Когда определились (в 32й заметке), что вслед за органом управления (кнопкой) мы поставим мозги всего процесса (микроконтроллер), то осталось понять кто будет заниматься исполнением приказов и выводом информации.
Со вторым проще - это будет обычный светодиод.
Теперь перейдем к устройству, которое будет выполнять сами переключения.
После заголовка статьи никакой интриги тут уже изобразить не удастся, все козыри раскрыты. Да и действительно разумнее всего будет применить для этого реле. Простой механический переключатель с электронным управлением. В true bypass никакая часть педали не должна быть задействована в передаче сигнала, а точек подключения педали к сигналу ровно две - вход и выход. Значит нам надо переключать в двух точках одновременно и будет уместно использовать реле с двумя группами контактов. Их как раз очень много используется в различных областях электроники и как следствие - производится очень широкий ассортимент реле. Хоть где-то обойдемся без дефицитных и экзотических компонентов.
Поскольку наш микроконтроллер работает при напряжении 5 вольт, то надо подобрать реле, рассчитанное на 5 вольт и требующее для переключения достаточно малого тока, чтобы им можно было управлять непосредственно с выводов микроконтроллера.
NA-5W-K FUJITSU - как раз неплохой кандидат для применения. Два контакта отвечают за включение реле - если к ним приложить 5 вольт, то реле включится, если питание на реле пропадет, то сигнальные контакты самостоятельно переключатся в положение "выключено". Это называется моностабильное реле. У него одно стабильное положение и одно вынужденное, в котором реле находится только под воздействием внешней силы. Сила пропала - реле перешло в стабильное состояние. Это может быть удобно в том плане, что если у нас какая-то проблема с питанием, то педаль автоматом переходит в bypass и не помешает нам издавать хоть какие-то звуки.
Для управления положением реле достаточно одно выхода микроконтроллера - второй из управляющих контактов реле мы подключаем к минусу питания. Если на выходе контроллера 5 вольт (логическая 1), то реле включится. Если 0 вольт (логический 0), то реле выключится.
У такого типа реле есть одна проблема: раз для того чтобы удерживать реле во включенном положении нужно постоянно пропускать через него ток, а это увеличивает потребление педали. Данному реле требуется 28 миллиампер, в принципе немного, но и этих потерь хотелось бы в идеале избежать.
Второй проблемой является то, что при выключении реле оно начинает генерировать электрический потенциал на своих управляющих контактах (не будем погружаться в причины данного процесса) - поэтому чтобы не сжечь управляющий вывод микроконтроллера надо ограничивать напряжение, которое может создаться на выходе, обычно для этого достаточно поставить один диод параллельно реле.
IM43TS или HFD4/5L - бистабильные реле. У них оба положения стабильные, энергию надо прикладывать только для переключения из одного положения в другое. Для управления уже требуется два вывода микроконтроллера, подключаем к ним оба управляющих контакта реле. Сейчас если на несколько миллисекунд приложить к одному контакту 5 вольт, а ко второму 0 - то реле переключится в одно положение. Если наоборот - во второе. После того, как переключение завершилось, на обоих выводах микроконтроллера можно выставлять 0 вольт и потребления тока на реле не будет.
Приятным бонусом является также то, что оба переключения являются вынужденными, так что у нас нет проблемы генерации напряжения на контактах реле и потому ограничивающий диод ставить не надо. Экономим один радиоэлемент, что может быть прекрасней???
У переключения при помощи реле (против переключения 9-ти контактной кнопкой) есть одна особенность - оно происходит быстрее. Намного быстрее, всего несколько единиц миллисекунд. это примерно в 10 раз быстрее, чем у физической кнопки. И иногда это приводит к короткому резкому щелчку - обычно в случаях когда включается педаль с большим уровнем гейна. Щелчок вызывают переходные процессы, возникающие в процессе перекоммутации сигнала в схему педали (или при обратной коммутации в байпасс). В случае физической кнопки переключение занимает бОльшее время, соответственно переходные процессы немного растягиваются во времени и порождают менее резкий щелчок. Что мы можем сделать в таком случае?
Все, кто хоть раз вытаскивал гитарный провод из работающего комбика или втыкал микрофон в работающий пульт уже знают, что коммутацией лучше бы заниматься предварительно выкрутив громкость в ноль. И только после коммутации уже возвращать громкость на нужный уровень.
TLP222 - это оптопара с MOSFET транзистором на выходе. По сути это и есть MOSFET транзистор, только управляемый не напрямую подачей на него управляющего напряжения, а светом. Который производится светодиодом, находящимся в этом же корпусе. Итого тут получается 2 ножки светодиода + 2 ножки транзистора. Пока светодиод не горит - транзистор закрыт, между его выводами практически бесконечно большое сопротивление. Если светодиод горит - то транзистор открывается и сопротивление между выводами становится достаточно малым (не более, чем 2 ома) и ток легко может течь через них.
Ничего не напоминает эта конструкция? Да, это практически то же самое реле, только в данном случае без механических частей, потому срабатывающее ещё быстрее. Собственно данная микросхема и называется фотореле.
Что мы можем сделать с помощью данного фотореле?
К выходному гнезду педали мы подключим один из контактов "транзисторной части" фотореле. Второй контакт "транзисторной части" подключим к "земле" (минусу питания). Пока на светодиод фотореле не подано напряжение - транзистор закрыт, наше подключение вообще ничего не изменило. Когда мы зажжем светодиод, то фотореле откроется и выход педали окажется замкнут на землю. Это даёт нам полную тишину в сигнальной цепи. Мы изобрели сигнал Mute, который даёт нам тишину на выходе, вне зависимости от того, что происходит внутри педали.
Теперь следите за руками.
Раньше в момент переключения основного реле у нас были переходные процессы, которые порождали щелчек.
Усложним процесс:
1) Нажали на кнопку, микроконтроллер понял, что надо переключать положение реле.
2) Микроконтроллер подает сигнал на светодиод фотореле, ждем время срабатывания (от 0,2 до 2 миллисекунд), после этого можно считать что фотореле сработало, на выходе педали установилась тишина.
3) Микроконтроллер подает сигнал на переключение основного реле. Этот процесс занимает от 4 до 6 миллисекунд.
4) Микроконтроллер считает, что переключение основного реле произошло, переходные процессы уже случились и можно снимать сигнал со светодиода фотореле. Выключение занимает от 0,1 до 0,5 миллисекунды.
Теперь у нас произошло переключение педали, при этом на время коммутации и переходных процессов у нас был Mute на выходе, посчитаем сколько времени ушло на всё дело, причем считая по максимуму:
Включение фотореле 2 мс + переключение реле 6 мс + выключение фотореле 0,5 мс = 8,5 миллисекунд.
Уложились в 10 миллисекунд, при этом всё ещё раза в 3-4 обогнали обычную физическую кнопку. Можем запросто накинуть на третьем шаге нашего алгоритма ещё несколько миллисекунд ожидания, чтобы уж точно переходные процессы завершились.
Напомню, что начинали мы с микроконтроллера с корпусом на 8 выводов.
Два используются под питание, ещё один зарезервирован под сигнал сброса. Остается 5 выводов, которые мы можем использовать по своему усмотрению. Мы использовали 1 на кнопку + 1 на светодиод + 2 на реле + 1 на фотореле, свободных не осталось - красота!
На этом на сегодня и остановимся.
Данные вопросы более глубоко и с использованием английского языка разбираются в статьях на сайтах Stompville и Coda Effects
