Возможности формирователя звукового сигнала компьютера “Радио-86РК” (далее - просто РК) ограничены, а качество синтезированного звука невысоко. Значительно лучших результатов можно добиться, оснастив РК звукосинтезатором всего на двух микросхемах: КР580ВИ53 и К561ЛЕ5. БИС КР580ВИ53 (КР580ВИ53) предназначена для формирования временных интервалов, длительность и период повторения которых управляются программно. Микросхема содержит три совершенно одинаковых счетчика (таймера) с независимым управлением. Особенность счетчиков - многорежимность: любой из них может работать в шести режимах, в каждом из этих режимов возможны три способа задания коэффициента пересчета, который, в свою очередь, может быть либо двоичным, либо двоично-десятичным. Иными словами, каждый из трех счетчиков можно запрограммировать тридцатью шестью способами!

Счетчики таймера КР580ВИ53 - 16-разрядные с пред установкой и работают на вычитание. Максимальный коэффициент пересчета соответствует загрузке в них всех нулей и составляет 65 536 (2¹⁶) при работе в двоичном коде и 10000 (10⁴) в двоично-десятичном.

Из всего многообразия режимов таймера для работы в звукосинтезаторе необходимо выбрать наиболее удобные для этой цели. Число вариантов можно сразу уменьшить вдвое, если условиться работать в двоичном коде, при котором коэффициент пересчета максимален. Дальнейшее сокращение вариантов зависит от выбора структурной схемы синтезатора звука. Одна из них приведена на рис.1.

Счетчик канала 0 интервального таймера является генератором тона. Высота самого низкого тона определяется коэффициентом деления: при максимальном его значении 216 и тактовой частоте 1,78МГц он равен примерно 27Гц. Канал 2 использован в качестве генератора импульса строба, определяющего продолжительность звучания тона. Длительность этого импульса зависит от коэффициента пересчета счетчика канала 2 и периода повторения сигнала на его входе. Период же повторения, в свою очередь, целиком определяется коэффициентом деления счетчика канала 1. Таким образом, каналы 0 и 1 работают в режиме программируемого деления частоты. Скважность выходного сигнала этих каналов принципиального значения не имеет, однако, по ряду соображений, целесообразно выбрать скважность, равную двум (меандр). Такая форма сигнала получается при работе счетчика таймера в режиме 3. Если необходимый коэффициент деления четное число, скважность сигнала на выходе точно равна двум, а если нечетное, то высокий уровень на выходе будет присутствовать в течение (N+1)/2 периодов входного сигнала, а низкий - в течение (N-1)/2 периодов.

Формировать сигнал строба (канал 2) можно несколькими способами. Наиболее просто это сделать, инициировав счетчик канала 2 в режиме 0 (он носит название режима генерации задержанного сигнала прерывания, но мы будем называть его режимом генерации строба в соответствии с функцией, выполняемой этим счетчиком в звукосинтезаторе). В этом случае счетчик работает следующим образом. В исходном состоянии уровень сигнала на выходе счетчика высокий. Сразу же после инициализации по программе режима 0 па выходе появляется низкий уровень. После загрузки числа N (коэффициента пересчета) начинается счет входных импульсов. При поступлении на вход счетчика N импульсов на выходе вновь устанавливается низкий уровень и остается таким до тех пор, пока не будет установлен иной режим работы или вновь загружен коэффициент пересчета.

Итак, применительно к структурной схеме звукосинтезатора (рис. 1) из всего многообразия режимов работы таймера выбраны всего два: режим 0 (в нашем случае генератор импульса строба) для канала 2 и режим 3 генератор меандра) для каналов 0 и 1. При этом все счетчики работают в двоичном коде.

Принципиальная схема звукосинтезатора приведена на рис.2.

Узел совпадения, разрешающий прохождение тональной посылки только во время действия импульса строба, выполнен на элементе DD2.1. Элемент DD2.2 суммирует сигналы тональных посылок, и сигнал с выхода INTE микропроцессора, который появляется в момент нажатия клавиши. При необходимости этот сигнал можно отключить кнопкой SB1.

Рассмотрим теперь, каким образом программируют счетчики. Таймер КР580ВИ53 содержит общий для всех трех счетчиков блок управления, состоящий из буфера канала данных и внутренней магистрали данных []. Чтобы задать необходимый режим работы и коэффициент пересчета, необходимо по шине данных компьютера ввести в блок управления так называемые управляющие слова и числа, определяющие начальные состояния каждого из счетчиков. Доступ к таймеру открывается подачей сигнала низкого уровня на вход CS (выбор микросхемы), ввод информации по такому же уровню на входе WR, а выбор конкретного счетчика (канала) определяется комбинацией сигналов на адресных входах А0 и А1, подключенных к шине адреса РК параллельно адресным входам программируемого интерфейса D14(КР580ИК55). При этом подразумевается, что он будет инициирован в режиме ввода. При использовании микросхемы D14 для вывода информации она будет "программировать” звукосинтезатор, что, естественно, вызовет генерацию непредсказуемых звуков. Если это нежелательно, следует позаботиться о принудительном отключении звука при выводе информации через D14. В простейшем случае для этого достаточно отключить вход CS от дешифратора адресов D11 и соединить его с источником питания +5В через резистор сопротивлением 10 кОм. Для этой же цели можно использовать и входы Е0, El, E2 счетчиков. Для загрузки управляющего слова на адресные входы А0 и А1 необходимо подать высокие уровни, а на вход записи коэффициента пересчета канала 0 - низкие. Счетчик канала 1 программируют при высоком уровне на входе А0 и низком на А1, а счетчик канала 2 - при низком на А0 и высоком на А1

При программировании звукосинтезатор рассматривается как набор ячеек памяти с адресами 0А000Н (счетчик канала 0), 0А001Н (счетчик канала 1), 0А002Н (счетчик канала 2) и 0А00ЗН (регистр управляющего слова) Управляющее слово восьмиразрядное, его формат

Счетчики программируют в любой последовательности записью соответствующего управляющего слова. Если режим работы счетчика в процессе работы не изменяется, то новое значение коэффициента пересчета N можно вводить без управляющего слова. Это позволяет в некоторые случаях производить однократную инициализацию таймера.

Отметим также, что коэффициент пересчета N можно задать тремя способами: вводом либо старшего байта, либо младшего, либо двух байтов - сначала младшего, а затем старшего. Двухбайтовый ввод используют в тех случаях, когда исходную частоту необходимо поделить очень точно, например, в “музыкальных” программах. При малом коэффициенте пересчета ограничиваются вводом только младшего байта, а если требуемая точность деления невелика, то вводят один старший байт. Если необходимо изменить режим работы счетчика в процессе выполнения программы, например, перейти от однобайтового ввода коэффициента пересчета к двухбайтовому, то в начале этого блока программы следует записать управляющее слово, задающее новый режим, а в конце восстановить прежнее управляющее слово, вернув, таким образом, счетчик таймера в первоначальный режим работы.

Значения управляющего слова в двоичном, шестнадцатиричном и десятичном виде приведены в табл.1. Как определить коэффициент пересчета для получения сигнала требуемой частоты, покажем на примере. Предположим, что необходимо запрограммировать счетчик канала 0 на частоту выходного сигнала 100 Гц Требуемый коэффициент N при тактовой частоте 1777778 Гц примерно равен 17778, или в шестнадцатиричном виде - 4572Н.

При двухбайтовом задании коэффициента пересчета старший байт равен 45Н, младший - 72Н. Если задать коэффициент пересчета только старшим байтом (режим однобайтового программирования), то частота выходного сигнала будет равна 100,644 Гц. Для простейших программ такое отличие частоты от заданной несущественно и вполне допустимо, однако при написании музыкальных программ целесообразно применять только двухбайтовое программирование канала 0.

Итак, все необходимые данные для программирования таймера у нас есть. Рассмотрим, как это делается практически. Предположим, необходимо запрограммировать звукосинтезатор на выдачу сигнала частотой 1 кГц длительностью 1с. Для этого счетчик канала 0 следует перевести в режим генератора меандра, задав N=1 778 в двоичном коде двумя байтами. Счетчик канала 1 должен работать в таком же режиме, но с N=17778 и управлением в двоичном коде старшим байтом (частота выходного сигнала примерно 100Гц). И, наконец, счетчик канала 2 должен быть установлен в режим генерации строба с N=100 и управлением в двоичном коде младшим байтом. Для этого необходимо проделать следующие операции:

• по адресу 0А00ЗН записать для канала 0 управляющее слово 36Н;
• по адресу 0А000Н ввести сначала младший байт коэффициента пересчета 0F2H, а затем (по этому же адресу) старший байт 06Н;
• по адресу 0А00ЗН записать для канала 1 управляющее слово 66Н;
• по адресу 0А000Н ввести значение старшего байта коэффициента пересчета 45Н;
• по адресу 0А00ЗН записать для канала 2 управляющее слово 90Н;
• по адресу 0А002Н ввести значение младшего байта коэффициента пересчета 64Н.

По ходу выполнения программы каналы звукосинтезатора можно перепрограммировать многократно, выполняя только те из названных операций, которые непосредственно определяют изменяемый параметр. Необходимо только помнить, что при изменении режима работы какого-либо канала таймера нужно каждый раз предварительно вводить управляющее слово, обращая внимание на то, сколько байтов определяют коэффициент пересчета.

Параметр Т определяет высоту тона, а Р - его длительность.

Возможный вариант такой подпрограммы для интерпретатора [4] приведен в табл.3.

Она размещена на месте подпрограммы настройки порта БИС D14 (о запуске интерпретатора звукосинтезатор сигнализирует коротким звуковым сигналом частотой примерно 200 Гц). Благодаря такому решению подпрограмма выдачи одиночного тонального сигнала может быть записана одной строкой:

Примером может служить программа (табл. 4), формирующая десятикратный сигнал "SOS" в коде Морзе (например, для игры “Морской бой”).

В строке 1010 задается частота тонального сигнала - примерно 1кГц. Длительность тональной по ссылки определяется коэффициентом Р. строке 1030. Коэффициент Р1 задает временную задержку в выполнении программы (цикл по переменной J в строке 1090). Если бы этой задержки не было то компьютер, выполняя цикл по I, произвел бы перезагрузку канала 2 таймера, не дожидаясь окончания тональной посылки и нарушив тем самым выполнение программы. Кроме того, цикл по 1 ответствен за паузы между тональными посылками. В строках 1040-1070 определяется номер посылки и корректируется ее длительность ("точка” или “тире”), а также определяется продолжительность цикла по J, т. с. длительность пауз между посылками.

Для упрощения программирования мелодий в табл.5 приведены значения коэффициентов пересчета, а также младшего и старшего байтов, соответствующие той или иной ноте (для тактовой частоты 1 777 778Гц).

Написание “музыкальных” программ сводится к последовательному заданию требуемых коэффициентов пересчета канала 0, длительности строба в канале 2 и организации пауз необходимой продолжительности. В некоторых случаях объем программы можно сократить, воспользовавшись оператором DATA.

Рассмотрим в качестве примера программу (табл.6), воспроизводящую фрагмент детской песенки “В лесу родилась елочка”.

Фрагмент состоит из 28 тактов. Значения коэффициентов пересчета канала 0, необходимые для воспроизведения соответствующих нот, записаны в первых четырёх строках. Выполнение программы начинается со строки 1040, в которой с помощью оператора POKE счетчик-делитель канала 0 настраивается на режим двухбайтового кодирования коэффициента пересчета. В строках 1050 1090 организуется цикл из 28 шагов, при выполнении которого сначала считываются значения младшею (М) и старшего (S) байтов коэффициента пересчета, а затем задастся длительность задержки Т и корректируется ее значение для 14-го шага цикла (строка 1060). Операторы строки 1070 определяют режимы работы счетчиков каналов 0 и 2. Необходимая временная задержка в выполнении программы создается с помощью операторов FOR и NEXT (строка 1080). Для 14-го шага цикла задержка удваивается. Выполнение цикла завершается в строке 1090 перемещением указателя считывания в первую позицию, что позволяет обращаться к этой подпрограмме неоднократно. Если строки 1000 - 1100 являются подпрограммой, в строке 1100 вместо оператора STOP может быть использован другой, например RETURN.

Звукосинтезатор можно применить и для “озвучивания” клавиатуры компьютера. Дело в том, что сигнал INTE, используемый в “Радио-86РК” для звуковой индикации нажатия на клавишу, на слух воспринимается, как щелчок, и при длительной работе с ЭВМ вызывает неприятные ощущения. “Озвучить” клавиатуру с помощью таймера можно двумя способами: программно и аппаратно. В первом случае в МОНИТОР или в интерпретатор языка Бейсик вводят специальную подпрограмму генерации звука при каждом нажатии клавиши. Проще всего это сделать, "внедрившись” в подпрограмму ввода символа с клавиатуры. Один из вариантов такой подпрограммы приведен в табл.7.

Программное “озвучивание” клавиатуры имеет недостатки:

• удлиняется время выполнения программы
• в режиме М МОНИТОРА клавиши остаются "немыми”,
• при работе в диалоговом режиме тон сигнала изменяется, так как в приведенной выше подпрограмме коэффициент пересчета канала 0 не задается.

Для аппаратного озвучивания можно использовать устройство на микросхеме К561ЛЕ5 (рис.3). На элементах DD3.1 и DD3.2 выполнен ждущий мультивибратор, запускаемый фронтом сигнала INTE. Низкий уровень с выхода элемента DD3.1 разрешает работу тонального генератора, собранного на элементах DD3.3, DD3.4.

По окончании импульса, формируемого ждущим мультивибратором, на выходе элемента DD3.1 устанавливается высокий уровень, запрещающий работу тонального генератора. В результате на выходе элемента DD3.4 формируется серия импульсов, длительность которых зависит от постоянной времени цепи R2C1 (около 0,1с). Частоту тонального сигнала можно варьировать в больших пределах, изменяя постоянную времени цепи R4C2. В паузе между сериями сигнала на выходе элемента DD34 присутствует низкий уровень, поэтому устройство можно включить в разрыв провода идущего от выхода INTE микропроцессора (вывод 16 БИС D6) к переключателю SB1 (см. рис. 2).

В простейшем звукосинтезаторе входы Е0 - Е2 счетчиков таймера не используются, поэтому генерация сигнала начинается сразу после поступления от микропроцессора соответствующей команды. По этой же причине при первом включении компьютера возможна генерация произвольного звукового сигнала, зависящего от того - что записано в регистры таймера КР580ВИ53 при включении. Заставить таймер “замолчать” нетрудно: с помощью директивы М МОНИТОРА необходимо записать в один из каналов таймера любое управляющее слово, например по адресу 0А00ЗН записать 38 (26Н). Таймер перейдет в режим ожидания ввода коэффициента пересчета, и генерация звука прекратится.

Описание компьютера Радио-86РК

Журнал РАДИО