Идея этого устройства была предложена Игорем Хачировым, руководителем группы Огненное шоу INCENDIO г. Сочи. Идея заключается в том, чтобы использовать звуковую карту для управления вспомогательными устройствами. Несколько каналов многоканальной звуковой карты выделяются для управления устройствами, в том же звуковом редакторе, в котором создается музыкальное сопровождение в нужных местах в эти каналы вставляются специальные управляющие сигналы, которые распознаются управляющим контроллером. Таким образом обеспечивается удобный интерфейс с ПК и идеальная синхронизация работы вспомогательных устройств со звуковым сопровождением. Казалось бы, что проще? Нужно вставить в управляющий трек писки на соответствующей частоте и полосовыми фильтрами выделить их на стороне приемника. Похожий способ до сих пор используется в аппаратуре радиоуправления моделями, да и где-то кажется была припрятана схема цветомузыки на тиристорах, вырезанная из "Моделиста-конструктора". Однако на практике разработка и отладка такого набора полосовых фильтров не так проста. Тогда я решил попробовать применить протокол DTMF, используемый для сигнализации в телефонии. DTMF чуть сложней простых тональных посылок и использует одновременную генерацию двух частот из восьми возможных, чтобы закодировать одну из 16 возможных комбинаций. А самое приятное то, что для DTMF существуют готовые аппаратные декодеры.

Одним из распространенных декодеров DTMF является микросхема MT8870. Посмотрим, что у нее есть внутри. Вот ее функциональная схема из дадашита:

Как видно на схеме, внутри имеется:

• источник питания, выход VRef которого можно использовать как источник опорного напряжения для схем усиления, на него выводится VDD/2, высокий уровень на входе PWDN отключает устройство;
• тактовый генератор с внешним кварцевым резонатором;
• встроенный операционный усилитель с выводом GS для подключения внешней обратной связи;
• блок управляющей логики;
• собственно, схему распознавания тональных сигналов, высокий уровень на входе INH отключает распознавание части сигналов;
• 4-х разрядный регистр-защелку, который запоминает код распознаванного сигнала и хранит до следующего удачного распознавания, низкий уровень на входе TOE переводит выходы в состояние высокого импеданса.

Собственно, из схемы видно, что микросхема содержит вообще все, что нужно для управления устройствами. Что нужно сделать, чтобы воспользоваться всем этим великолепием?

• Подключить к выводам OSC1, OSC2 внешний кварц на 3.579545 МГц;
• Подключить к выводам St/GT, EST RC-цепочку, задающую время распознавания сигнала;
• Подключить к выводам Q1-Q4 устройства, которыми будем управлять;
• Подключить к входному усилителю обратную связь и подать на него входной сигнал.

Устройство рассчитано на подключение к стереофоническому выходу звуковой карты через разъем X9, содержит два DTMF-декодера (IC1, IC2) и соответственно может управлять восемью дискретными нагрузками. Само собой, нагрузку нельзя подключить напрямую к выходам декодера, так как их нагрузочная способность не превышает 10мА. В качестве силовой части без долгих раздумий были выбраны реле (K1-K8). Однако и реле нельзя подключить напрямую к декодеру. Для управления реле используется популярная транзисторная сборка ULN2803 (IC4). Эта сборка так же имеет встроенные диоды для борьбы с выбросом напряжения при отключении индуктивной нагрузки (которой является катушка реле). Конструкция тактового генератора MT8870 позволяет включать несколько декодеров каскадом и использовать только один кварцевый резонатор (Q1) на всех. Генератор второго декодера подключен к первому через разделительный конденсатор (C5). В обратную связь встроенного входного усилителя декодеров включены подстроечные резисторы (R3, R36), чтобы в случае чего можно было подстроить коэффициент усиления. Все разъемы на плате выполнены в виде винтовых клемм, так что необходима защита от неправильной полярности питания. Для этого на входе поставлен диодный мост (B1), так что можно питать устройство переменкой. Необходимые декодеру 5 вольт формируются интегральным стабилизатором КР142ЕН5А (IC3). Катушки реле питаются непосредственно от входного напряжения.

Генерирование сигналов и управление устройствами

Как следует из статьи про DTMF, одним сигналом можно закодировать один из 16 символов. Соответствие состояний устройств конкретным символам показано в таблице:

То есть, чтобы, например, включить только первое устройство, мы должны послать сигнал, соответствующий символу "1". Чтобы включить все устройства - сигнал, соответствующий символу "D" Популярные звуковые редакторы, например Audacity, уже содержат средства для генерации сигналов DTMF, или их можно скачать в виде звуковых файлов, например здесь.