Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Metronom mit 12 LED´s und Lautsprecher


von José B. (ak-nak47)


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Hallo Zusammen,

mein erster Beitrag hier im Forum, daher will ich mich einfach mal kurz 
vorstellen.

Ich bin 26 Jahre alt und Konstrukteur im Sondermaschinenbau 
(Fertigungsanlagen, Vorrichtungen, Werkzeuge, Vollautomatische 
Fertigungslinien, etc.).

Im November habe ich angefangen mich ein wenig in die Elektronikwelt zu 
begeben und muss sagen das ich begeistert bin. Hätte mir jemand vor 
einem Jahr gesagt das ich eines Tages mich dafür begeistere, hätte ich 
gesagt "Alles klar, du spinner!".

Nach einigen Projekten mit Arduino will ich auch ein wenig weiter gucken 
und etwas "Arduinoloses" machen. :-)

Ich hoffe hier im Forum auf alle meine Fragen und Probleme eine Antwort 
zu finden, im Gegenzug dazu werde ich natürlich überall dort helfen wo 
ich helfen kann und mein Fachwissen von Nutzen sein kann.

Nun zu meinem eigentlichen Thema:

Ich will ein spezielles Metronom bauen.

Folgendes zum Gerät selber:

12 LED´s
2x Poti (1x Lautstärkeregler, 1x Geschwindgkeit)
1x Lautsprecher

Die LED´s sollen nacheinander aufblinken eine nach der anderen, bei 
jedem Aufleuchten ein Ton aus dem Lautsprecher, wobei bei 5 LED´s ein 
anderer Ton ausgegeben werden soll als bei den restlichen 7. Der eine 
Poti regelt die Geschwindkeit, der andere die Lautstärke der 
ausgegebenen "klicks" bzw. Töne.

Das ganze habe ich mit Arduino gemacht und es funktioniert einwandfrei. 
Jedoch würde ich das ganze ohne ein Arduino zusammenbauen.

Daher meine Frage ist das so möglich, und wenn es möglich ist, wer kann 
mir einen Ansatz bringen?

Viele Grüße
Ak-NAk47

von Dennis H. (c-logic) Benutzerseite


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Sollte ohne Riesen Aufwand möglich sein, wenn immer nur eine LED nach 
der anderen leuchtet. Quarzbasis ist vielleicht nicht die schlechteste 
Idee.
Mit einem Timer sollte Tonerzeugung möglich sein. Transistor und 
LautstärkePoti sind dann externe Beschaltung.
Für den Zeitvorgabe-Poti reicht A/D-Wandlung.
Die 12 LED's können mit Vorwiderständen direkt am Controller betrieben 
werden.

Ich würde da einen Mega16 schon beanspruchen.
Oder wolltest du das Controller-Los bauen ?

von José B. (ak-nak47)


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Hi,

Gegen einenn Controller wuerde nichts sprechen, sofern ich mir im klaren 
darueber bin wie das genau mit einem Controller funktioniert. 
Programmieraufwand?

Es wird nie mehr als eine Led aufleuchten, immer nur einzeln und 
nacheinander.

Gruesse

von Dennis H. (c-logic) Benutzerseite


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wenn du ja schon Erfahrung mit Arduino hast wird das keine grosse 
Umstellung sein.
C kann ja dann als Sprache genutzt werden.

von José B. (ak-nak47)


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Hi,

eben jetzt kommt das Problem das ich habe. Wie könnte die mögliche 
Schaltung aussehen?

Derzeit verwende ich auf dem Arduino Prototyp 13 Digitale Eingänge und 2 
Analoge.

von Karl H. (kbuchegg)


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José B.F. schrieb:
> Hi,
>
> eben jetzt kommt das Problem das ich habe. Wie könnte die mögliche
> Schaltung aussehen?

Vom Prinzip her kannst du die AVR-Basischaltung nehmen

AVR-Tutorial: Equipment: Selbstbau

Und die Hardware drumherum wird auch nicht anders angeschlossen als beim 
Arduino.

von José B. (ak-nak47)


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Okay, jetzt wird es vll. peinlich:

Wo sehe ich am Datenblatt welches die digitalen und welches die anaöpgen 
Pins sind? schäm

von Karl H. (kbuchegg)


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José B.F. schrieb:
> Okay, jetzt wird es vll. peinlich:
>
> Wo sehe ich am Datenblatt welches die digitalen und welches die anaöpgen
> Pins sind? *schäm*

LIes den Rest des Tutorials

(in Kurzform: die Eingänge, die zum ADC gehen, heißen auch so in ihrem 
2.ten Namen. ADC0, ADC1, ...

von Dennis H. (c-logic) Benutzerseite


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Die LED-Beschaltung kannste mit 12 Pins (jede LED ein Pin),
4x3 Pins (Matrix-Ansteuerung) oder
2x3 Pins (Matrix-Ansteuerung mit halber Reversebeschaltung) machen.

Das Potentiometer für die Zeit wird als Spannungsteiler an einen 
ADC-Port angeschlossen.


VCC O
    |
    |
    O--- ADC
    |
    |
GND O

von Stefan F. (sfrings)


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Was habe ich hier verpasst?

Arduino ist doch ein Mikrcocontroller in Grundbeschaltung. Worin besteht 
der Unterschied zu einem AVR mit Spannungsregler, Quartz und genau den 
gleichen Bauteilen, die du schon erfolgreich an Deinen Arduino 
angeschlossen hast?

Unterschiede erwarte ich nur in der Programmierung. Die Hardware ist 
doch fast 1:1 identisch.

von José B. (ak-nak47)


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Hi,

werde mal versuchen am WE einen "Schaltplan" (zumindest den Ansatz) zu 
erstellen. Mich graust es schon... :-)

von Checker Bunny (Gast)


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Magst du ein bischen mehr zum Hintergrund deines Metronoms erzählen?

Wieso sollen beispielsweise 5 und 7 LEDs einer Gruppe mit jeweils 
anderem Ton sein?
Ich hätte jetzt mal eine Betonung des 1. Schlags eines Taktes vermutet. 
Aber 5 und 7 kann ich keiner Taktart zuordnen.
Oder ist deine Anwendung am Ende keine musikalische?

von José B. (ak-nak47)


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Das ist so:

Beim Flamenco wird nach einem 12er Modus gespielt.

Stell es dir wie eine Uhr vor. Die Zählzeiten 12, 3, 6, 8, und 10 werden 
stärker angeschlagen als die restlichen.

Daher sind am ende diese 5 LED´s rot und die restlichen grün. Ein 
anderer Ton an diesen 5 LED´s hebt die Sache noch akustisch hervor. :-)

von Checker Bunny (Gast)


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Wow, das ist ja cool!

Aber ich sehe schon, dein Projekt hat noch Potential ;-)

Z.B.:
- Unterstützung auch anderer Taktarten (zumindest 4/4, 3/4 und 6/8)
- Übungsmodus, d.h. sich automatisch steigernde Geschwindigkeit
- Um die Beats per Minute genauer eingeben zu können ist evtl. eine 
Tastatur besser, als ein Poti oder du nimmst das Poti nur um am 
ADC-Eingang den Widerstandwert zu lesen und dann umzusetzen auf einen 
BPM Wert, der auf einem LC-Display angezeigt wird.

von José B. (ak-nak47)


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Anbei mal der Ansatz.

Ich denke über viele Punkte dieses Ansatz lässt es sich streiten, aber 
ich bitte um Nachsicht. Das ist mein 1. Schaltplan.

Geht das in die richtige Richtung?

Grüße
José

von ./. (Gast)


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Ja.

Ein paar Punkte:
-Widerstände in Reihe zu den LEDs
-Verbinde erstmal VCC und die ISP-Schnittstelle (da hast du Pins schon 
vergeben!)

Siehe 
http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_Equipment#Selbstbau

Viel Erfolg.

Cooles Projekt!

von José B. (ak-nak47)


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Hi,

schön das das Projekt ankommt. :-)

Jede LED einen Widerstand in Reihe? Wie berechnet man den optimalen 
Widerstand?

von Dennis H. (c-logic) Benutzerseite


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Du ziehst vom VCC die Durchlass-Spannung der LED ab und dividierst das 
durch die Stromstärke die maximal erlaubt ist.

z.B.
VCC=5V
Durchlassspannung 1,9V (grüne LED) mit Maximalstrom 20mA

(5V - 1,9V)
-----------  = 155 Ohm Vorwiderstand
   0,02A

Die LED's leuchten im Normalfall aber mit niedrigerer zugestandener 
Stromstärke noch ausreichend und halten dann auch länger.

Hast Du vor gleichfarbige LED's zu nehmen, kann du Pins und 
Vorwiderstände sparen wenn du I/O-Pins als Masse nimmst.

von Dennis H. (c-logic) Benutzerseite


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So als Vorschlag ... aber schliesst natürlich gleichfarbige LED's voraus
(wegen gleichen Vorwiderstand) und das jeweils nur 1 LED an sein muß.

von José B. (ak-nak47)


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Also meine Rechnung zu den LED´s:

LED grün: 2,2 V / 30mA = 100 Ohm

LED rot: 2 V / 30 mA = 93,333 Ohm

Könnte ich hier für jede LED einen 100 Ohm Widerstand benutzen? Oder 
soll ich 100 und 90 benutzen?

von José B. (ak-nak47)


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So habe ich das im Moment...! Weiss aber net ob das so i.O. ist?

von Dennis H. (c-logic) Benutzerseite


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José B.F. schrieb:
> Also meine Rechnung zu den LED´s:
>
> LED grün: 2,2 V / 30mA = 100 Ohm
>
> LED rot: 2 V / 30 mA = 93,333 Ohm
>
> Könnte ich hier für jede LED einen 100 Ohm Widerstand benutzen? Oder
> soll ich 100 und 90 benutzen?

Deine Rechnung beinhaltet da aber Fehler.

Vorausgesetzt VCC=5V

LED   V-Durchlass V-Widerstand Stromstärke Vorwiderstand
grün  2,2V        2,8V         0,03A       93,3 Ohm
rot   2,0V        3,0V         0,03A       100 Ohm

Du kannst aber ruhig einen größeren Widerstand wählen ~120 Ohm o.ä.
Die LED's leuchten für gewöhnlich nicht wesentlich heller an der oberen 
Stromgrenze wie etwas darunter.
Größerer Vorwiderstand = niedrigere Stromstärke.

von José B. (ak-nak47)


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Wenn ich das ganze mit ner 9V Blockbatterie betreiben will, wäre dann 
VCC 9V oder?

von troll (Gast)


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Ja, aber 9V-Batterien haben keine hohe Kapazität und du brauchst einen 
Spannungsregler für den µC. Sonst gibt es magischen Rauch...

von José B. (ak-nak47)


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Verdammmmmmmmmt. Ich komme voll an die Grenzen meines Wissens in der 
Elektrotechnik. Ich pack das net....

von Dennis H. (c-logic) Benutzerseite


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Du zielt auf eine Batterieanwendung ab.

Es muß nicht unbedingt ein Spannungsregler sein.
Der Verbrennt die nicht nötige Spannung einfach.
Ein Step-Down-Wandler ist vielleicht eher geeignet.
Der hat dann einen Wirkungsgrad ~80 % aufwärts und verlängert dann die 
Laufzeit.

Dann wäre noch die Möglichkeit dein VCC zu reduzieren.
So gängige Controller lassen da kleiner 3V zu.
Die Energiesparmethoden der Controller kommen dann noch dazu.
Taktrate aufs geringst nötige Reduzieren.

von José B. (ak-nak47)


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Wenn ich ehrlich bin verstehe ich nur Banhof. :-)

Frage mich gerade ob ich das überhaupt durchziehen kann... :-(

von Dennis H. (c-logic) Benutzerseite


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Beispiel Atmel Mega16. Der kann bis zu 4,5 Volt betrieben werden, aber 
maximal 5,5V ab.
Der Mega16L kommt bis auf 2,7 Volt Betriebsspannung runter.

Ein Spannungsregler wie der 78S05 macht aus 9 Volt zwar 5 Volt, aber die 
überschüssigen 4 Volt gehen in Wärme auf. 
http://de.wikipedia.org/wiki/Spannungsregler

Ein Spannungswandler geht da anders vor und macht die 5 Volt über den 
Umweg des Wechselrichtens. http://de.wikipedia.org/wiki/Spannungswandler

von José B. (ak-nak47)


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Und wenn ich einfach eine 4,5V Batterie benutze?

von troll (Gast)


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Dann brauchst du keinen Spannungsregler. Wie viel Kapazität eine solche 
Batterie hat weiß ich allerdings nicht.

von José B. (ak-nak47)


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Ja das Teil soll mit Batterie laufen, sollte schon eine gewisse Laufzeit 
haben ohne das ich täglich bzw. wöchentlich die Batterie wechseln muss 
bei normaler Benutzung (ca. 2 Stunden / Tag)

von Dennis H. (c-logic) Benutzerseite


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José B.F. schrieb:
> Und wenn ich einfach eine 4,5V Batterie benutze?

Dann nimmt aber einen Atmel Mega16L.

Haste schon ne Idee wie du den "Klick" erzeugst ?
Piezo eventuell oder doch richtiger Lautsprecher ?

http://www.mikrocontroller.net/articles/Klangerzeugung

von Eumel (Gast)


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Die Laufzeit kannst du dir doch relativ einfach selbst ausrechnen. Du 
weißt wie viel Strom deine Schaltung verbraucht und du kannst googlen 
was in normalen AA Batterien so drin ist.

von Dennis H. (c-logic) Benutzerseite


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Atmega16L mit 1MHz bei 4,5V z.B. braucht 1.5 mA im Normalen Betrieb,
0,55 mA im Idle-Mode.
Weitere Vorschläge:
Die LED's kannst mit 10 mA immer noch zum leuchten bringen.
oder gar low-current-LEDs

von José B. (ak-nak47)


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Ich steig nicht mehr durch, ich muss wohl beim Arduino bleiben. Ich habe 
mich vll. für den Einstieg überhoben.

Vll. nen Dienstleiter der das umsetzen koennte... .

von Eumel (Gast)


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Ach, du packst das schon. Allerdings nicht alles aufeinmal. Schritt für 
Schritt erstmal auf einem Steckbrett aufbauen. Du machst dir ja momentan 
Gedanken über 1000 Dinge gleichzeitig. Klar, dass dich das überfordert.

von Dennis H. (c-logic) Benutzerseite


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Eben, fang auf einem Steckbrett an.

Die Energieoptimierung kommt dann später.

von José B. (ak-nak47)


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Ja ich würde gerne erst den Schaltplan fertig machen, aber da rödel ich 
auch schon die ganze Zeit hin und her und komm net weiter. :-/

von José B. (ak-nak47)


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So schaut es jetzt aus. :-/

von 006 mit der Lizenz zum Trollen (Gast)


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Den Schaltplan bitte auch als png damit ihn auch User angucken können 
die kein Eagle installiert haben.

von José B. (ak-nak47)


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Sorry. :) Jetzt als Jpeg.

von José B. (ak-nak47)


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Ist es so schlecht das es euch die Sprache verschlagen hat? :-))

von Checker Bunny (Gast)


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... und bist du schon weitergekommen?

von Eumel (Gast)


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Mit einem Widerstand für jeweils 6 LEDs wirst du nicht glücklich. Gönn 
jeder einen, so teuer sind die nicht ;)

von José B. (ak-nak47)


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Konnte bislang nicht weiter machen, bin grade in Spanien Urlaub machen. 
:)
Ist mein letzter geposteter Stand denn ueberhaupt korrekt? Also klar 
wenn jede LED dann den Widerstand bekommt. :)

Gruesse

von Checker Bunny (Gast)


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Eumel schrieb:
> Mit einem Widerstand für jeweils 6 LEDs wirst du nicht glücklich. Gönn
> jeder einen, so teuer sind die nicht ;)

@Eumel
Warum denn nicht?
Beim dem Metronom ist doch immer nur eine der LEDs aktiv.

@Jose
Hast du den Thread schon gelesen:
Beitrag "Elektronisches Metronom"
Siebensegmentanzeigen sind vielleicht ne Alternative zu LEDs. Im ersten 
Posting des TOs ist außerdem ein Link auf seine Projektwebpage.
Evtl. solltest du ein paar Taster für Konfiguration, Start, Stopp, etc. 
vorsehen. Könntest du noch die "normale" uC Beschaltung einzeichen? 
(Stromversorgung, Takt, Resetbeschaltung).

... dann noch viel Spass im Urlaub

von Karl H. (kbuchegg)


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Checker Bunny schrieb:
> Eumel schrieb:
>> Mit einem Widerstand für jeweils 6 LEDs wirst du nicht glücklich. Gönn
>> jeder einen, so teuer sind die nicht ;)
>
> @Eumel
> Warum denn nicht?
> Beim dem Metronom ist doch immer nur eine der LEDs aktiv.

Ja, jetzt.
Wer weiß, was man mal in Zukunft machen will. Zb die LED als Anzeige für 
Einstellungen nehmen.

Vom Layout her ist es kein Aufwand, von den Kosten her spielt es auch 
keine wirkliche Rolle.

Also: Ich würds machen.

von José B. (ak-nak47)


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Hallo Zusammen,

so zurück aus dem Urlaub wieder zurück an der Sache.

Jeder LED einen Widerstand zu geben ist sinnig, da ich über einen 
Wahlschalter auch gerne die Taktarten ändern will, dies würde bedeuten 
das auch mal nur 2, 4, 6, 8 oder eben alle 12 Led´s leuchten würden.

Aber was mir Sorgen macht ist die Versorgung über Batterie, da komm ich 
net auf die Lösung. Eine Akkulöung wäre noch schwieriger oder?

Grüße

von Karl H. (kbuchegg)


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José B.F. schrieb:

> Aber was mir Sorgen macht ist die Versorgung über Batterie

Muss es unbedingt Batterie sein?

So ein Steckernetzteil, noch ein 7805 hinten drann und du hast deine 5V. 
Und eine Steckdose sollte wohl in einem Raum immer irgendwo in der Nähe 
sein.

von Karl H. (kbuchegg)


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José B.F. schrieb:

> Jeder LED einen Widerstand zu geben ist sinnig, da ich über einen
> Wahlschalter auch gerne die Taktarten ändern will, dies würde bedeuten
> das auch mal nur 2, 4, 6, 8 oder eben alle 12 Led´s leuchten würden.

Es ist zwar im Grunde nicht wirklich tragisch, aber wenn du ohnehin noch 
jede Menge Pins frei hast, warum benutzt du dann den MOSI, wo der ISP 
Programmer drann hängt? SChiebst du die eine LED Leiste komplett an den 
C-Port hast du das ISP sauber frei, ohne dass dir da was in die Suppe 
spucken kann.

von José B. (ak-nak47)


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Also wenn ich ehrlich bin habe ich keine Ahnung was ich da verdrahte 
oder einzeichne. :-(

von Karl H. (kbuchegg)


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José B.F. schrieb:
> Also wenn ich ehrlich bin habe ich keine Ahnung was ich da verdrahte
> oder einzeichne. :-(

Dann musst du das abstellen!

So sieht eine AVR Grundschaltung aus
http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_Equipment#Selbstbau

Die Pins am ISP Stecker verbindest du mit den gleichnamigen Pins am µC.
Spannungsversorgung (Vcc/GND, AVcc/AGnd) herstellen (die 100nF an jedem 
Pärchen nicht vergessen) und der µC läuft schon mal prinzipiell. An ARef 
kommen noch 100nF und dann ist auch der ADC schon einsatzfähig.

Was fehlt noch?
Ach ja. 10k an Reset sind nicht schlecht.

Ob dir der interne RC-Taktgeber von der Genauigkeit her reicht, kann ich 
nicht sagen. Geschätzt würde ich mal sagen: ja. D.h. der ganze Komplex 
an XTAL1 mit dem Quarzoszillator interessiert dich nicht.


Und natürlich deine LED.
Aus dem Bauch raus würde ich sagen, dass du mit dem Lautsprecher direkt 
am µC-Pin nicht glücklich werden wirst. Da darf dann schon ein 
Transistor als Treiber dazwischen.
http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_IO-Grundlagen#Ausg.C3.A4nge_benutzen.2C_wenn_mehr_Strom_ben.C3.B6tigt_wird

von José B. (ak-nak47)


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Je mehr ich lese desto weniger verstehe ich... :-(

Das ist einige Level zu hoch für mich, ich sehe da wenig, sehr wenig 
chancen für mich. :-(

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