,此一VCO與一般電路並沒有太大的不同。

  為此一電路定程式,其波形在垂直軸(電位大小)有32等分,而水平軸(時間)有64等分,你可利用方格紙先將所需的圖形描繪出來。將讀寫開關S2定在WRITE位置,按下S4使系統重定為零,然後利用鍵盤將每一水平等分之電位資料輸入。如果電位超過15個單位,則利用SHIFT鍵(S3)使按鍵號碼加上16。

  要將此電路改為時序器,將IC2之腳2與腳3連線切斷,連接腳3至並聯在一起的IC8之多出的門閘電路腳2及腳1,如此則成為一反相器,將反相器之輸出腳3連至IC8之腳13。

  移去由S2A接至IC2腳1之連線,將開關接腳接至IC8之腳12。如此這個門閘電路之兩個輸入端已接好。腳11輸出,在計數器在前64個計數時,會是反相的時鐘信號輸出。當第7個位元變成高電位,門閘(IC8)被禁止工作,如果IC8之腳11接至IC2之腳1,則計數會停止。

  要再開始時序,可經RESET按鈕S4將高電位輸至IC2之腳2。這樣計數器重新歸零,第7個位元變成低電位,使時鐘信號能再通過IC8。計數器IC2繼續工作,直至第7位元再變成高電位,阻止了時鐘信號。

  VCO及時序器可在多方面應用。舉例來說,你可以程式出各種你能夠想像出的波形,在電子合成音樂器上,發出各式聲音。 (取材自Computer & Electronics JULY/1983)

轉載音響技術第96期DEC. 1983 可任意規劃波形的信號產生器/石懷寧

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