Commençons par le commencement : l'alimentation de l'électronique de commande !

Un transformateur de réemploi (mais de qualité), avec trois secondaires dont un à point milieu : il est parfait !

Les redresseurs, condensateurs et régulateurs tiennent sur une platine de 12 x 15cm...

Le schéma de cette alimentation : vraiment rien de spécial...

Une alimentation symétrique +/- 12V pour la partie analogique, une alimentation 12V "puissante" pour la logique digitale, et une alimentation 12V filtrée pour la détection audio et les relais.

L'interfacage des deux relais est inclus sur cette platine-ci. Il est muni d'opto-coupleurs : en effet le 12V filtré n'aura pas son potentiel "0V" connecté avec les masses analogiques et digitales, du à la conception du circuit de détection. Ces relais n'ont pas de fonctionnalité de commutation de signaux, ils vont juste servir à re-créer les "clic-clic" que le système original pouvait laisser entendre lors des commutations...

Toutes les liaisons se font par des connecteurs en ligne au pas de 2,54mm, excepté les bobines des deux relais qui sont raccordés sur bornes à visser. Les fils provenant du transformateur sont aussi sur connecteur mais de type plus "puissant"...
Et enfin, 4 LED permettent de voir d'un coup d'oeil la présence des tensions.

Comment va fonctionner la logique de commutation ?

Ci-contre, un schéma-bloc de l'ensemble, il est représenté ici avec 4 lecteurs mais le principe est identique pour 10 ou même encore plus.

Les signaux audio des 10 lecteurs arrivent sur des amplis-op "tampons" NE5532 (IC101 à IC1001), avant commutation par des interrupteurs C-MOS type 4053 (IC102 à IC1002). Une sommation audio entre les deux canaux est réalisée et est envoyée au circuit de détection audio, pour le lecteur en cours d'utilisation.

Quand ce circuit ne détecte plus de signal, il envoie une impulsion d'horloge (après temporisations, voir ci-dessous) vers la logique de commutation.

Cette logique est basée sur des registres à décalage type 4035 (IC1 à IC3). Ici, ils vont être utilisés en mode parallèle. Dans ce mode, à chaque impulsion d'horloge, leurs entrées sont transférées sur les sorties. Si l'on câble la sortie sur l'entrée suivante (sortie 1 sur entrée 2 et ainsi de suite, en bouclant la dernière sortie sur la première entrée), ces registres vont alors décaler la sortie à chaque impulsion d'horloge, comme un "chenillard".

Seulement, à la mise sous tension, il est impossible de savoir comment seront positionnées les sorties des registres... Il faut donc un reset initial, actif pendant quelques secondes après l'allumage.
Mais alors, comment initialiser les sorties puisque les registres auront été remis à zéro ? Par une astuce technique, qui va justement rejoindre le fonctionnement intial du Digimatic.
En effet, celui-ci était muni de 10 boutons poussoirs permettant de lancer la séquence de lecture sur n'importe quel lecteur.

En connectant les boutons sur les entrées parallèles, il est alors possible d'envoyer la sélection sur l'entrée correspondante. A l'impulsion du bouton poussoir, une impulsion d'horloge pour les registres est également crée (légèrement retardée), et va ainsi transférer l'entrée sur la sortie correspondante.

Les sorties des registres à décalage vont donc correspondre au lecteur qui est en cours d'emploi, et ne changeront pas tant que la lecture sera en cours et qu'un signal audio sera détecté. Pour éviter de pouvoir lancer plusieurs lecteurs par les boutons poussoirs, ils seront inhibés dès qu'une des sorties des registres sera activée (fonction set-reset par les portes IC5C et IC5D).

Les sorties des registres commanderont donc les commutateurs analogiques, ainsi les sorties audio du lecteur en usage seront envoyées vers la sortie du montage. Mais les lecteurs devront aussi être lancés en lecture !

L'impulsion de lancement de la lecture "play", ainsi que l'impulsion de "pause" du lecteur précédent et celle de "skip" (pour changer de plage) du lecteur -2 seront envoyées vers les différents lecteurs par une matrice de portes AND (4081 - IC100 à IC1000). La génération de l'impulsion de commande envoyée vers les différents lecteurs sera unique, réalisée avec un demi 4098 (IC6A). Ce sea bien plus facile à régler, d'ailleurs, que le Digimatic original ou chaque module avait sa propre temporisation.

Quand le circuit de détection audio ne détecte plus de signal, cela lance une temporisation d'environ 2 secondes (ajustable avec P2 - IC8A). Si cette temporisation arrive à sa fin, elle génère l'impulsion d'horloge faisant avancer les registres, et génère également l'impulsion calibrée de commande des lecteurs.

Bien sur, lorsque la commutation a eu lieu, et que le lecteur a reçu sa commande "play", une troisème temporisation est également lancée (IC8B), pour couvrir le début de plage musicale et éviter une nouvelle commutation de lecteur si la plage débute par un niveau très faible ou un silence. Si cette tempo arrive à sa fin et qu'aucun signal audio n'a été détecté (lecteur en panne, pas de disque,...), fera passer les registres à décalage au suivant.

Le lecteur en cours d'utilisation sera indiqué par une LED (une par lecteur) et ces LED sont incluses dans les boutons poussoirs. Comme il ne s'agit pas de LED haut rendement, leur courant nominal est plus important que ce que peut fournir une sortie de circuit intégré C-MOS. Pour cela, 10 transistors sont utilisés pour les piloter. Ces LED et leurs transistors ne sont pas représentées sur le schéma-bloc, voir les schémas détaillés.

Les sorties audio (vers ampli, table de mixage,...) sont amplifiées par un double ampli-op NE5532 entre les commutateurs et les fiches de sortie. Le vu-mètre indique le niveau de sortie audio en sortie de l'appareil (et donc le signal audio du lecteur en cours de lecture).

Voici un diagramme des temps de l'ensemble du système, reprenant les principaux signaux qu'on retrouve dans le schéma bloc, ainsi que la numérotation des IC qui sont sur les schémas définitifs.

Il n'y a plus qu'à réaliser tout cela, maintenant !

L'électronique va tenir sur une grande platine d'essais à pastilles de 20 x 30cm.

Les éléments mécaniques avec positionnement précis doivent être installés avant tout le reste, bien entendu. Ici les 10 boutons poussoirs sont en place.

La platine se remplit, il en faut du monde pour réaliser les fonctions !

Les 10 connecteurs blancs seront les connexions vers les lecteurs (tant audio que signaux).

Les supports 16 broches (devant les connecteurs) sont les 4081 de la matrice de portes AND. Les supports à 8 broches derrière seront les amplis opérationnels. Sur la photo, un seul support 16 broches est en place à l'arrière, ce sera pour les commutateurs analogiques 4053.

Voici les fiches qui assureront les connexions avec les lecteurs.  

Elles disposent de 7 broches : 3 pour les signaux de commande, 1 pour le pôle commun, 1 pour la masse audio et 2 pour les signaux audio gauche et droit. Les 10 prises seront installées sur le rack.

Voici le schéma de l'ensemble des connexions internes et externes de ce système.

Les liaisons vers les lecteurs se feront par 2 câbles aboutissant dans les fiches : un avec 4 fils pour les signaux de commande, et un double blindé pour les signaux audio (connecté avec deux fiches "Cinch" sur les prises audio d'origine des lecteurs).

Voici le premier schéma de la partie digitale de ce montage. Il y a 3 pages en tout, voir la suite ci-dessous...

Le partie centrale est bien sur les 3 registres à décalage type 4035, IC1, 2 et 3. Ils sont câblés pour fonctionner en mode parallèle, donc chaque sortie est connectée à l'entrée suivante via une résistance. Les boutons de sélection sont également raccordés aux entrées de ces registres, et c'est la raison d'être des résistances (ne pas connecter les sorties directement sur les boutons).

IC4C constitue une fonction de reset à la mise sous tension, sa sortie passant à 1 pendant le temps de charge du condensateur C5.

Pendant cette initialisation, la LED témoin (en façe avant) clignote, par la porte IC4D, et s'allume fixe dès que le système est prêt pour usage. L'ensemble des circuits intégrés (tempos et registres) sont remis à zéro pendant l'initialisation. Une bascule R-S constituée de IC5C et IC5D est initialisée également. Cette bascule alimente l'ensemble des boutons poussoirs et est remise à zéro par la porte OU à diodes, sur les 10 sorties des registres. Ceci coupe l'alimentation des boutons dès qu'une sortie des registres est active, les rendant inopérants, de façon à éviter de pouvoir lancer un second lecteur pendant le cycle.

Les boutons comportent deux contacts : un vers les entrées des registres, l'autre est câblé en parallèle sur tous les boutons, et revient vers la temporisation IC6B. Quand un bouton est pressé, cette tempo génère une impulsion courte sur sa sortie. Quand cette impulsion retombe à zéro, le condensateur C2 est mis à 0V et se décharge, passant l'entrée de IC4B pendant un temps court (dépendant de la valeur de C2 et de R17). La sortie de IC4B passe dès lors à 1 un bref instant et (via IC5A et IC5B) donne ainsi une impulsion d'horloge aux registres.

La première tempo (IC6B) est nécessaire pour que l'impulsion d'horloge (sortie IC4B) arrive aux registres un bref instant après que l'entrée correspondante au bouton pressé soit à 1 et stable.

Dès lors, après pression sur un des boutons, la sortie correspondante du registre est active, et directement les boutons ne sont plus utilisables (hors tension par la bascule R-S).

Il est possible de tester l'avancement des registres par un bouton poussoir (monté sur le circuit imprimé) et connecté en entrée de la porte NOR IC5A.

Pour changer de plage quand une lecture est finie, le système est décrit sur un autre schéma (voir ci-dessous) mais l'impulsion de commande arrive sur l'autre entrée de IC4B, via le condensateur C6. Quand C6 est mis à 0V, cela génére une impulsion d'horloge vers les registres, qui avanceront d'un pas (vu le câblage des sorties sur les entrées parallèles).

Voici le second schéma de la partie digitale.

Ici on retrouve la commande des lecteurs, par une matrice de portes AND, et les LED de signalisation (qui sont intégrées dans les boutons poussoirs). Les sorties des portes AND vont vers les différents lecteurs via les connecteurs CN100 à CN1000 (représentés sur le schéma analogique, voir ci-dessous).

La temporisation IC6A génère une impulsion courte (réglable par l'ajustable P1), qui sera commune à tous les signaux envoyés vers les différents lecteurs via les portes AND. Cette impulsion est générée par le signal d'horloge qui commande aussi les registres, et est câblée sur une entrée de chaque porte AND.

Les autres entrées portes AND sont câblées sur les différentes sorties des registres, pour réaliser les fonctions PLAY, PAUSE et SKIP.

Les LED témoin sont pilotées par des transistors NPN, connectés sur les sorties des registres. Comme il ne s'agit pas de LED haut rendement, il leur faut un courant de commande que les portes CMOS ne peuvent fournir.

Voici le troisième schéma de partie digitale.

En haut du schéma, les alimentations de tous les IC : tous sont découplés avec leurs condensateurs montés au plus proche des broches. C'est indispensable !

L'entrée TR+ de IC8A est à zéro quand il y a détection du signal audio (ce signal provient de la partie analogique voir ci-dessous). Bien sur il peut osciller, dépendant du signal audio. La temporisation IC8A est montée en monde "ré-armable", ce qui signifie que chaque impulsion relance la temporisation. Elle est réglable par P2 et c'est elle qui détermine le temps maximal sans signal qui va faire avancer les registres. Sa sortie Q est le signal D2 qui génère l'impulsion d'horloge (voir schéma digital ci-dessus).

La seconde temporistion IC8B est déclenchée par le signal d'horloge, sa sortie Q passe à 1 pendant un temps réglable par P3 à chaque impulsion de l'horloge. Cette sortie, quand elle repasse à zéro, envoie une impulsion vers l'entrée TR- de IC8A (par le condensateur C25). Ceci déclenche cette temporisation, et deux cas peuvent se produire :

• le lecteur lancé donne déjà du signal audio : l'entrée TR+ de IC8A est à zéro (ou oscille) : rien d'autre ne se passe.
• le lecteur ne donne pas de signal, dans ce cas la tempo IC8A est lancée et génèrera une impulsion d'avancement des registres.

Ainsi, si un lecteur ne fonctionne pas, les registres avancent d'un pas.

Les deux tempos IC7A et IC7B sont montées en cascade et servent à piloter les deux relais à chaque changement de lecteur (via l'impulsion d'horloge). Ces deux relais reproduisent le fonctionnement initial du Digimatic original, qui comportait des relais pour commuter les lecteurs et les signaux audio. Les entrées "reset" de ces deux temporsations sont reliées au circuit d'initialisation, de façon à éviter l'enclenchement inopiné des relais lors de la mise sous tension. Les sorties de ces deux temporisations vont vers la platine d'alimentation, qui contient les opto-coupleurs et les transistors de pilotage des relais (voir c-dessus le schéma de l'alimentation).
Si les relais ne sont pas souhaitables (pour fonctionnement silencieux) il suffit de les démonter, ou simplement enlever IC7 de son support. Il est également possible de monter un commutateur mettant l'entrée reset de ces deux tempos à zéro, permettant le fonctionnement sans les relais.

Voici la partie analogique.

Un morceau de ce schéma est réalisé 10 fois, c'est la partie  entre pointillés, en haut à gauche.

Les signaux provenant des lecteurs sont tamponnés par les amplis opérationnels IC101 à IC1001. Ceci à pour but de s'affranchir de soucis de différentes impédances de sorties des lecteurs et avoir une impédance de sortie faible avant la commutation.

Une sommation des signaux G et D se fait par deux résistances de 100k, le signal issu de ces sommateurs est destiné à la détection audio. Les valeurs des résistances sont choisies élevées pour limiter au possible la diaphonie.

La commutation se fait par les interrupteurs CMOS type 4053, IC102 à 1002. Les sorties des commutateurs vont vers un bus audio : G, D et somme, via des résistances de couplage. Lorsque les commutateurs sont au repos, les sorties sont commutées sur des résistances de 1M, vers la masse. Ceci permet de créer des commutations le plus "silencieuses" possible. De même, les bus audio sont également mis à la masse par des résistances, aussi pour éviter des "plops" de commutation par la décharge des condensateurs C3 et C4 à travers les interrupteurs CMOS.

Les bus audio G et D vont vers des amplificateurs sommateurs IC4 via deux condensateurs. Tels que sur le schéma, leur gain est unitaire mais il est possible de remplacer deux pontets par des résistances, pour augmenter l'amplification. Les sorties de ce amplis vont vers les prises de sortie (CN12) via des résistances, mais également vers le vu-mètre (CN16), également via des résistances.

L'ampli opérationnel IC2 amplifie le signal de sommation, son gain est réglable par R25. Sa sortie va vers le montage détecteur basé sur IC5 : un ampli op détecte les alternances positives, l'autre les négatives. Les deux sorties sont additionnées par deux résistances et pilotent le transistor NPN. Celui-ci commande la LED de l'opto-coupleur OK1, active tant qu'il y a du signal audio. L'alimentation du détecteur est différente de l'analogique car son point de masse est différent (point commun de R47 et R49). C'est pourquoi la sortie de cet ensemble est réalisée via un opto-coupleur.

Le transistor de sortie de OK1 va commander une temporisation (voir 3e schéma digital), qui générera une impulsion d'horloge après un certain temps : cela sera une absence de signal audio pendant X temps.

Les entrées de commande des 3 interrupteurs CMOS de chaque canal sont commandées par une porte AND (IC100 à IC1000). Une des entrées de ces portes provient des registres. L'autre entrée provient d'une détection de présence de l'alimentation analogique (réalisée simplement avec OK2, actif si le + et le - 12V analogique sont bien présents).

Pourquoi une telle précaution ? En fait, les commutateurs 4053 sont alimentés par le +12V analogique. Si cette tension est manquante, mais qu'un de ces IC reçoit la commande provenant des registres, l'ensemble de ce qui est connecté sur le +12V analogique va se retrouver alimenté par cette sortie, via les diodes internes de protection des entrées CMOS des 4053 ! Bien entendu la sortie qui va ré-alimenter tout cela n'appréciera pas et claquera...

Seconde raison de cette protection (qui détecte aussi la présence du -12V analogique) est qu'en l'absence d'une des tensions analogiques, les amplis op vont fortement distorsionner. Autant ne rien envoyer vers la sortie audio si l'alimentation analogique n'est pas en ordre.

Pour des raisons de câblage, la matrice des portes AND (voir second schéma digital) a été réalisée avec 10 IC type 4081, contenant chacun 4 portes, dont 3 utilisées pour la matrice. Une porte dans chaque IC n'avait donc pas de fonction dans la matrice, et donc est utilisée ici pour réaliser cette fonction de protection.

L'ensemble des amplis opérationnels est découplé avec pour chacun 2 résistances et deux condensateurs. Les commutateurs 4053 sont également découplés avec deux condensateurs, c'est indispensable pour éviter les bruits parasites dans le signal audio. Ainsi réalisé, le sytème est parfaitement silencieux en l'absence de signal audio.

Et enfin... La platine est totalement câblée et bien remplie !

Pas mal d'heures de câblage, et quelques essais mais finalement peu de modifications par rapport aux schémas initaux.

Voila l'engin fonctionnel !

Ne reste qu'à placer le couvercle supérieur, mais cela se fera après quelques heures de tests.

Le circuit imprimé du vu-mètre d'origine est déformée, et quasiment impossible à remonter dans le rack sans risque de casse (voir aussi page 4).

Voici le relevé de schéma, qui a servi à la reconstruction d'un vu-mètre de remplacement, avec les mêmes circuits. Oui, sans doute, le UAA170 est "périmé" en 2020, mais comme il m'en restait en stock... autant refaire à l'identique, d'autant que ces circuits intégrés Siemens sont quasiment indestructibles !

Voila pour la partie électronique du rack de base, qui est terminé (31/01/21). Encore un gros paquet de circuits intégrés de logique combinatoire ! Comme dans bien d'autres réalisations...

Alors, ici, toujours pas d'usage d'un quelconque microprocesseur ou contrôleur ? Tout d'abord, comme expliqué sur la première page, il était souhaité une réalisation restant plus ou moins dans l'esprit de l'époque de la conception (vers 1986).
Ensuite, ici quelle aurait été la simplification apportée par un microcontrôleur ? Il faut de toutes façons l'ensemble de la partie analogique et des commutateurs. Dès lors ce qui aurait pu être remplacé par du logiciel sont les registres à décalage et les temporisations. La matrice de portes AND peut bien sur être des sorties du contrôleur, et justement... Il faudrait au minimum un ou deux gros IC permettant d'étendre les entrées sorties du processeur choisi. Il faudrait pas moins de 43 sorties et 11 entrées digitales...
Alors, peut-être que oui : il y aurait un peu moins d'IC avec l'usage d'un processeur.

La première page de ce projet a expliqué les motivations et les premiers aspects techniques de la chose.

La seconde page relate les choix techniques et la modification des lecteurs CD & K7.

La quatrième page est le "gros morceau" avec la réalisation du rack de base de ce «Digimatic MKII»