Зачем советскому бобиннику «Олимп-005С» понадобились три микропроцессора

На панели классического катушечного магнитофона привычно видеть переключатели дорожек, регуляторы уровня записи и стрелочные индикаторы. Однако в 1986 году Кировское электромашиностроительное ПО имени Лепсе собрало опытную партию магнитофона «Олимп-005-стерео», на лицевой панели которого рядом с тумблерами находилась цифровая клавиатура с кнопками «Сброс», «Ввод» и «Память». Аппарат позволял составить список нужных номеров дорожек, нажать клавишу «Пуск» и поручить автоматике поиск композиций на катушке длиной 550 метров по заданной программе. Чтобы заставить механический прибор весом 20 килограммов выполнять задачи проигрывателя компакт-дисков, советские инженеры установили в схему сразу три специализированные БИС серии КР145ИК с жестко прошитой микропрограммной логикой. Но за этим смелым решением скрывалась конструктивная проблема, из-за которой хваленая автоматика часто отказывалась работать в обычных квартирах.

Аналоговая магнитная лента физически не содержит цифровых меток, адресов секторов или оглавления. Это сплошная полоса лавсана шириной 6,3 миллиметра, где сигналы записаны непрерывным намагничиванием рабочего слоя. Чтобы реализовать автоматический выбор дорожек, требовалось одновременно контролировать натяжение ленты тремя двигателями, вести поминутный учет расхода ленты и сканировать фонограмму на высокой скорости перемотки. В середине восьмидесятых годов ни одна отечественная микросхема не могла справиться с одновременным выполнением столь разных алгоритмов.

Распределение задач между заказными микросхемами

Первую БИС, КР145ИК1906, выделили для прямого управления лентопротяжным механизмом. По своей структуре это был специализированный микроконтроллер для управления приводом: он опрашивал датчики натяжения ленты, контролировал вращение боковых узлов и формировал сигналы для ключей электродвигателей и электромагнитов тормозов. Чип предотвращал повреждение ленты: если при перемотке на скорости 10 метров в секунду пользователь нажимал воспроизведение, схема сначала переводила боковые двигатели в режим торможения противотоком, гасила скорость до нуля и лишь затем включала прижимной ролик. Тем не менее этот чип управлял исключительно механикой и совершенно ничего не знал о длительности звучания фонограммы.

Вторую БИС, КР145ИК1914, инженеры превратили в электронный счетчик реального времени. Микросхема непрерывно принимала импульсы от инфракрасных оптопар на обводном ролике и высчитывала фактическое время воспроизведения с точностью до одной секунды. Данные выводились на вакуумно-люминесцентный индикатор в привычном виде минут и секунд от начала записи. Однако этот процессор лишь фиксировал физическую длину смотанной ленты и не анализировал сам звуковой сигнал в звуковом тракте.

Третья БИС — КР145ИК1913 — связывала работу первых двух микросхем и выполняла функции программатора. Чип хранил во внутреннем ОЗУ введенную пользователем последовательность треков, сопоставлял контрольные точки по времени и отправлял контроллеру лентопротяжки команды на остановку или запуск перемотки. С его помощью задавался порядок воспроизведения: например, прослушать первый трек, пропустить второй и сразу перейти к третьему. Но для точной остановки в начале выбранной песни одних показаний таймера не хватало: требовалось фиксировать границы композиций непосредственно во время скоростной перемотки.

Пятая магнитная головка и кинематика поиска

В катушечных магнитофонах со сквозным каналом и автореверсом штатно установлены четыре магнитные головки: стирающая, записывающая и две воспроизводящие для прямого и обратного хода. Во время перемотки подвижные металлические лентоотводы принудительно отодвигают ленту от их полюсных наконечников на 2-3 миллиметра. Без этого лента на скорости 10 метров в секунду быстро сточит ферритовые сердечники, а в тракт пойдет высокочастотный сигнал перегрузки, способный сжечь твитеры в акустических системах. Однако при отведенной ленте электроника магнитофона не способна зарегистрировать звук.

Инженеры кировского завода вышли из положения оригинальным путем: они смонтировали перед основным блоком пятую магнитную головку, работающую только как датчик пауз. Чтобы не усложнять кинематику отдельным приводом, конструкторы изменили профиль левого лентоотвода. В режиме поиска шток лентоотводов занимал промежуточное положение: лента оставалась отведенной от дорогостоящего блока рабочих головок, но ложилась на сердечник головки поиска. Сигнал с датчика шел на отдельную плату усилителя воспроизведения паузы (УВП), настроенного на порог минус 40 децибел относительно номинального уровня. Если тишина длилась дольше двух секунд, схема выдавала команду процессору КР145ИК1913: найден межтрековый промежуток.

В реальной эксплуатации надежность этого узла оказалась крайне низкой. При номинальной скорости 19,05 см/с двухсекундная пауза соответствует отрезку чистой ленты длиной 38 сантиметров. Большинство советских меломанов переписывали альбомы с эфира или пластинок, где между песнями оставался фоновый шум тракта, потрескивание винила или шорох микрофона. Пороговый детектор УВП не мог отличить грязную паузу от полезного сигнала: уровень помехи не падал ниже минус 40 децибел, процессор не получал сигнала на торможение, и аппарат пролетал катушку насквозь.

Чтобы автопоиск срабатывал, владельцу приходилось готовить фонограмму вручную: при записи катушки требовалось зажимать кнопку технологической паузы не менее чем на 3 секунды между песнями. Но даже идеально размеченная лента не спасала магнитофон от еще более серьезного конструктивного изъяна, спрятанного в самой схемотехнике прибора.

Причина отказа от автоматики в версии «С-1»

Серия КР145 выпускалась по p-МОП технологии, которая создавалась для портативных калькуляторов. Такие интегральные схемы требовали питающих напряжений минус 15 вольт и минус 27 вольт, обладали высоким внутренним сопротивлением и были уязвимы к статическому электричеству и импульсным помехам. В корпусе магнитофона эти нежные чипы соседствовали с силовым трансформатором и электромагнитами, которые в момент срабатывания потребляли кратковременный ток форсировки до двух ампер. Вдобавок трение сухой лавсановой ленты о металлические стойки на перемотке генерировало электростатический потенциал в несколько киловольт.

Под действием регулярных помех микросхемы зависали посреди работы. Если сбой происходил в чипе КР145ИК1906, магнитофон на полной скорости перемотки мог резко включить ленточные механические тормоза или подать встречное напряжение на боковые двигатели. Тонкая лавсановая лента толщиной 27 или 34 микрометра от такого рывка мгновенно лопалась. Отремонтировать сгоревший блок управления было крайне непросто: заказные БИС серии КР145 распределялись строго по промышленным разнарядкам и в розничные магазины радиодеталей практически не поступали.

После развертывания широкой серии магнитофона (с 1987 года он выпускался под индексом «Олимп МПК-005С») на завод пошел поток рекламаций. Осенью 1990 года Кировское ПО имени Лепсе запустило в серию модификацию «Олимп МПК-005С-1», в которой схемотехнику кардинально упростили. С блока головок сняли пятую головку поиска, ликвидировали плату УВП и удалили микросхему КР145ИК1913 вместе с блоком кнопок программирования на передней панели. Управление лентопротяжкой вместо капризного контроллера перевели на дискретную КМОП-логику серии К561, устойчивую к статике и броскам напряжения, а на микропроцессоре оставили лишь счетчик времени КР145ИК1914.

Попытка советских инженеров автоматизировать катушечный магнитофон опередила возможности доступной в те годы элементной базы. «Олимп-005С» остался уникальным памятником советской инженерной мысли, наглядно подтвердив: сложная полупроводниковая автоматика в аналоговом механическом аппарате часто становится самым слабым звеном.