Projektgruppe Montag

Institut f¨ur Energie und Automatisierungstechnik

Fachgebiet Mikroelektronik- Aufbau- und Verbindungstechniken Fachgebiet Elektronik und medizinische Signalverarbeitung

Projektorientiertes Praktikum

Professor Dr.-Ing. Reinhold Orglmeister Sommersemester 2019

Synthaff¨ are

Projektgruppe Montag

Betreuer:

Marvin Ageling Markos Bantouvakis

Max Genson Christian Hegeler

May 27, 2019

1 Einleitung 1

2 Teilnehmer, Gruppen und Organisatoren 2

3 Bedienungsanleitung 3

4 Projektgruppen 4

4.1 Interface . . . 4

4.1.1 Kleingruppe 1: ADC / DAC . . . 4

4.1.2 Kleingruppe 1 Zusammenfassung . . . 6

4.1.3 Kleingruppe 2: LCD / Taster . . . 6

4.1.4 Kleingruppe 2 Zusammenfassung . . . 10

4.1.5 Kleingruppe 3: LEDs Sim / Duty Cycle . . . 10

4.1.6 Kleingruppe 3 Zusammenfassung . . . 19

4.2 Klangerzeugung . . . 20

4.2.1 Voltage Controlled Oscillator . . . 20

4.2.2 Voltage Controlled Amplifier . . . 21

4.2.3 Low Frequency Oscillator . . . 22

4.3 Effekte 1 . . . 23

4.3.1 Echo . . . 23

4.3.2 Steiner Parker Filter . . . 26

4.3.3 Mixer . . . 29

4.3.4 Splitter . . . 31

4.3.5 Weißes Rauschen . . . 34

4.3.6 Distortion . . . 36

4.4 Effekte 2 . . . 41

4.4.1 ADSR - H¨ullkurvengenerator . . . 41

4.4.2 ADSR - Zusammenfassung . . . 44

4.4.3 Amplifier . . . 44

4.4.4 Amplifier - Zusammenfassung . . . 47

4.4.5 VCF - Voltage Controlled Filter . . . 48

4.4.6 VCF - Zusammenfassung . . . 51

5 Schlusswort 52

6 Quellenverzeichnis 53

6.1 Interface . . . 53

6.2 Klangerzeugzng . . . 53

6.3 Effekte 1 . . . 53

6.4 Effekte 2 . . . 53

1 Einleitung

Die Anwendung von Analog- und Digitalelektronik und Schaltungsentwurf spielt in vielen Gebieten der Elektrotechnik eine große Rolle.

Im Modul ”Projektlabor” haben wir die M¨oglichkeit bis dahin im Studium erworbenen Ken- ntnisse auf den praktischen Umgang mit Analog- und Digitalschaltungen, sei es beim Schal- tungsentwurf, beim Schaltungaufbau und bei der Analyse und Simulation anzuwenden.

Die Projektgruppe Montag des Projektlabors Sommersemester 2019 entwickelt und baut einen Synthesizer.

Daf¨ur haben wir uns in vier Hauptgruppen unterteilt, wobei in jeder Gruppe verschiedene Kleingruppen ihre eigene Schaltung entworfen haben. Alle Schaltungen werden am Ende miteinander verbunden.

Um ein funktionsf¨ahiges Ger¨at bauen zu k¨onnen, wurden zuerst einzelne Schaltungen in Simulationssoftware LTspice aufgebaut und simuliert.

Im n¨achsten Schritt wurde einen Testaufbau durchgef¨uhrt. Alle Schaltungen wurden auf den Steckbretter nachgebaut und mit Hilfe des Oszilloskops ¨uberpr¨uft und verbessert.

Zuletzt wurden die Schaltungen im EAGLE nachgebaut damit wir die Platinenlayouts erstellen k¨onnen.

In diesem Zwischenbericht teilen uns alle Mitglieder ihre eigene Ergebnisse mit.

2 Teilnehmer, Gruppen und Organisatoren

Gruppe : Interface

Betreuer : Markos Bantouvakis

Teilnehmer: Ahmed Martban, Mehdid Rekik, Ahmed Bellaaj, Shorif Alamgir, Dogal G¨ulcemal, Oumaima Mzabi, Miriam Zeineddine, Felix Reineke

Gruppe: Klangerzeugung Betreuer: Max Genson

Teilnehmer: Felix Viehrig, Mehli Ciftci, Fabio Polese, Upendra Bhattarai, Berk Kilic

Gruppe: Effekte 1

Betreuer: Christian Hegeler

Teilnehmer: Hamza Messaoudi, Bouraoui Hamadou, Maroua Doghri, Maryem Jabri, Alina Rey, Butsch Warns, Mert Sanal, Can Yilmaz, Azadeh Ataei

3 Bedienungsanleitung

4 Projektgruppen

4.1 Interface

In Abbildung 1 ist das Blockschaltbild zu sehen:

06.05.19 Seite 1/

MC

Mikrocontroller Ausgabe Eingabe

IR

LCD

DAC Seq Simulation

Figure 1: Blockschaltbild der Interfacegruppe

Wir haben uns daf¨ur entschieden, den Infarotsensor als Eingabe zu verwenden. Das eingegeben Signal wird dann des weiteren mithilfe des Microcontrollers weiter verarbeitet . Zur Ausgabe der Ergebnisse wird schließlich die LCD verwendet welche ebenfalls mittels Microcontroller programmiert wurde.

4.1.1 Kleingruppe 1: ADC / DAC

Die Aufgabe der DAC/ADC Gruppe ,bestehend aus Mehdi Rekik,Ahmed Bellaaj und Ahmed Martban, ist es den Digital-Analog-Wandler sowie den Analog-Digital-Wandler zu realisieren und den Poti sowie Infarotsensor zu verwenden.Zun¨achst haben wir ¨Uberlegungen getroffen wie wir den DAC realisieren m¨ochten.Hierbei haben sich verschiedene Schaltungsm¨oglichkeiten erwiesen.Aus pragmatischen Gr¨unden haben wir f¨ur die Realisierung des Digital-Analog- Wandlers uns f¨ur das R2R-Widerstandsnetzwerk entschieden.Hierbei sind wir auf verschiede-

nen Internetseiten wie microcontroller.net f¨undig geworden.In Abbildung 4.1.1 sei die Schal- tung schematisch dargestellt.

Figure 2: R2R-Netzwerk Prinzipieller Aufbau in LT-Spice

Hierbei haben wir das R2R Netzwerk einfach auf dem Steckbrett realisiert mit ca. R=15kΩ und 2R=30kΩ.Nun war der DAC realisiert worden und es blieb uns nur noch ¨ubrig die Schal- tung mit einem Testdurchlauf auf Richtigkeit zu pr¨ufen.Hierbei haben wir den Microcon- troller ans Steckbrett gesteckt und ihn mittels USB-Anschluss an den PC verbunden.Die jeweiligen Bits wurden mit den Pins des AtMega 32 auf dem Steckbrett verbunden.Mit der Programmierumgebung Atmel studio 7 haben wir eine Testdatei erstellt und den Microcon- troller angesteuert.Das Widerstandsnetzwerk war richtig realisiert und die LEDs haben wie gew¨unscht geblinkt.

Ahmed Martban

Figure 3: Aufbau des R2R-Widerstandsnetzwerk mit LEDs

Nun ist es unsere Aufgabe gewesen mittels ADU den Infarotsensor zu realisieren und

den Poti aufzubauen. Hierzu haben wir uns f¨ur den 8 Bit ADU auf 14 Stufen statt den eigentlichen 255 Stufen entschieden.Wir haben uns f¨ur 14 Stufen entschieden da wir 12 T¨one zur Verf¨ugung haben und die erste sowie letzte Stufe kein Ton ergeben soll.Dies liegt daran,dass mit zunehmender Entfernung vom Infarotsensor verschiedene T¨one ausgegeben werden.Hierbei entf¨allt der Ton f¨ur den Fall,dass keine Entfernung vom Infarotsensor vorliegt und f¨ur den Fall das wir mehr als circa 40cm vom Sensor entfernt sind.

Mehdi Rekik

Dazwischen werden die 12 T¨one Bin¨ar codiert.Der ADU war bereits in dem AtMega32 Microcontroller integriert. In Abbildung 3 ist die zuletzt bearbeitete Schaltung zu se- hen, welche mit dem R2R Widerstandsnetzwerk und aneinandergereihten LEDs realisiert wurde.Nun haben wir mit Atmel Studio 7 die LEDs in einem bestimmten Takt zum Blinken gebracht. Schließlich haben wir auf Eagle die Schaltung realisiert und uns vorher mit den anderen Teilgruppen auf die Pinbelegungen geeinigt.

Ahmed Bellaaj

4.1.2 Kleingruppe 1 Zusammenfassung

Zusammenfassend l¨asst sich sagen, dass wir unsere vorgenommenen Ziele erreicht haben.

Zuerst traten einige Fehler beim Programm des DACs auf jedoch konnten wir sie schließlich beheben.

4.1.3 Kleingruppe 2: LCD / Taster

Das LCD kann unseres Erachtens nach als Schmuckst¨uck des Synthesizers betrachtet werden.

F¨ur m¨ogliche Visualisierung und eine bessere Darstellung der bet¨atigten Funktionen haben wir uns dies als Aufgabe vorgenommen. Als Grundfundament um mit der Materie direkt vertraut zu werden, haben wir uns Internetseiten wie https://mikrocontroller.net angeschaut damit uns das Programmieren mittels dem AT-Mega32 einfacher f¨allt. Als LCD haben wir den 16x2 benutzt(vorl¨aufig):

Figure 4: Der LCD 16x2 den wir als Kleingruppe benutzen

Unsere Aufgabe ist es mittels dem AT-Mega32 einen LCD/ (Taster) zu realisieren. Di- rekt am Anfang musste man sich mit der Pinbelegung des AT-Mega32 vertraut machen daraufhin konnte mit dem Steckbrett die Verbindung (unten zu sehen) nachgebaut werden.

Zudem ist noch hinzuzuf¨ugen, dass wir ausschliesslich mit 5V am Mikrocontroller arbeiten (diese wurde auch so im Schnittstellentermin festgelegt). Nach einigen fehl versuchen die Strombegrenzung einigermassen hinzubekommen, haben wir es dann doch geschafft.

Figure 5: Schaltplan mit Pinbelegung mit dem AT-Mega32 und der LCD 16x2 in 4-Bit Modus

Mittels dem Programm Atmel Studio 7.0 konnten wir mit Hilfe eines Debuggers die Codes auf den AT-Mega32 raufladen. Unsere Aufgabe als Kleingruppe war es explizit die

LCD ¨Hello ProLab¨anzeigen zu lassen, um einen Einstieg in die Mikrocontroller Welt zu wa- gen. Der Code, den wir erstellt haben, wurde nachdem hinzuf¨ugen der jeweiligen Bibliotheken mehrmals ausgef¨uhrt, jedoch kam es bis dato noch zu keiner erfolgreichen Anzeige. Bei den Zusatzterminen am 14.05.2019 und 15.05.2019 kamen wir zu einem Erfolg und konnten die LCD erfolgreich ansteuern mittels dem Mikrocontroller (durch Ver¨anderung des Codes und der Bibliothek). Schlussendlich konnten wir auch 6 Taster realisieren, die auch vom Mikro- controller beim Draufdr¨ucken erkannt wurden, um auch zu sehen, ob die Taster funktionieren, haben wir zus¨atzlich 6 Dioden verschaltet.

Figure 6: Unsere Finale Schaltung wobei die Taster die Grundstruktur (up,down,left,right,escape,okay) eines ’Spielecontrollers’ aufweisen)

Wir haben es schon geschafft, dass bei einem Draufdr¨ucken von einem Taster der erste Men¨upunkt erscheint und man die Optionen darin ausw¨ahlen kann. Die finale Schaltung wird in den n¨achsten Tgane mittels Eagle designet und das Layout der Platine wird fertiggestellt zudem wird es auf den ¨Atztermin vorbereitet.

Dogan G¨ulcemal

- Beim dritten Labortermin erfolgte die Gruppeneinteilung, sodass jede Kleingruppe sich mit einer bestimmten Aufgabe besch¨aftigen kann. Die Aufgabe der Gruppe LCD/Taster, die aus Oumaima, Dogan und Shorif besteht, ist mit Hilfe des Mikrocontrollers die LCD zu

steuern sowie ein Men¨u mit Taster zu realisieren.

- Beim vierten Labortermin (13.5) wurde die Schaltung bestehend aus LCD/

MikrocontrollerMikrocontroller/Potentiometer und Drahtbr¨ucken auf dem Steckbrett aufge- baut. Um die Schaltung zu testen, wurde ein Code implementiert, der ’Hello Prolab’ auf LCD anzeigen l¨asst.

- Beim f¨unften und sechsten Labortermine (14.5 und 15.5) wurde die schon aufgebaute Schaltung erweitert. 6 Taster wurden hinzugef¨ugt, damit man ein Men¨u auf LCD realisieren kann (6 Dioden wurden zus¨atzlich verschaltet damit man feststellen kann, das die Taster gut funktionieren ).

- Beim siebten Labortermin (20.5) wurde einerseits die Schaltung mittels Eagle erstellt.

Andererseits wurde die Grundstruktur des Men¨us programmiert. Ein Plan f¨ur die Grundstruk- tur des Men¨us ist in der folgenden Abbildung einzusehen:

Figure 7: Plan und Funktionsweise der Grundstruktur des Men¨us

Oumaima Mzabi

Nun werden im folgenden Text zun¨achst das Men¨u bzw. der Ablauf der Anzeige an der LCD erl¨autert. Anfangs kommt es zu einem Einf¨uhrungssatz, welcher folgendermaßen lautet

’Hallo Prolab!’, daraufhin wechselt die LCD direkt automatisch in das Men¨u, welche zuerst in der ersten Zeile ’Demo’ und in der zweiten Zeile ’Komposition’ aufzeigt, jedoch kann zun¨achst nur auf den Punkt Demo zugegriffen werden.

Mit der unteren Taste gelangt man dann auf die ’Komposition’ und beim erneuten Dr¨ucken auf ’Spiel’, zudem kann hierbei auch jedes Mal hochgedr¨uckt werden wie bspw. von Demo

hoch zu Spiel und weiter hoch zu Komposition und zuletzt wieder auf Demo, ein Kreislauf.

Nachdem erstmal das Grundmen¨u erkl¨art wurde wird jetzt auf die weiteren Unterpunkte eingegangen. Von der Demo aus, mit der ok Taste, kann auf 4 fixe Lieder zugegriffen werden, die vorher gespeichert worden sind und an den man weiterhin nicht mehr weiterarbeiten kann.

Unter dem Men¨upunkt Komposition gelangt man dann auf wieder auf vier Auswahlm¨oglichkeiten, n¨amlich Komposition 1-4, hier k¨onnen Lieder komponiert werden und gespeichert werden, der Unterschied zur Demo ist auch noch, dass die vier Komposition 1-4 jederzeit mit neuen Liedern ¨uberschrieben werden k¨onnen. Nun noch zum letzten Men¨upunkt Spiel, hier kann schlichtweg einfach mit den Noten gespielt werden.

Shorif Alamgir

4.1.4 Kleingruppe 2 Zusammenfassung

Zusammenfassung mit Fazit, was hat geklappt, was funktioniert nicht so gut.

4.1.5 Kleingruppe 3: LEDs Sim / Duty Cycle

Die LED-Simulation, Duty Cycle -Gruppe besteht aus Felix Reineke und Miriam Zeineddine.

Aufgabe dieser Gruppe ist es den Duty Cycle zu erstellen und daf¨ur zu sorgen, dass die LEDs im Takt der eingegebenen Noten aufleuchten. Es werden immer 8 Noten eingegeben und mit Hilfe von 8 LEDs simuliert.

Es wurde erst ab dem vierten Labortermin angefangen in den Kleingruppen zu arbeiten.

Zuerst wurde der Timer Interrupt aktiviert. Der dazugeh¨orige Code ist unter Listing 1 zu sehen.

Außerdem wurde ein Programm zur Ansteuerung des Demultiplexers (HC4051E) geschrieben.

Eine dazugeh¨orige Schaltung wurde auf einem Steckbrett aufgebaut und ist in Abbildung 8 zu sehen. Das Programm wurde getestet und es traten keine Probleme auf. Die LEDs haben in der richtigen Reihenfolge geleuchtet.

1 # include <avr / io .h >

2 # include <avr / interrupt .h >

3 # define LED PA1 4 # define Taster PA0

5 # define PeriodInSeconds 1 6 # define OnTimeInPercent 50

7

8 v o i d I n i t P o r t s ( v o i d )

9 {

10 DDRA = 0 xFF ;

11 DDRA &= ˜ ( 1 << T a s t e r ) ; // T a s t e r i s t E i n g a n g 12 DDRB = 0 xFF ;

13 DDRC = 0 xFF ; 14 DDRD = 0 xFF ;

15 PORTA = 0 x00 ; // P o r t A a u f Low 16 PORTB = 0 x00 ; // P o r t B a u f Low 17 PORTC = 0 x00 ; // P o r t C a u f Low 18 PORTD = 0 x00 ; // P o r t D a u f Low 19 }

20

21 v o i d m a c h k e i n S c h e i s s ( v o i d ) 22 {

23 PORTA = 0 x00 ; // P o r t A a u f Low 24 PORTB = 0 x00 ; // P o r t B a u f Low 25 PORTC = 0 x00 ; // P o r t C a u f Low 26 PORTD = 0 x00 ; // P o r t D a u f Low 27 }

28

29 v o i d I n i t T i m e r 0 ( v o i d ) // Timer0 i n i t i a l i s i e r e n 30 {

31 TCCR0 = (1<<CS01 ) ; // Timer0 a u f P r e s c a l e r 8

32 //TCCR0 = (1<<CS02 )|(1<<CS00 ) ; // Timer0 a u f P r e s c a l e r 1024 33 TCNT0 = 0 x00 ; // E r s t e r Z e i t w e r t

34 TIMSK |= ( 1 << TOIE0 ) ; // a k t i v i e r e Timer I n t e r r u p t 35 s e i ( ) ; // a k t i v i e r e g l o b a l e n I n t e r r u p t 36 TIFR |= ( 1 << TOV0) ; // I n t e r r u p t F l a g l o e s c h e n 37 }

38

39 u i n t 8 t T a s t e r F l a n k e = 0 ; // I n i t i a l i s i e r u n g d e r V a r i a b l e f u e r e i n e F l a n k e n s p e i c h e r u n g vom T a s t e r

40 u i n t 1 6 t t i c k = 0 ; 41

42 int main ( v o i d ) 43 {

44 I n i t P o r t s ( ) ;

45 I n i t T i m e r 0 ( ) ; // i n i t i a l i s i e r e den Timer 0 um d i e G e n e r a t i o n von I n t e r r u p t s zu s t a r t e n

46 while( 1 ) // R e s t p a s s i e r t in I n t e r r u p t s

47 {

48 /∗// LED m i t T a s t e r T e s t

49 if ( ( PINA != ( 1 << T a s t e r ) ) && ( T a s t e r F l a n k e ==0) ) // T a s t e r 1 g e d r u e c k t

50 {

51 T a s t e r F l a n k e =1; // Z u s t a n d w i r d g e s p e i c h e r t 52 }

53 else if ( ( PINA == ( 1 << T a s t e r ) ) && ( T a s t e r F l a n k e ==1) ) // T a s t e r 1 l o s g e l a s s e n

54 {

55 PORTA |= ( 1 << LED ) ; // LED an

56 T a s t e r F l a n k e =0; // Z u s t a n d w i r d g e s p e i c h e r t 57 }∗/

58 } 59

60 m a c h k e i n S c h e i s s ( ) ; // f u e r d i e S i c h e r h e i t , wenn z u v o r jemand d i e S c h l e i f e v e r l a e s s t

61 } 62

63 ISR ( TIMER0 OVF vect ) // Timer0 I n t e r r u p t 64 {

65 // Magic Number 7 8 : 78=16000000/8/256/100

66 ( d a m i t e r w i s c h e i c h e i n e Z e n t i s e k u n d e ) 67 t i c k ++;

68 if( t i c k<=78∗O n T i m e I n P e r c e n t∗P e r i o d I n S e c o n d s ) 69 PORTA |= ( 1 << LED ) ;

70 else

71 PORTA &= ˜ ( 1 << LED ) ;

72 if( t i c k ==78∗100∗P e r i o d I n S e c o n d s +1) 73 t i c k =0;

74 TIFR |= ( 1 << TOV0) ; // I n t e r r u p t F l a g l o e s c h e n 75 }

Figure 8: Schaltung mit Demultiplexer

Miriam Zeineddine

Es wurde der Eingabebuffer entwickelt und ein Programm zur Verarbeitung der T¨one aus dem Eingabebuffer geschrieben. Allerdings ist das Problem aufgetreten, dass das Programm immer wieder die vergangenen Cycles ausf¨uhrt, aber es wurde eine L¨osung f¨ur das Problem gefunden.

Des Weiteren wurden die Schnittstellen f¨ur die ADC/DAC- und LCD/Taster-Gruppe bereit- gestellt. Die Kleingruppen sind dadurch in der Lage sich vergangene T¨one oder T¨one, welche gerade abgespielt werden, zu nehmen und sie zu bearbeiten. Nach der Bearbeitung k¨onnen diese T¨one wieder in den Buffer eingef¨ugt werden. Im weiteren Verlauf (Lisitng 2) ist das Programm zu sehen.

Anzumerken ist, dass das Programm in Kombination mit der IDE Atmel Studio erstellt wurde.

1 # include <avr / io .h >

2 # include <avr / interrupt .h >

3 # define LED PA1 4 # define Taster PA0

5 # define PeriodInSeconds 1 6

7 t y p e d e f s t r u c t

8 {

9

10 u i n t 8 t O n T i m e I n P e r c e n t ; 11 u i n t 8 t Note ;

12 u i n t 8 t p e n d i n g ; 13 }s o u n d i n f o ; 14

15 s o u n d i n f o s o u n d [ 8 ] [ 9 ] ; // M a t r i x m i t T o n i n f o s 16 u i n t 8 t s o u n d i =0;

17 u i n t 8 t s o u n d j =0;

18 u i n t 1 6 t t i c k = 0 ; 19

20 v o i d I n i t P o r t s ( v o i d ) 21 {

22 DDRA = 0 xFF ;

23 DDRA &= ˜ ( 1 << T a s t e r ) ; // T a s t e r i s t E i n g a n g 24 DDRA &= ˜ ( 1 << PA5 ) ; // ADC i s t E i n g a n g 25 DDRB = 0 xFF ;

26 DDRC = 0 xFF ;

27 DDRC &= ˜ ( 1 << PC0 ) ; // T a s t e r i s t E i n g a n g 28 DDRC &= ˜ ( 1 << PC1 ) ; // T a s t e r i s t E i n g a n g 29 DDRC &= ˜ ( 1 << PC2 ) ; // T a s t e r i s t E i n g a n g 30 DDRC &= ˜ ( 1 << PC3 ) ; // T a s t e r i s t E i n g a n g 31 DDRC &= ˜ ( 1 << PC4 ) ; // T a s t e r i s t E i n g a n g 32 DDRC &= ˜ ( 1 << PC5 ) ; // T a s t e r i s t E i n g a n g 33 DDRD = 0 xFF ;

34 PORTA = 0 x00 ; // P o r t A a u f Low 35 PORTB = 0 x00 ; // P o r t B a u f Low 36 PORTC = 0 x00 ; // P o r t C a u f Low 37 PORTD = 0 x00 ; // P o r t D a u f Low 38 }

39

40 v o i d m a c h k e i n S c h e i s s ( v o i d ) 41 {

42 PORTA = 0 x00 ; // P o r t A a u f Low 43 PORTB = 0 x00 ; // P o r t B a u f Low 44 PORTC = 0 x00 ; // P o r t C a u f Low 45 PORTD = 0 x00 ; // P o r t D a u f Low 46 }

47

48 v o i d I n i t T i m e r 0 ( v o i d ) // Timer0 i n i t i a l i s i e r e n 49 {

50 TCCR0 = (1<<CS01 ) ; // Timer0 a u f P r e s c a l e r 8 51 TCNT0 = 0 x00 ; // E r s t e r Z e i t w e r t

52 TIMSK |= ( 1 << TOIE0 ) ; // a k t i v i e r e Timer I n t e r r u p t 53 s e i ( ) ; // a k t i v i e r e g l o b a l e n I n t e r r u p t 54 TIFR |= ( 1 << TOV0) ; // I n t e r r u p t F l a g l o e s c h e n 55 }

56

57 v o i d I n i t S o u n d ( v o i d ) 58 {

59 for( u i n t 8 t i =0; i<=7; i ++) 60 {

61 for( u i n t 8 t j =0; j<=8; j ++) 62 {

63 s o u n d [ i ] [ j ] . O n T i m e I n P e r c e n t = 0 ; 64 s o u n d [ i ] [ j ] . Note = 0 ;

65 s o u n d [ i ] [ j ] . p e n d i n g = 0 ; // Z e i l e i s t v e r a r b e i t e t bzw f r e i 66 }

67 } 68 } 69

70 /∗

71 ∗ S c h n i t t s t e l l e f u e r LCD−Gruppe 72 ∗

73 ∗ D i e l e t z t e T o n f o l g e k o e n n t i h r a b r u f e n m i t

74 ∗ s o u n d [ s o u n d i ] [ 0 ] . Note f u e r d i e e r s t e Note , s o u n d [ s o u n d i ] [ 7 ] . Note f u e r d i e l e t z t e Note ,

75 ∗ s o u n d [ s o u n d i ] [ 0 ] . O n T i m e I n P e r c e n t f u e r d i e e r s t e An−Z e i t , s o u n d [ s o u n d i ] [ 7 ] . O n T i m e I n P e r c e n t f u e r d i e l e t z t e An−Z e i t . 76 ∗

77 ∗ D i e s e 8 Toene k ? n n t i h r dann m o d i f i z i e r e n und m i t PutSound w i e d e r a b s p i e l e n l a s s e n .

78 ∗/

79

80 u i n t 8 t PutSound ( u i n t 8 t n o t e 1 , u i n t 8 t n o t e 2 , u i n t 8 t n o t e 3 , u i n t 8 t n o t e 4 , u i n t 8 t n o t e 5 , u i n t 8 t n o t e 6 , u i n t 8 t n o t e 7 , u i n t 8 t n o t e 8 , u i n t 8 t on1 , u i n t 8 t on2 , u i n t 8 t on3 , u i n t 8 t on4 , u i n t 8 t on5 , u i n t 8 t on6 , u i n t 8 t on7 , u i n t 8 t on8 ) // g i b t 1 b e i M i s s e r f o l g z u r u e c k

81 {

82 u i n t 8 t f a i l e d = 1 ;

83 for( u i n t 8 t i =s o u n d i ; ( i<=7) && ( f a i l e d ==1) ; i ++) 84 {

85 if( s o u n d [ i ] [ 8 ] . p e n d i n g == 0 ) 86 {

87 s o u n d [ i ] [ 0 ] . Note = n o t e 1 ; 88 s o u n d [ i ] [ 1 ] . Note = n o t e 2 ; 89 s o u n d [ i ] [ 2 ] . Note = n o t e 3 ; 90 s o u n d [ i ] [ 3 ] . Note = n o t e 4 ; 91 s o u n d [ i ] [ 4 ] . Note = n o t e 5 ; 92 s o u n d [ i ] [ 5 ] . Note = n o t e 6 ; 93 s o u n d [ i ] [ 6 ] . Note = n o t e 7 ; 94 s o u n d [ i ] [ 7 ] . Note = n o t e 8 ;

95 s o u n d [ i ] [ 0 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on1 ; 96 s o u n d [ i ] [ 1 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on2 ; 97 s o u n d [ i ] [ 2 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on3 ; 98 s o u n d [ i ] [ 3 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on4 ; 99 s o u n d [ i ] [ 4 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on5 ; 100 s o u n d [ i ] [ 5 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on6 ; 101 s o u n d [ i ] [ 6 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on7 ; 102 s o u n d [ i ] [ 7 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on8 ;

103 s o u n d [ i ] [ 8 ] . p e n d i n g = 1 ; // Z e i l e w a r t e t bzw w i r d v e r a r b e i t e t 104 f a i l e d = 0 ;

105 break;

106 }

107 }

108

109 if( f a i l e d ==1)

110 {

111 for( u i n t 8 t i =0; ( i<s o u n d i ) && ( f a i l e d ==1) ; i ++)

112 {

113 if( s o u n d [ i ] [ 8 ] . p e n d i n g == 0 )

114 {

115 s o u n d [ i ] [ 0 ] . Note = n o t e 1 ; 116 s o u n d [ i ] [ 1 ] . Note = n o t e 2 ; 117 s o u n d [ i ] [ 2 ] . Note = n o t e 3 ; 118 s o u n d [ i ] [ 3 ] . Note = n o t e 4 ; 119 s o u n d [ i ] [ 4 ] . Note = n o t e 5 ; 120 s o u n d [ i ] [ 5 ] . Note = n o t e 6 ; 121 s o u n d [ i ] [ 6 ] . Note = n o t e 7 ; 122 s o u n d [ i ] [ 7 ] . Note = n o t e 8 ;

123 s o u n d [ i ] [ 0 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on1 ;

124 s o u n d [ i ] [ 1 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on2 ; 125 s o u n d [ i ] [ 2 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on3 ; 126 s o u n d [ i ] [ 3 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on4 ; 127 s o u n d [ i ] [ 4 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on5 ; 128 s o u n d [ i ] [ 5 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on6 ; 129 s o u n d [ i ] [ 6 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on7 ; 130 s o u n d [ i ] [ 7 ] . O n T i m e I n P e r c e n t = on8 ;

131 s o u n d [ i ] [ 8 ] . p e n d i n g = 1 ; // Z e i l e w a r t e t bzw w i r d v e r a r b e i t e t 132 f a i l e d = 0 ;

133 break;

134 }

135 }

136 }

137 return f a i l e d ;

138 }

139

140 v o i d GetN extS ound ( v o i d )

141 {

142 if( s o u n d i +1 <= 7 )

143 {

144 if( s o u n d [ s o u n d i + 1 ] [ 8 ] . p e n d i n g ==1)

145 {

146 s o u n d [ s o u n d i ] [ 8 ] . p e n d i n g =0; // a k t u e l l e Z e i l e i s t v e r a r b e i t e t bzw f r e i

147 s o u n d i ++;

148 }

149 }

150 else

151 {

152 if( s o u n d [ 0 ] [ 8 ] . p e n d i n g ==1)

153 {

154 s o u n d [ s o u n d i ] [ 8 ] . p e n d i n g =0; // a k t u e l l e Z e i l e i s t v e r a r b e i t e t bzw f r e i

155 s o u n d i =0;

156 }

157 }

158 s o u n d j =0; // B e g i n n n a e c h s t e r Sound

159 }

160 161 /∗

162 ∗ S c h n i t t s t e l l e f u e r DAC−Gruppe 163 ∗/

164

165 u i n t 8 t G e t A c t u a l N o t e ( v o i d )

166 {

167 return s o u n d [ s o u n d i ] [ s o u n d j ] . Note ;

168 }

169

170 v o i d U p d a t e D e M u l t i p l e x e r ( v o i d )

171 {

172 u i n t 8 t temp ; 173 temp=PORTA ;

174 temp&=0b11 100 011 ; 175 temp|= ( s o u n d j << PA2 ) ; 176 PORTA=temp ;

177 }

178

179 int main ( v o i d )

180 {

181 u i n t 8 t T a s t e r F l a n k e = 0 ; // I n i t i a l i s i e r u n g d e r V a r i a b l e f u e r e i n e F l a n k e n s p e i c h e r u n g vom T a s t e r

182 I n i t P o r t s ( ) ;

183 I n i t T i m e r 0 ( ) ; // i n i t i a l i s i e r e den Timer 0 um d i e G e n e r a t i o n von I n t e r r u p t s zu s t a r t e n

184 I n i t S o u n d ( ) ;

185 PutSound ( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 ) ; //

B e i s p i e l s o u n d

186 while( 1 ) // R e s t p a s s i e r t in I n t e r r u p t s

187 {

188 U p d a t e D e M u l t i p l e x e r ( ) ;

189 if( ! ( PINA && ( 1 << T a s t e r ) ) && ( T a s t e r F l a n k e ==0) ) // T a s t e r g e d r u e c k t 190 T a s t e r F l a n k e =1; // Z u s t a n d w i r d g e s p e i c h e r t

191 else if( ( ( PINA && ( 1 << T a s t e r ) ) ) && ( T a s t e r F l a n k e ==1) ) // T a s t e r l o s g e l a s s e n

192 {

193 PutSound ( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 1 0 0 , 1 0 0 , 1 0 0 , 1 0 0 , 1 0 0 , 1 0 0 , 1 0 0 , 1 0 0 ) ; // B e i s p i e l s o u n d

194 T a s t e r F l a n k e =0; // Z u s t a n d w i r d g e s p e i c h e r t

195 }

196 }

197 m a c h k e i n S c h e i s s ( ) ; // f u e r d i e S i c h e r h e i t , wenn z u v o r jemand d i e S c h l e i f e v e r l a e s s t

198 }

199 ISR ( TIMER0 OVF vect ) // Timer0 I n t e r r u p t

200 {

201 // Magic Number 7 8 : 78=16000000/8/256/100 ( d a m i t e r w i s c h e i c h e i n e Z e n t i s e k u n d e )

202 t i c k ++;

203 if( s o u n d [ s o u n d i ] [ 8 ] . p e n d i n g ==1)

204 {

205 if( t i c k<=78∗s o u n d [ s o u n d i ] [ s o u n d j ] . O n T i m e I n P e r c e n t∗P e r i o d I n S e c o n d s ) 206 PORTA |= ( 1 << LED ) ;

207 else

208 PORTA &= ˜ ( 1 << LED ) ;

209 }

210 if( t i c k ==78∗100∗P e r i o d I n S e c o n d s )

211 {

212 t i c k =0;

213 if( s o u n d [ s o u n d i ] [ 8 ] . p e n d i n g ==1)

214 {

215 if( s o u n d j +1==8) // Sound v o r b e i

216 Ge tNe xtSo und ( ) ; // B e g i n n n a e c h s t e r Sound

217 else

218 s o u n d j ++; // B e g i n n n a e c h s t e r Ton

219 }

220 }

221 TIFR |= ( 1 << TOV0) ; // I n t e r r u p t F l a g l o e s c h e n

222 }

Felix Reineke

4.1.6 Kleingruppe 3 Zusammenfassung

Zusammenfassend kann man sagen, dass wir unsere gesetzten Ziele erreicht haben. Wie bereits schon erw¨ahnt, trat ein Problem bei der Verarbeitung der T¨one aus dem Eingabebuffer auf. Allerdings wurde das Problem wieder gel¨ost.

4.2 Klangerzeugung

Die Guppe Klangerzeugung besch¨aftigt sich mit der – Klangerzeugung f¨ur den Synthesizer.

Wir haben uns in drei Teilgruppen aufgeteilt: VCO, VCA und LFO. Die folgenden Teilgruppen und ihre Ziele werden im folgenden beschrieben. Weiterhin folgt unser Blockschaltbild.

Figure 9: Blockschaltbild

4.2.1 Voltage Controlled Oscillator

Ziel des Voltage Controlled Oscillators (VCO) ist es ein Signal in Abh¨angigkeit einer Steuerspan- nung auszugeben. Die Steuerspannung liegt hierbei zwischen 0V und 5V. Ziel ist es mit dieser Steuerspannung einen Bereich von 32,7 Hz bis 1046,5 Hz abzudecken. Ebenfalls soll eine Erh¨ohung der Steuerspannung um einen Volt, die Ausgangsfrequenz verdoppeln, was einem Ubertragungsverh¨¨ altnis von 1V/Octave entspricht.

Zur Erzeugung zweier Signale wird ein Dreieck-Rechteck-Generator verwendet. Dieser besteht aus einem Integrator und einem Schmitt-Trigger. Bei der Umsetzung ist drauf zu achten, dass der Kondensator im R¨uckkoppelpfad des Integrators nicht zu groß gew¨ahlt wird, da das Laden bzw. Entladen zu viel Zeit in Anspruch nimmt und so es schwierig wird die volle Reichweite des VCO’s zu erreichen.

Felix Viehrig

Ein Problem des Dreieck-Rechteck-Generators ist das lineare ¨Ubertragungsverh¨altnis. Da jedoch ein exponentielles ¨Ubertragungsverh¨altnis ben¨otigt wird um die 1V/Octave umzuset- zen, wurde anfangs ¨uber eine Exponentierung der Steuerspannung nachgedacht, welche je- doch verworfen wurde. Es wurde festgestellt, dass der Widerstand des Integrators mit einer Exponentiellen ¨Anderung auch die Frequenz des VCO’s sich exponentiell ¨andert.

Um dies umzusetzen, wird der Widerstand durch einen Photo-Resistor ersetzt und eine weit- ere Schaltung aufgebaut, welche eine Diode betreibt. Die Helligkeit der Diode wird ¨uber die Steuerspannung geregelt. Da diese jedoch zwischen 0V und 5V sich befindet und die Diode mindestens eine Spannung von 0,7V ben¨otigt, wird mit Hilfe eines Addierers noch eine Spannung von 1V auf die Steuerspannung addiert.

Melih Ciftci

4.2.2 Voltage Controlled Amplifier

Mit dem Voltage Controlled Amplifier soll ein eingehendes Signal spannungsgesteuert ¨ubertragen werden. Der VCA hat zwei Eing¨ange, die Steuerspannung und das Audiosignal, und als Au- gang das ggf. ver¨anderte Audiosignal. Mithilfe der positiven Steuerspannung kann eingestellt werden, mit welcher Verst¨arkung das Originalsignal weitergeleitet wird. Dabei ist wichtig, dass eine maximale Verst¨arkung von 1 gegeben ist, das Signal also nur abged¨ampft werden kann. Der VCA erm¨oglicht durch diese Steuerung verschiedene Modulationsm¨oglichkeiten zur Anpassung der Lautst¨arke, Sounddesign durch Nutzung m¨oglicher H¨ullkurvengeneratoren und Effekte wie den Tremolo- oder Vibratoeffekt.

Bei der Realisierung haben wir uns entschieden, die Spannungssteuerung mithilfe eines Vac- trols umzusetzen. Ein Vactrol ist eine Kombination aus einer LED und einem Fotowider- stand. Durch Regulierung des ausgestrahlten Lichts der LED, kann der Widerstandswert angepasst werden. F¨ur unseren VCA wird der notwendige Stromfluss durch die LED ¨uber die Steuerspannung geregelt, die dann wiederum den Widerstandswert des Fotowiderstands festsetzt.

Upendra Bhattarai

Dieser Fotowiderstand ist Bestandteil einer invertierenden Verst¨arkerschaltung, durch die das Audiosignal gespeist wird. Der invertierende Verst¨arker ist eine der Grundschaltun- gen der Elektronik und nutzt einen Operationsverst¨arker. Je nach Widerstandswert des Photoresistors, l¨asst sich eine unterschiedliche Verst¨arkung kleiner 1 einstellen. Um die D¨ampfung zu erh¨ohen , so dass f¨ur ein Control Voltage von 0V auch fast kein Signal mehr durchkommt, werden zwei invertierende Verst¨arker in Serie geschaltet. Mithilfe des Vactrols und des invertierenden Verst¨arkers kann der Widerstandswert variiert werden und so eine spannungsabh¨angige Verst¨arkung f¨ur die Schaltung realisiert werden.

Berk Kilic

4.2.3 Low Frequency Oscillator

Ziel des Low Frequency Oszillator (LFO) ist es verschiedene Signaltypen als Steuerspannun- gen auszugeben, das heißt die Signale sollen zwischen 0 und 5V liegen. Des Weiteren sollen die Signale eine Frequenz von 1-20Hz haben, diese soll mithilfe eines Potentiometers einstell- bar sein.

Der LFO soll ein Rechteck und ein Dreieck Signal ausgeben k¨onnen. Zur Erzeugung des Dreiecksignals wird ein Integrator benutzt, hinter diesem kann das Dreiecksignal abgegriffen werden. Die Amplitude dieses Signals muss noch angepasst werden, da diese zu groß ist.

Des Weiteren muss der Bereich auch noch angepasst werden, weil das Signal zwischen neg- ativen und positiven werten sich bewegt. Die Amplitude wird mittels eines Spannungsteilers angepasst und zur Verschiebung wird mithilfe eines Addierers das Signal verschoben. F¨ur das Rechtecksignal wird ein Schmitt-Trigger benutzt, hinter diesem wird kann dann ebenfalls mit einem Spannungsteiler und einem Addierer die Amplitude und der Bereich angepasst werden.

Fabio Polese

4.3 Effekte 1

Die Gruppe ”Effekte 1” besch¨aftigt sich mit verschiedenen Effekte und Filter f¨ur den Syn- thesizer.

Es wurden insgesamt sechs Filter in drei Kleingruppen ausgesucht. Zun¨achst wurden alle Schaltungen in der frei verf¨ugbaren Simulationssoftware LTspice nachgebaut und simuliert.

Im Anschluss an den theoretischen Teil wurden die Schaltungen auf einem Steckbrett aufge- baut und durch das Oszilloskop gemessen. Zuletzt wurden die Ergebnisse mit der erwartete Ergebnisse aus LTspice verglichen.

Einzelne Filter werden nun beschrieben.

4.3.1 Echo

Figure 10: Echo Schaltung

Die Abbildung 10 entspricht unsere Echo Schaltung. Eine Simulation auf ein Schaltbrett war leider erfolglos, dennoch sind wir sicher, dass die Schaltung funktioniert, da sie von Synthrotek entwickelt wurde und auf ihrer Internetseite zum Verkauf steht.

Nun sollte die in Abbildung 10 gezeigte Schaltung gebaut werden. Zwei Audiosignale werden an jeweils eine von den 2 Eingagnsbuchsen angelegt. Ein Teil von dem in die CV Buchse angelegten Signal wird je nach Position des R26 Potis wiederholt und anschlißend zu dem anderen Audiosignal gepackt.

Hier sind abgek¨urzt die wichtigsten Merkmale unserer Schaltung:

• ±12V Spannungsversorgung f¨ur die OPVs

• +5V Spannugsversorgung f¨urr den PT2399

• Rate range: 30-190mS

• Voltage-controlled rate

• Self-oscillating feedback

• Mix control

Unsere Schaltung besteht aus zwei wichtigen Bauteile: Der PT2399 und der TL074P.

Der TL074P ist ein IC der aus 4 OPVs besteht, der mit einer Spannungsversorgung von

±12V. In unserer Schaltung werden nur 3 davon gebraucht (Daher werden die Anschl¨usse von U3D mit Ground Verbunden). U3A ist der Input, der die Eingangsspannung halbiert und invertiert. U3C ist der Voltage Control Delay.

Ua = R20·Ue

R₁₉ = 100kΩ·Ue

200kΩ = 2·Ue (1)

Der Ausgang von U3C geht zum Eingang vom PT2399 rein. Dieser ist der wichtigste Bauteil unserer Schaltung, weil er das Delay erzeugt. Hierbei dient folgende Abbildung die bessere Veranschaulichung der interne Verkabelung des ICs.

Figure 11: PT2399 interne Verkabelung

Es sollte außerdem erw¨ahnt werden, wozu die in unserer Schaltung verwendeten Kon- densatoren dienen. Abreviiert sind die Kondensatoren C1−8 Entkopplungskondensator (Es erm¨oglicht die Evakuierung von hochfrequenten Oberschwingungen zur Erde und erh¨oht somit die elektromagnetische Immunit¨at des Stromkreises, in dem es installiert ist.) Die anderen Kondensatoren wurden zur Realisierung von Tief- bzw Hochpassfilter.

Hamza Messaoudi, Bouraoui Hamadou

4.3.2 Steiner Parker Filter

F¨ur das Projekt ”Synthaff¨are” wird von der Gruppe ”Filter 1” ein Spannungsgesteuertes Multimode-Filter mit einstellbarem G¨utefaktor realisiert. Das Schaltungsdesign basiert auf einem Entwurf von Nyle Steiner, welcher 1974 in der Zeitschrift ”Electronics Design” ver¨offentlicht, und sp¨ater von Nyle Steiner und Yves Usson ¨uberarbeitet wurde. Das Filter verf¨ugt ¨uber zwei Signaleing¨a nge, welche intern Summiert werden, und den zugeh¨origen Signalausgang.

Ebenso stehen zwei Control-Voltage-Eing¨ange (CV) zur Verf¨ugung, mit denen die Gren- zfrequenz ¨uber eine Spannung gesteuert werden kann. Der G¨utefaktor, respektive die Reso- nanz um die Grenzfrequenz, kann, genau so wie auch die Grenzfrequenz selbst und die CV- Signallevel, ¨uber Potentiometer eingestellt werden. ¨Uber einen 4-Positionen-Drehschalter ist es m¨oglich den Filtermodus zwischen den Modi Highpass, Lowpass, Bandpass und Allpass zu wechseln.

Im Kern handelt es sich bei dem Filter um eine Sallen-Key-Topologie, welche ¨uber eine Stromspiegelschaltung in ihrem Cutoff-Punkt ver¨andert werden kann.

F¨ur die Umsetzung im diesj¨ahrigen Projektlabor wurde das originale Design um einen zweiten Signaleingang erweitert. Auf die umsetzung eines Volt-Pro-Oktave-Eingangs im Sinne des Eurorack-Standards wurde verzichtet. Da Es sich um eine Schaltung handelt, welche auf eine bipolare Spannungsversorgung mit ±12V ausgelegt wurde, und die verwen- deten Spannungslevel dem Standard des Projektlabors entsprechen, mussten keine weiteren Anpassungen vorgenommen werden.

Figure 12: Frontplatte des Filters

Abbildung 12 zeigt ein Frontplatten-Layout, welches voraussichtlich f¨ur das Projektlabor in leicht abgewandelter Form ¨ubernommen wird.

Abbildung 13 zeigt den von Steiner und Usson ¨uberarbeiteten Schaltplan.

Eine durchgef¨uhrte LTspice-Simulation verlief erfolgreich und das Platinenlayout wurde bereits fertiggestellt. Alle ben¨otigten Bauteile wurden bereits erworben.

Auf einen Steckbrettaufbau wurde unter Ber¨ucksichtigung des vielfach erprobten Schal- tungsdesigns verzichtet. Voraussichtlich kann das Filter im Rahmen des Projektlabors erfol- greich umgesetzt werden.

Figure 13: Schaltplan des Filters

Butsch Warns

4.3.3 Mixer

Grundlegend ist ein Mixer daf¨ur gedacht mehrere Signale zu verkn¨upfen. Dies kann ¨uber Addition oder Multiplikation umgesetzt werden. In der hier verwendeten Schaltung werden drei Eingangssignale zu einem Ausgangssignal addiert. Die Intensit¨at der Eingangssignale kann ¨uber Potentiometer eingestellt werden. Zus¨atzlich sind 6 LEDs auf der Frontplatte zu finden, um das Ganze etwas bunter zu gestalten.

Figure 14: Schaltplan des Mixers

In der Schaltung werden zun¨achst die Eing¨ange gebuffert, damit die dahinter liegende Schaltung die Signalquelle nicht belastet. Die Eing¨ange werden dann parallel geschaltet und in den Addierer gegeben. Parallel zum Addierer gibt es noch ein Trimmpotentiometer, welches m¨ogliche Offsets ausgleichen kann.

Da bei der Simulation Ideale Bauteile vorliegen, gilt es nur zu zeigen, dass das Konzept der Schaltung funktioniert. Somit konnte sie mit zwei statt drei Eing¨angen durchgef¨uhrt werden. Beispielsweise wurde ein niedrig frequentes Dreieck-Signal und ein hochfrequenter Sinus angelegt. Am Ausgang konnte eine Spannung gemessen werden, bei der der Sinus dem dreieckigen Verlauf Folgt. Somit wurde die Funktion des Mixers best¨atigt.

Nun ging es um den tats¨achlichen Versuchsaufbau auf dem Steckbrett. Hierf¨ur fehlten Po- tentiometer in der ben¨otigten Dimensionierung, was etwas ung¨unstig war jedoch das Messen nicht sonderlich aufgehalten hat. Sonderbar war es, dass der Funktionsgenerator von sich aus ein Offset auf die Eingangssignale gegeben hat. Der Grund daf¨ur konnte nicht gekl¨art werden und f¨ur weiteres Testen gab es nicht genug Zeit.

Alina Rey

4.3.4 Splitter

Ein Splitter bedeutet w¨ortlich Aufteiler. Der Splitter ist eine Komponente einer ”DSL- Anlage”, welche die gemischten Signale von Telefon (Sprachfrequenz) und Internetanschluss (Hochfrequenz) in diesen beiden Bestandteile zerlegt und auch wieder zusammenf¨uhrt. Die Funktionsweise des Splitters ist grob vergleichbar mit einer Frequenzweiche, die ein Audiosig- nal auf mehrere Lautsprecher in Abh¨angigkeit von der Tonh¨ohe aufteilt.

In diesem Projektlabor haben wir ein Splitterschaltung aufgebaut, die ein analoges Au- diosignal als Eingang verwendet. Die Schaltung in Abbildung 15 wird anhand der Simulation mit LTspice veranschaulicht.

Figure 15: Schaltplan des Splitters

Die Splitterschaltung besteht aus einer Sinusf¨ormige Eingangsspannung mit20V Peak to Peak um Null zentriert, einer Frequenz von 2kHz und einem Null DC Offset, zwei Opera- tionsverst¨arker mit einer Spannungsversorgung von ±12V, die als Spannungsfolger arbeiten daher eine Verst¨arkung von 1V, wobei der Ausgang des OPV mit dem invertierendem Ein- gang r¨uckgekoppelt ist. Bei den 2 Operationsverst¨arker haben wir die Versorgungsspannung

mit jeweils einem Kondensator von0.1µFgekoppelt, damit der OPV stabilisiert wird. Danach haben wir eine Transientanalyse durchgef¨uhrt mit Stoptime0.1s. Als Ausgang haben wir die Spannung an den Widerst¨anden R₁ und R₂ gemessen.

Figure 16: Simulation des Splitters

Die Simulation in der Abbildung 16 mit Hilfe von LTspice zeigt, dass die Ausgangsspan- nungen UR1(V nc01) und UR2(V nc02) die gleiche Amplitude10V haben wie die Eingangss- pannung(V n002) haben und somit ist die Aufgabe des Splitters erf¨ullt,wobei die Ausg¨ange eine genaue Kopie der Eing¨ange darstellen.

Wir haben die Ltspice Schaltung in einem Steckbrett nachgebaut. Dabeihaben wir folgende Bauelemente verwendet:

• 2 Widerst¨ande von1Ω ein Widerstand von 220kΩ

• 2 Keramikkondensatoren von 0.2nF

• 2 OPVs von TL071

Die Schaltung ist in der Abbildung 17 zu finden.

Figure 17: Splitterschaltung auf dem Steckbrett

Maroua Doghri, Maryem Jabri

4.3.5 Weißes Rauschen

Weißes Rauschen wird in der Elektronik und Audiotechnik als Referenzsignal eingesetzt und durch Rauschgeneratoren erzeugt. Die Abbildung 18 zeigt das Blockschaltbild des White Noise Generator.

Figure 18: Schaltung des White Noise Generator

Besonders hochwertige Generatoren nutzen rein thermische Rauschquellen mit geheizten speziellen Widerst¨anden. Die erreichbaren Signalamplituden liegen im Nano- und Mikrovolt- bereich, wobei ein komplexer apparativer Aufwand notwendig ist.

Normalerweise werden die pn-Strecken von Dioden, Z-Dioden und Transistoren als Rauschquelle verwendet. Das Signal wird danach auf die Nutzamplitude verst¨arkt und der Frequenzbere- ich ausgefiltert. Diese Generatoren erzeugen eine ¨Uberlagerung aus thermischen gaußschen Rauschen, dem Schottky-Rauschen und dem Eigenrauschen der Verst¨arkerstufen.

Generieren eines weißes Rauschen:

• Die Emitter - Basis Spannung eines NPN-Transistors in Sperrrichtung anlegen.

• Auf die gen¨ugende Spannung einstellen, um die Durchbruchspannung (Breakdown- Voltage) zu ¨uberschreiten.

• Daraus entstehende Ger¨ausch wird verst¨arkt, damit die Amplitude des erzeugten Rauschens hoch genug ist um als Signal verwendet zu werden.

Die Abbildung 19 zeigt die simulierte Schaltung des weißen Rauschens.

Figure 19: Schaltplan des weißen Rauschens

Allerdings hat diese Schlatung keine Ausgangskennlinie, da die Komponenten im LTSpice Programm im idealen Zustand operieren.White Noise entsteht jedoch, wenn die Transistoren im realen Zustand sind.

Der Grund ist folgendes:

In idealen Zust¨anden ist “Rauschen” generell nicht erw¨unscht und entsteht bei Unregelm¨aßigkeiten bzw. beim nicht funktionieren der Bauteile. Deswegen werden alle Bauteile im LTSpice im idealen fall betrachtet. Somit entsteht bei der Ausgangskennlinie kein gew¨unschtes Rauschen.

Aus diesem Grund konnte die Ausgangskennlinie nicht in diesem Referat gezeigt werden.

Mert Sanal, Can Yilmaz

4.3.6 Distortion

Ein Verzerrer ist ein Ger¨at oder eine Software zur Deformation eines Audiosignals mit einem Begrenzer oder anderen Formen der Kennliniendeformation, wobei letztlich harmonische Obert¨one erzeugt werden.

Verzerrer werden in der Musikproduktion als Soundeffekte eingesetzt. Die Verzerrer sind oft im Rockmusik in diversen Guitareneffekten zu h¨oren. Verzerrer auf dem Schlagzeug, dem Bass oder auch Gesang h¨ort man oft im Drum and Bass oder Industrial.

Figure 20: Schaltbild eines Verzerrers

Die Abbildung 20 zeigt das Prinzipschaltbild eines Verzerrers auf der Basis einer Begrenz- erschaltung mit antiparallel geschalteten Dioden. Die wichtigste Eigenschaften dieser Schal- tung sind:

• Der Verst¨arker V sorgt f¨ur eine Anpassung der Signalamplitude an die Schwellenspan- nung der Dioden und wirkt als Impedanzwandler.

• Aufgrund der Kennlinie der Dioden wird die positive und negative Signalhalbwelle in den Spitzen abgeflacht oder je nach Kennlinie der Diode und H¨ohe der Eingangsspannung dynamisch begrenzt, wodurch es verzerrt klingt.

• Mit dem Schalter S wird zwischen verzerrtem und unverzerrtem Signal umgeschaltet.

• Als eine weitere Variante dienen Verst¨arkerstufen mit Feldeffekttransistoren, die mit ihrer weichen Begrenzung harmonische Obert¨one produzieren.

Figure 21: Verzerrer Schaltung

Die Abbildung 21 zeigt eine einfache Verzerrer-Schaltung mit einem Potentiometer und zwei Schaltern.

• Das Potentiometer regelt the St¨arke von ¨Ubersteuern des Signals

• Oberer Schalter gibt ein Soft-Clipping zur Auswahl

• Unterer Schalter gibt ein Hard-Clipping zur Auswahl

Die verzerrer Schaltung habe ich dann in LTspice nachgebaut und simuliert.

Figure 22: Schaltung in LTspice

Die Simulationen sind in die Abbildungen 23 und 24 zu sehen.

Figure 23: LTspice Simulation Hard-Clipping

Figure 24: LTspice Simulation Soft-Clipping

Als die Simulation mit der Theorie einstimmt, habe ich die Schaltung auf einem Steckbrett gebaut, und die Ergbinsse der Simulation mit dem Oszilloskop ¨uberpr¨uft.

Figure 25: Verzerrer-Schaltung auf dem Steckbrett

Ein Platinenlayout wurde im EAGLE durchgef¨uhrt und im n¨achsten Schritt werde ich meine meine Bauelemente auf der Platine best¨ucken.

Azadeh Ataei

4.4 Effekte 2

4.4.1 ADSR - H¨ullkurvengenerator

Am Anfang habe ich die Grundlage und die Organisation sowie das Plan informiert. Dann habe ich ein Teil von einem Verst¨arker gemacht. Ich habe die L¨ote probiert. Dann haben wir die drei Teilen zusammen verbinden, um die Musik aufzumachen. Es funktioniert endlich.

Danach sind ich und Lijun Tan sowie Hengyun Lu eine Gruppe. Wir machen die ADSR, ein Teil von unserem Projekt. Die Abk¨urzung ADSR steht f¨ur vier Phasen einer verein- fachten H¨ullkurve eines Klangs: Attack (Anstieg), Decay (Abfall), Sustain (Halten), Release (Freigeben). Dann designen wir ein Plot. Danach benutzen wir LT-Spice, um die Blockschal- tung zu simulieren. Wir haben das gew¨unschte Ergebnis bekommen. Wir machen das Steck- brattaufbau jetzt. Aber die Test ist nicht so erfolgreich. Jetzt machen wir die Layout mit Eagle.

Figure 26: ADSR - Steckbrettaufbau

Shuajie Wang

ADSR-Schaltung besteht aus vier Bereiche, A f¨ur Attack, D f¨ur Decay, S f¨ur Sustain und R f¨ur Release. Durch diese Theorie und allaboutcircuits.com haben wir diese Schaltung entscheiden. Wir haben die zuerst in LT-Spice aufgebaut und simuliert.

Figure 27: ADSR - Schaltplan

Das ADSR-H¨ullkurven steht sehr gut, gleich wie die Theorie

Figure 28: ADSR - Steckbrettaufbau Messung

Weil die Ergebnis sehr perfekt ist, dann k¨onnen wir weitere Schritt machen, aber fehlen wir einige Bauteil, wir haben die Probleme in den Steckplatine sodass die Simulation kann nicht richtig zeichen.

Lijun Tao

Bei 1. Termin habe ich mich entschieden, dass ich Efftekt 2 teilnehme. Bei 2. Termin bis jetzt habe ich eine Praesentation gemacht, welche Module unsere Gruppe macht. Ich

habe die Grundlagen von dem Verstaerker von dem digitalen Schall gelernt und mit anderen Menschen den Verstaerker zusammengebaut. Der Verstaerker funktioniert sehr gut. Ich untersuche ADSL mit Shuaijie Wang und Lijun Tao. Zuerst haben wir zusammen die Grund- lagen gelernt. Danach entwarfen wir die Schaltung von ADSL. Wir haben die Schaltung mit LTspice simuliert, war gut. Und wir haben die Schaltung auf dem Steckbrett gebaut. Zum Schluss machen wir die Schaltung im EAGLE.

Hengyun Lu

4.4.2 ADSR - Zusammenfassung

Zusammenfassung mit Fazit, was hat geklappt, was funktioniert nicht so gut.

4.4.3 Amplifier

Die Simulation: Zuerst haben wir uns entschieden einen Class-AB Verst¨arker zu bauen.

Wir haben dann recherchiert und eine Schaltung gefunden, die geeignet f¨ur unsere Ziel war.

Dann die Simulation davon mit LTSpice gemacht. Es hat geklappt aber dann haben wir uns entschieden eine andere Schaltung zu nehmen da die erste sehr einfach war und wir wollten was mit mehr Komponenten finden damit wir neues Wissen erlangen. Mit Hilfe des Tutors haben wir die zweite Simulation durchgef¨uhrt.

Enki Shehu

Figure 29: Amplifier - Schaltung in LT-Spice

Figure 30: Amplifier - Schaltbrett

Das Steckbrett: Erstmal haben wir die Bauteile f¨ur unsere Schaltung gefunden. Die Widerst¨ande, Dioden und Kondensatoren waren in dem Materialen-Raum zu finden. Die Transistoren musste man bestellen aber ging es schneller die selbst zu kaufen. Am Mon- tag(20.05.2019) haben wir uns mit dem Steckbrett besch¨aftigt aber wir haben es nicht geschafft das Steckbrett fertig zu machen. Deswegen haben wir am Mittwoch(22.05.2019) noch 4 Stunden damit gearbeitet bis das Steckbrett fertig war. Wir haben noch Messungen durchgef¨uhrt.

Ulpian Allaraj

4.4.4 Amplifier - Zusammenfassung

Zusammenfassung mit Fazit, was hat geklappt, was funktioniert nicht so gut.

4.4.5 VCF - Voltage Controlled Filter

Der in 31 gezeigte Schaltplan wurde mit Hilfe von LT-Spice entworfen. Wir haben uns dabei an einem Moog-Ladder Entwurf von Subroutine.info angelehnt und diesen in seinem Frequenzgang ver¨andert.

Figure 31: VCF - Schaltplan in LT-Spice (Moog-Ladder)

Der von uns gew¨ahlte Schaltplan zeigt den in Abbildung 32 abgebildeten Frequenzgang.

Man kann deutlich das gew¨unschte Tiefpassverhalten erkennen, wobei kleinere Frequenzen deutlich verst¨arkt und hohe Frequenzen deutlich ged¨ampft werden. Die verschiedenen Fre- quenzg¨ange sind durch Parametervariationen (Grenz-Frequenz und Frequenz-Justage), die sp¨ater ¨uber ein Potentiometer geregelt werden sollen, dargestellt.

Figure 32: VCF - Frequenzgang in LT-Spice, simuliert

In Abbildung 33 ist die Antwort auf ein sinusf¨ormiges Eingangssignal zu sehen, welches 20V Peak-to-Peak hat. Am Ausgang ist das ver¨anderte Signal ebenfalls mit 20V Peak-to-Peak mit ver¨anderter Signalform dargestellt.

Figure 33: VCF - Transient-Simulation mit Sinussignal am Eingang

Stefan Keil

F¨ur den Steckbrettaufbau wurde zun¨achst die Transistorleiter aufgebaut und getestet.

Nachdem die Messung positive Ergebnisse geliefert hatte, wurde am n¨achsten Termin die restliche Schaltung aufgebaut und die Ausgangsspannung gemessen. Die Ergebnisse entsprachen nicht ganz den Erwartungen. Dies l¨asst sich aber eventuell auf die Bauteile zuruckf¨uhren,

welche nicht vorr¨atig waren und durch ¨Ahnliche ersetzt werden mussten. Allgemein war es nicht so leicht alle n¨otigen Bauteile aufzutreiben. Schlussendlich haben wir entschieden die simulierte Schaltung, vorerst ohne ¨Anderungen, als Platine umzusetzen, da die Filtercharak- teristik in den Messungen erkennbar war und sich alle Abweichungen hoffentlich durch die richtigen Bauteile beheben lassen.

Figure 34: VCF - Steckbrettaufbau

Figure 35: VCF - Transient-Messung mit Sinussignal am Eingang

Malte Ukena

4.4.6 VCF - Zusammenfassung

Zusammenfassung mit Fazit, was hat geklappt, was funktioniert nicht so gut.

5 Schlusswort

6 Quellenverzeichnis

6.1 Interface

• https://www.reichelt.de/lcd-modul-2x16-h-5-6mm-ge-gn-m-bel-lcd-pm-2x16-6-d-p197524.

html?PROVID=2788&gclid=EAIaIQobChMIjZWav8mg4gIVA-N3Ch2_HAS_EAQYASABEgKIufD_

BwE&&r=1

• https://electrosome.com/wp-content/uploads/2013/05/Interfacing-LCD-with-Atmega32-Microcontroller-4-Bit-Mode.

jpg

• https://mikrocontroller.net

6.2 Klangerzeugzng

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6.3 Effekte 1

• https://www.electrosmash.com/images/tech/pt2399/PT2399InternalCircuitsmall.

png

• http://www.synthrotek.com/wp-content/uploads/2014/07/Synthrotek-ECHO-Schematic.

png

• https://fr.wikipedia.org/wiki/Condensateurdedecouplage

• Yves Usson. Steiner-Parker-Filter Frontplatte. Yves Usson, 2013

• Nyle Steiner Yves Usson. Steiner-Parker-Filter Schaltplan. Yves Usson, 2013.

• https://elektroniktutor.de/elektrophysik/rauschen.html

6.4 Effekte 2

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