Electronique > Réalisations > Production sonore > Métronome 006
Dernière mise à jour : 14/11/2021Présentation
Ce métronome est l'un des plus élaborés que j'ai réalisés, il ne fait pas que tac-tac-tac.
Certains pourraient peut-être douter de l'intérêt de certaines fonctions implémentées dans ce métronome, vous seul serez juge. Le circuit est basé sur un microcontrôleur PIC 16F18856, associé à deux potentiomètres, quelques boutons-poussoirs et un afficheur LCD.
Caractéristiques principales :
- Affichage du tempo et de la signature rythmique sur écran LCD
- Balancier lumineux à 8 LED
- Résolution de réglage : 1 BPM ou 0,1 BPM
- Base de temps interne : 100 us, soit 0,02% pour un tempo de 120 BPM en 4/4 (1 bip toutes les 500 ms)
- Réglage "grossier" du tempo par potentiomètre (à 1 BPM près) et réglage "fin" par boutons-poussoirs (à 0,1 BPM près)
- Signature rythmique standard (par exemple 3/4) ou "asymétrique" (par exemple 3+2/4 ou 4+3+2/4)
- Possibilité de spécifier une plage de valeurs min et max du tempo permises par le potentiomètre de réglage
- Possibilité de spécifier la tonalité des signaux BF délivrés pour les temps forts et faibles (10 ms à 500 ms)
- Possibilité de spécifier la durée des signaux BF délivrés pour les temps forts et faibles (10 ms à 500 ms)
- Possibilité de spécifier la durée d'allumage de la LED Tempo (10 ms à 500 ms)
- Sorties de "puissance" pour allumer de grosses lampes sur les temps forts et faibles et pour des bips généreux
L'écran LCD est facultatif, son absence ne gêne en rien ni le fonctionnement général ni la configuration du métronome dont les paramètres adoptés par défaut peuvent très bien vous convenir comme tels. Il va de soi qu'il est plus aisé de modifier la valeur des paramètres en visualisant leur valeur, mais après tout, votre oreille est et restera toujours un moyen de "communiquer" avec vos réglages.
Avertissements
Ce métronome n'est pas terminé. En vert ce qui est fonctionnel, en jaune ce qui est en cours :
Affichage du
tempo et de la signature rythmique
sur écran LCD Balancier
lumineux à 8 LED
Gestion
des mesures "asymétriques" (par exemple 3+2/4 ou 4+3+2/4) Réglage rapide
du
tempo par potentiomètre Réglage
de la
signature rythmique par boutons-poussoirs Possibilité
de
spécifier une plage de valeurs min et max du tempo
permises par le potentiomètre de réglage Possibilité
de spécifier la durée des
signaux BF marquant les temps forts et faibles Possibilité
de modifier la tonalité des
signaux BF
marquant les temps forts et faibles Possibilité
de spécifier la durée d'allumage de la LED
TempoProjet protégé par copyright.
Schéma
Bien que ce schéma présente visuellement quelques similitudes avec le séquenceur 004, il n'y a aucun rapport entre les deux, à part la famille de microcontrôleur utilisé (PIC 16F), l'écran LCD et le ULN2803...
Principe général de fonctionnement
Il repose sur les interruptions d'un Timer déclenchées toutes les 100 us - autrement dit à une fréquence de 10 kHz - qui constituent l'horloge de base du métronome. La valeur du tempo spécifié par l'utilisateur et exprimée en BPM (Beat Per Minute ou Battements Par Minute) est convertie en une valeur de période "inter-bip" elle-même exprimée en centaines de us (microsecondes). Une variable est incrémentée à chaque interruption du Timer et sa valeur est constamment comparée avec la valeur de période "inter-bip". Quand les deux correspondent, c'est le moment de délivrer un bip.
Remarque : afin de conserver une bonne précision temporelle entre chaque bip, une astuce a été mise en oeuvre pour ne pas "surcharger" le processeur quand vient le temps de produire les sons "temps fort" et "temps faible".
Réglage des paramètres
Tous les paramètres peuvent être modifiés par la manoeuvre de potentiomètres et boutons-poussoirs, selon les procédures décrites ci-après.
Réglage tempo
Tourner le potentiomètre RV1/Set complètement à gauche (curseur vers la masse) pour accéder à l'écran "Tempo et signature rythmique". Manoeuvrer le potentiomètre RV2/Speed pour modifier la vitesse à la valeur désirée. Comme il peut être difficile de tomber sur une valeur de tempo très précise, un ajustage fin supplémentaire est prévu avec les quatres boutons-poussoirs SW1 à SW4 :réglage au BPM près avec SW1 (Inc) et SW2 (Dec), réglage au dixième de BPM avec SW3 (Inc) et SW4 (Dec).
Remarque : si la valeur du tempo ne peut pas descendre aussi bas que vous le souhaitez, vérifier la valeur du paramètre "Tempo-Min" et la modifier le cas échéant (point vu plus loin). Si la valeur du tempo ne peut monter aussi haut que vous le souhaitez, vérifier la valeur du paramètre "Tempo-Max" et la modifier le cas échéant.
Réglage signature rythmique
Tourner le potentiomètre RV1/Set de façon à accéder à l'écran "Tempo et signature rythmique" avec un affichage du type "04+**+**/**". Cet écran permet de régler la valeur du nombre de temps dans la mesure (numérateur principal A1). Utiliser les boutons-poussoirs SW1 ou SW3 pour incrémenter la valeur, SW2 ou SW4 pour la décrémenter.
Pour spécifier une signature "asymétrique", tourner le potentiomètre RV1/Set de façon à accéder à l'écran "Tempo et signature rythmique" avec un affichage du type "**+00+**/**", pour modifier la valeur du premier paramètre numérateur secondaire (A2). Si nécessaire, modifier également le deuxième paramètre numérateur secondaire (A3) en accédant au réglage "**+**+00/**". Remarque : si le premier paramètre numérateur secondaire (A2) est à 0, le deuxième paramètre numérateur secondaire (A3) ne sera pas pris en compte.
Pour régler le temps de base (dénominateur B de la signature rythmique, ronde, blanche, noire, croche, etc.), tourner le potentiomètre RV1/Set de façon à accéder à l'écran "Tempo et signature rythmique" avec un affichage du type "**+**+**/04". Utiliser les boutons-poussoirs SW1 ou SW3 pour incrémenter la valeur, SW2 ou SW4 pour la décrémenter.
Exemple avec A1=4, A2=3, A3=0 et B=4 :
Réglage plage min-max tempo
Tourner le potentiomètre RV1/Set de façon à accéder à l'écran "Tempo Min-Max".
Appuyer sur le bouton-poussoir SW1 pour incrémenter la valeur min du tempo ou appuyer sur le bouton-poussoir SW2 pour la décrémenter. Appuyer sur le bouton-poussoir SW3 pour incrémenter la valeur max du tempo ou appuyer sur le bouton-poussoir SW4 pour la décrémenter.
Réglage tonalité signal audio du temps fort
Tourner le potentiomètre RV1/Set pour accéder à
l'écran "Beat High Tone".
Appuyer ensuite sur le
bouton-poussoir SW1 (ou SW3) pour incrémenter la valeur en cours,
ou appuyer sur le bouton-poussoir SW2 (ou SW4) pour la décrémenter. Une
valeur plus faible correspond à un son plus grave. Une valeur plus
élevée correspond à un son plus aigu.
Réglage tonalité signal audio du temps faible
Tourner le potentiomètre RV1/Set pour accéder à
l'écran "Beat Low Tone".
Appuyer ensuite sur le
bouton-poussoir SW1 (ou SW3) pour incrémenter la valeur en cours, ou
appuyer sur le bouton-poussoir SW2 (ou SW4) pour la
décrémenter. Une valeur plus faible correspond à un son plus
grave. Une valeur plus élevée correspond à un son plus aigu.
Réglage durée signal audio du temps fort
Tourner le potentiomètre RV1/Set pour accéder à l'écran
"Beat High Len".
Appuyer ensuite sur le
bouton-poussoir SW1 (ou SW3) pour incrémenter la valeur en cours, ou
appuyer sur le bouton-poussoir SW2 (ou SW4) pour la décrémenter.
Réglage durée signal audio du temps faible
Tourner le potentiomètre RV1/Set pour accéder à l'écran "Beat Low Len".
Appuyer ensuite sur le bouton-poussoir SW1 (ou SW3) pour incrémenter la valeur en cours, ou appuyer sur le bouton-poussoir SW2 (ou SW4) pour la décrémenter.
Réglage durée allumage LED tempo
Tourner le potentiomètre RV1/Set pour
accéder à l'écran "LED Tempo Len".
Appuyer ensuite sur le
bouton-poussoir SW1 (ou SW3) pour incrémenter la valeur en cours,
ou appuyer sur le bouton-poussoir SW2 (ou SW4) pour la décrémenter.
Réglage durée signal Trig externe
Tourner le potentiomètre RV1/Set
pour
accéder à l'écran "Out Ext Len".
Appuyer ensuite sur le
bouton-poussoir SW1 (ou SW3) pour incrémenter la valeur en cours,
ou appuyer sur le bouton-poussoir SW2 (ou SW4) pour la décrémenter.
Balancier lumineux
Le balancier lumineux est composé de huit LED et donne l'illusion de mouvement du balancier d'un métronome mécanique (comme pour le métronome 004). Les LED sont allumées à tour de rôle en se déplaçant alternativement de gauche à droite et de droite à gauche, avec une vitesse de défilement 7 fois plus rapide que celle du tempo de base. Chaque bip marque un temps fort ou faible et correspond ainsi à l'allumage d'une des deux LED situées aux extrémités du balancier. Le pilotage des LED s'effectue par un registre à décalage de type CD4094 qui dispose de huit sorties "parallèles". Les données émises par le PIC à destination du CD4094 sont transmises sous forme série grâce aux lignes Data, Clock et Strobe respectivement positionnées sur les lignes d'E/S RB5, RB6 et RB7 du PIC. Du fait qu'à chaque instant une seule LED est allumée, on peut se permettre de limiter leur courant à l'aide d'une unique résistance.
Remarque : le balancier lumineux est entièrement facultatif. Si vous n'en avez point besoin, inutile de câble le CD4094 ainsi que les LED et la résistance associée. Il est possible de le rajouter plus tard, puisque les données de mise à jour des LED sont émises en permanence.
Sorties de "puissance"
Les sorties pompeusement appelées "de puissance" permettent de renforcer l'aspect visuel et sonore du métronome. L'usage d'un ULN2803 comme interface de sortie permet de disposer de plusieurs centaines de mA qui seront plus que suffisants pour attaquer une ou plusieurs LED haute luminosité (pour la partie visuelle) ou de bons petits HP (pour la partie sonore).
La durée d'activation de la sortie S1 (Out Ext) peut être ajustée de 1 ms à 100 ms.
Alimentation
Un peu de 12 V pour la partie "puissance" et un soupçon de 5 V pour le PIC, voilà qui justifie l'emploi d'un petit régulateur de tension 78L05.
Prototype
Réalisé selon implantation indiquée plus loin.
Remarque : n'ayant pu me procurer le PIC 16F18856 (plus de stock chez mes revendeurs habituels), j'ai utilisé un 16F18857 en remplacement.
Ce prototype m'a permis de mettre en évidence des erreurs et des dysfonctionnements que je me suis empressé de corriger (quelques différences mineures entre ce prototype et le circuit PCB que je propose désormais) :
- J'avais oublié de prendre en compte le "bruit" sur les tensions lues par le CAN du PIC. A cause de cela, le rythme changeait de temps en temps, passant par exemple de 120.0 BPM à 120.6 BPM. La différence de vitesse n'était pas perceptible, mais la LED du balancier se replaçait au point de départ à chaque changement de rythme (fonction désirée). J'ai résolu le problème au niveau matériel (ajout d'un condensateur de 100 nF entre les lignes RA0 / RA1 et la masse) et au niveau logiciel (filtrage des fluctuations).
- Oubli du condensateur de découplage de 100 nF en sortie du régulateur de tension (cela fonctionnait sans lui, mais j'ai pris l'habitude).
- Les libellés sérigraphiés pour les quatre boutons-poussoirs SW1 à SW4 étaient inversés.
- Les résistances R1 à R4 ne sont pas requises et n'ont pas été implantées, pullup interne au PIC activé pour les 4 lignes concernées (leur présence est due au fait que le PIC utilisé au début de ce projet ne possédait pas de pullup sur le port A).
Circuit imprimé (PCB)
Réalisé en double face.
Typon (PCB / circuit imprimé) au format PDF
Logiciel du PIC
Le code logiciel sera mis à disposition en libre service quand
toutes les fonctions seront implémentées et fonctionnelles.
Si toutefois un courageux veut le tester en l'état, il suffit de me le demander ;)
Historique
14/11/2021
- Première mise à disposition (schéma et PCB). Le logiciel viendra un
peu plus tard.