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Electronique > Réalisations > Selecteur 004

Dernière mise à jour : 12/02/2012

Présentation

Trois sélecteurs / commutateurs basés sur le même principe de base mais ayant des fonctions différentes sont présentés ici.
- Schéma 004 : pour routage audio 1 entrée parmi 10 
- Schéma 004b : pour sélection volume, 1 niveau parmi 10
- Schéma 004c : pour sélection d'un effet (1 entrée / 1 sortie) parmi 10
Dans les trois cas, la sélection se fait par appui sur un bouton poussoir unique (modèle pour doigt ou modèle pour pied). Pour les versions "routage audio" et "sélection effet", le routage est réversible car les élements de commutation audio sont de simples relais, une sortie peut être utilisée comme une entrée, et inversement. Les schémas 004 (routage audio) et 004c (sélection effet) présentés ici montrent le circuit en usage "3 voies", il est en fait possible de limiter le nombre de voies commutables à une valeur quelconque comprise entre 2 et 10.

Schéma 004 - routage audio

Un schéma simple, mais qui pourra tout de même poser un petit problème physique si vous souhaitez l'intégrer dans un boitier style "pédale d'effets". Le plus simple à mon avis est de ranger ce petit montage dans un petit boitier à part, quitte à lui raccorder une pédale n'intégrant que le seul bouton poussoir de sélection de voie.

Principe général

Le coeur du montage repose sur l'emploi d'un circuit intégré CMOS de type CD4017, qui est un compteur doté de une entrée d'horloge et de dix sorties dont une seule ne peut être active à un instant donné. Si à un instant T la première sortie (Q0, borne 3) est active, le fait d'appliquer une impulsion sur l'entrée d'horloge (CLK, borne 14) désactive la sortie en cours de sélection et active la sortie suivante (Q1, borne 2). Une nouvelle impulsion sur l'entrée d'horloge (CLK) désactive la sortie en cours de sélection (Q1) et active la sortie suivante (Q2, borne 4). Etc. Comme le compteur dispose de 10 sorties, on peut le laisser compter jusqu'au bout, c'est à dire que pour dix impulsions d'horloge les dix sorties auront été activées à tour de rôle. A la onzième impulsion, le circuit repart à zéro et réactive la première sortie (Q0). Si l'on ne souhaite pas utiliser les dix sorties, mais seulement trois comme c'est le cas ici, on peut utiliser la sortie qui suit la dernière sortie à utiliser, pour forcer le circuit à revenir sur la première sortie. Cela se fait via l'entrée de remise à zéro (MR, borne 15) : si une impulsion positive est appliquée sur cette entrée, le circuit se repositionne sur la sortie Q0. Si on applique sur cette entrée de remise à zéro une tension continue et non une brêve impulsion, le circuit reste bloqué sur la sortie Q0 et y reste même si des impulsions d'horloge sont appliquées sur l'entrée CLK. Dans notre cas, le fait de brancher la quatrième sortie sur l'entrée de remise à zéro (au travers de la diode D2, on verra plus loin à quoi elle sert), provoque une impulsion brêve, puisque sitôt la sortie Q3 activé, le circuit revient sur Q0. Sachant cela, il suffit d'amener sur l'entrée d'horloge, une impulsion positive provoquée par l'appui sur un bouton poussoir, à chaque fois que l'on veut basculer sur la sortie suivante du circuit intégré CD4017.

Le bouton poussoir et ses tracasseries

Un bouton poussoir simple de type NO (normalement ouvert) est un interrupteur qui se ferme quand on appuie dessus, et qui s'ouvre quand on le relache. On peut donc à priori se contenter de "faire passer" une tension positive au travers de ses contacts, pour bénéficier d'une impulsion lors de l'appui. Oui mais... un bouton poussoir présente la facheuse tendance à "rebondir" quand on l'actionne. Au lieu de se fermer ou de s'ouvrir proprement, il va s'ouvrir et se fermer plusieurs fois, rapidement, pendant un certain temps (qui peut atteindre plusieurs dizaines de millisecondes). Au final, on a non pas une seule impulsions bien propre, mais plein d'impulsions qui se suivent et qui nous embêtent bien, car notre pauvre compteur CD4017, qui obéit bêtement aux sollicitations externes, passe d'une sortie à la suivante à chaque nouvelle impulsion ! Il ne faut pas être expert pour imaginer que le résultat obtenu risque fort d'être décevant, et il faut donc trouver une parade. Cette parade est heureusement fort simple, puisqu'elle consiste à ajouter un condensateur en parallèle sur le bouton poussoir, et à connecter les deux parties à la masse au travers d'une résistance (C1 et R1 sur le schéma). En opérant ainsi, l'action manuelle (ou pédestre) sur le bouton poussoir ne produit qu'une seule impulsion au CD4017, et ce dernier n'avance que d'un cran à la fois. Ce petit ensemble R1 / C1 est appelé un circuit anti-rebond (il existe d'autres façons de faire, avec un monostable ou une bascule par exemple, mais ici le couple R/C suffit amplement).

Remise à zéro à la mise sous tension

Nous avons vu une partie du fonctionnement en régime établi (montage sous tension), mais nous n'avons pas encore vu ce qui se passait au moment même de la mise en marche du système. Quelle importance allez-vous dire ? Que la sortie en cours soit n'importe laquelle au moment de la mise en route vous importe peu ? Certes, je vous comprend. Mais imaginez que c'est la sortie Q4 qui est active à la mise en route. Dans ce cas, il vous faut appuyer six fois sur le poussoir pour activer la première sortie... Pas très élegant. Mais il existe encore un aspect encore plus drôle du CD4017 : celui d'activer plusieurs sorties en même temps. J'ai dit auparavant que cela était impossible ? Oui, c'est vrai, c'est impossible en situation établie et nominale. Mais je vous assure que cela arrive bien plus souvent qu'on ne le pense ! Il est évidement hors de question de laisser se produire une telle chose, qui est contraire à bien des règlements intérieurs. Là encore, la parade est fort simple, il suffit d'ajouter un condensateur (C2) et une résistance (R2) qui produiront à eux deux une impulsion positive que l'on transmettra à la broche de remise à zéro du CD4017 (MR), au travers d'une diode D1 dont il est grand temps de parler. La présence des deux diodes D1 et D2 est justifiée par le fait que l'entrée MR peut recevoir un ordre de remise à zéro via plusieurs chemins : celui de la remise à zéro assurée au démarrage (via C2 et R2), et remise à zéro quand la sortie adéquate est activée (Q3 dans notre cas). La diode D2 évite que l'impulsion positive produite par C2 et R2 n'arrive sur la sortie de "remise à zéro" (ici Q3) et ne grille le circuit intégré. On fait un grand sourire et on se dit que cette diode est finalement bien sympathique. La présence de la diode D1 est moins justifiée dans le sens où il y a moins de risque de griller C2 ou R2 quand la sortie Q3 s'active. Mais il est bon parfois de prendre certains reflexes, et de se dire que si C2 et R2 avaient été remplacés par la sortie d'un autre circuit intégré, le problème aurait été identique. On trouvera toujours à redire sur cette façon de voir les choses, mais c'est la mienne et je fais comme ça. Pour résumer, le circuit CD4017 se repositionne toujours sur la première sortie (Q0) quand on met le montage sous tension.

Le routage des voies audio

Nous avons donc plusieurs sorties logiques qui s'activent à tour de rôle, à chaque fois qu'on appuie sur le bouton poussoir SW1. Bien. Mais que faire de ces sorties, maintenant ? A question simple, réponse simple : ces sorties vont activer des relais. Un relais peut être considéré comme un interrupteur commandé, et on va donc en utiliser plusieurs, dont un seul à la fois sera activé pour laisser passer un signal audio parmi plusieurs. La seule chose qui est gênant ici, est que les sorties du CD4017 sont bien faibles et ne sont nullement capable de commander directement dun relais. C'est comme si on me demandait de porter en même temps deux bouteilles d'eau de 100 litres chacune. On a donc besoin d'un petit soutien, qui prend ici la forme d'un circuit intégré d'interfaçage spécialement étudié pour l'occasion : un ULN2804. Ce petit circuit est formidable : il dispose de huit entrées "sensibles", et à chacune de ces entrées correspond une sortie "costaude" (en électronique, on parle de sortie de puissance - quelle drôle d'idée). Des entrées qui comprennent ce que leur disent les menues sorties du CD4017, et des sorties qui sont capable de piloter directement des bobines de relais. Je vous disais que ce circuit ULN2804 était merveilleux. Je l'adore pour cette raison.

Choix des relais

Tel que le montage est présenté ici, vous pouvez utiliser les relais basse puissance qui vous font le plus envie. Le circuit est alimenté sous une tension de 9V, et vous pouvez utiliser des relais de 5V en série avec des leds vertes ou jaune. Vous pouvez aussi utiliser des relais dont la tension nominale de commande est de 12V, si l'alimentation du montage est de 12V. Vous pouvez aussi utiliser une alim de 5V et des relais 5V sans led en série. Bref, faites comme vous le sentez, mais restez cohérent dans vos choix... pas de relais 5V avec une alim 12V, n'est-ce pas ?

Schéma 004b - sélection volume

Ce circuit dont la partie logique de commande est rigoureusement identique au schéma 004 qui précède, permet de prédéfinir dix niveaux de volume différents et de les sélectionner les uns après les autres. Il est fait usage de relais, mais d'autres solutions auraient pu être adoptées (avec PIC et potentiomètre numérique par exemple).

Fonctionnement général

Le compteur CD4017 n'active toujours qu'une seule sortie à la fois, parmi les dix sorties Q0 à Q9 dont il dispose. Chaque sortie du compteur pilote un relais via un transistor monté en commutateur / amplificateur de courant, on a toujours un seul relais activé à la fois. Chaque relais met en service un potentiomètre de volume qui lui est propre et dont le réglage est indépendant des autres. Les connexions entre relais et potentiomètres sont telles que pour chaque relais désactivé, le potentiomètre correspondant est mis hors-circuit. Tous les potentiomètres sont reliés entre eux à tout instant au niveau de la masse, mais comme c'est la seule connexion qui est constament établie, on peut bien considérer qu'ils sont isolés les un des autres.

Nombre de voies

Les straps JP1 à JP10 ne sont utiles que si on veut limiter le système à moins de 10 voies. Si vous optez pour le maximum de dix voies, aucun de ces straps ne doit être mis en place. Si vous optez pour un nombre inférieur de voies, vous devez mettre en place le strap qui fait la liaison avec la sortie suivant la dernière exploitée. Par exemple pour un système 5 voies, vous aurez besoin des cinq premières sorties du CD4017 (Q0 à Q4), il faut donc que le compteur revienne en première position dès activation de la sixième sortie (Q5). Le strap JP6 doit donc dans ce cas être mis en place. Pour un système 7 voies, c'est le strap J8 qui doit être mis en place.

Type de relais

Les relais représentés ici sont de type double inverseur mais des modèles simple interrupteur peuvent aussi être utilisés. Vu que le courant qui circule dans les potentiomètres est très faible (signaux audio niveau ligne), les relais peuvent être des modèles miniature.

Alimentation

Une alim +5 V ou +6 V doit être dérivée de l'alim 9 V pour les relais. Un simple régulateur 78L05 (ou LM7805) suffit. La consommation permanente correspond grosso-modo à celle d'un relais. L'usage sur pile n'est pas spécialement conseillé, à moins de recourir à des relais très faible consommation. On pourrait aussi utiliser des relais bistables qui ne consomment plus rien une fois la commutation établie, mais ils coûtent plus chers et l'électronique de commande devrait être entièrement revue car un tel type de relais possède deux bobines et non une seule.

Schéma 004c - Sélection effet audio

Petite variation sur le schéma 004, et où les relais simple contact (SPST pour simple interrupteur) sont remplacés par des relais double contacts (DPDT pour double inverseur ou DPST pour double interrupteur).



Le principe est simple, on branche un effet par relais, et c'est le relais qui est activé qui envoit le signal audio dans l'effet qui lui correspond, et qui en récupère le signal traité. Les autres effets, pendant ce temps, sont déconnectés. Là encore le schéma montre trois voies installées mais je rappelle que vous pouvez en établir 2 à 10 - il suffit de déplacer la diode D2 sur la sortie qui suit la dernière sortie à utiliser (sauf bien sûr si vous devez exploiter les 10 sorties du CD4017, auquel cas la diode D2 n'est plus requise). Les relais montrés ici sont des modèles DPDT (double inverseur) mais en ce qui nous concerne ici des modèles DPST (double interrupteurs) suffisent. Notez le côté répétitif du câblage des relais, qu'il suffit de disposer en parallèle pour une partie des contacts (à gauche sur le schéma) et auxquels on relie les entrées / sorties pour connexion effet sur les autres contacts (à droite sur le schéma).

Circuit imprimé

Pas réalisé, mais juste histoire de voir que tout ça n'est pas horrible, voici un aperçu rapide de ce que ça pourrait donner pour le circuit 004 (routage audio limité à trois voies).

Historique

12/02/2011
- Ajout schéma 004c - Sélection d'un effet (1 entrée / 1 sortie) parmi 10.
15/01/2012
- Ajout schéma 004b - Sélection volume 1 parmi 10 avec potentiomètres et relais.