MID- חיבור עוגב אלקטרוני: 6 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

מדריך זה מנחה אותך לקחת את העוגב האלקטרוני הישן והלא אהוב הזה שיש לך במוסך או במרתף שלך, ולהפוך לכלי נגינה מודרני. לא נתעכב יותר מדי על פרטי האיבר המסוים שיש לך, מלבד לומר שביסודו המקלדת המוסיקלית הטיפוסית היא קבוצת מקשים המתחברים בלחיצה לאוטובוס משותף. בעולם הישן התקיימו מעגלים ניכרים לצד המפתחות שגרמו להעביר פלט לאוטובוס, שבתורו הוגבר והועבר למערכת שמע. כיום המקלדת היא קבוצת חיישנים; אנו קוראים את מצב המפתחות הבודדים ושולחים את השינויים לסינתיסייזר תוכנה, המונע על ידי פקודות MIDI.

ההנחיה מכסה חלק ניכר מהתהליך הכרוך, מאיסוף המצב הדיגיטלי של המפתחות, ניהולו באמצעות מעבד Arduino, בניית זרם נתונים של MIDI והעברתו למחשב (כולל Raspberry Pi) המפעיל את הסינתיסייזר.

שלב 1: המקלדת מופשטת

להלן מייצג איבר אלקטרוני מופשט, כאשר כל שורה היא קבוצת מקשים או עצירות או מתגי שליטה אחרים. ערכי 0 העמודות מייצגים מקשים בודדים, וה- - אוטובוס שאליו לוחצים על המקש כאשר הוא נלחץ. המדריך הגדול של 61 מפתחות יכול להיות השורה הראשונה, ידנית ההתנפחות השורה השנייה, הדוושות השלישית והעצירות וכו 'הרביעית. השורות מכילות למעשה 64 אלמנטים בגלל המשמעות הדיגיטלית שלה ככוח של 2 מעבר ל 61. בתוך שורות המקלדת, המקשים עוקבים אחר מוסכמה מוזיקלית רגילה כאשר C בצד שמאל.

אוטובוס 0 - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ……………….. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

אוטובוס 1 - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ……………….. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

אוטובוס 2 - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ……………….. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

אוטובוס 3 - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ……………….. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

כל אוטובוס הוא עצמאי ומבודד חשמלית מעמיתיו. 8 האלמנטים הראשונים מודגשים ב- Bold, עם 8 בלוקים כאלה בסידור לעיל. השלב הבא מפרט לוח מעגלים מודפסים הפועלים על האלמנטים הנועזים ושבעת הבלוקים הנוספים שלהם.

המפתחות יוצגו כ- 0 למעלה. אנחנו יכולים לקחת את זה קצת יותר רחוק, ולומר שמפתח הוא 1 דיגיטלי כאשר לוחצים עליו, ו- 0 אחרת. והמפתחות יכולים להיות דירות לבנות מוזיקליות קונבנציונאליות או חדות שחורות, או דוושות עוגב, או עצירות עוגב, או בנק של מתגים סיבוביים שעשויים לתת לנו צליל סקסופון. אנו פשוט מתייחסים למכשיר כמערכת מתגים בקבוצת אוטובוסים ובעצם זרם דיגיטלי של 0 ו -1.

שלב 2: חיווט מהמקלדות

כדי לעזור בחיווט המקלדות, לוח מעגלים מודפסים נבנה באמצעות Eagle CAD. גודלו הוא כ -96 מ"מ X 43 מ"מ, ו -8 נדרשים, המשתרעים על החלק האחורי של מכלולי המקלדת האורגן.

הבה נבחן בפירוט לוח מעגלים מודפס זה (PCB). התמונה השמאלית היא החלק הקדמי של ה- PCB שעליו מותקנים הרכיבים, והימין הוא החלק האחורי שבו אנו מלחמים את הרכיבים.

ראשית, רכיבי 2X3 בחלקו העליון מיועדים להתחבר למפתחות למעלה, כאשר שני החיבורים העליונים אוטובוס 0 ו -1, הזוג הבא 2 ו -3, והזוג התחתון גם אוטובוסים 2 ו 3. נמצא כי לוח PCB כותרת 2X3 הייתה קשיחה מספיק בכדי להכיל חוט חיבור חד גדילי מהמפתחות פשוט נדחפו לתוך הכותרת, בדומה לחיווט מגן ארדואינו. חוט החיבור בו השתמשתי התאושש מהעוגב המקורי; זה בקוטר 0.75 מ מ.

אז כל כותרת 2X3 מכילה עמודה של המקשים המודגשים מודגשים, או במילים רחבות הערה אחת. הלוח דורש לפיכך 8 מכותרות אלה. התמונה מכילה את אחת הכותרות הנשיות בפינה השמאלית העליונה. החלק האמצעי של הלוח מאוכלס ב- 32 דיודות (1N4148 או דומה), כל אחת מהן מתאימה לאחת הכניסות האדומות. קוטביות הדיודה מסומנת על הלוח, עם קתודה (פס שחור) בקצה העליון של הלוח. דיודה אחת מוצגת במיקום 4. לבסוף, כותרת זכר יחידה 2X5 מאכלסת את החלק הנמוך ביותר של הלוח. 2 הפינים העליונים שלו אינם מחוברים. סיכה 1 ממוקמת בפינה הימנית התחתונה, ומתחברת ל -4 הדיודות השמאליות ביותר, פין 2 לדיודות 5-8, ולבסוף מתחברת 29-32 לסיכה 8. ניתן לחתוך את הכותרת מקטע DIL ארוך יותר, כפי שמודגם ב הלוח. החיווט בין הרכיבים השונים נישא בתוך הלוח עצמו, כאשר ההלחמה היחידה הנדרשת לדיודות ולכותרות.

8 מהלוחות השלמים הללו מותקנים מיד מתחת למדריכים באמצעות חורי ההרכבה המסופקים, ומתמתחים בנוחות על פני האיבר. תפקידו של לוח זה הוא אם כן לקחת בלוק אחד של 8 מפתחות על פני 4 אוטובוסים, ולהציג אותו לכותרת גברית שאליה יחובר כבל סרט 10-כיווני להעברה לשלב הבא. ניתן להוריד את עיצוב הלוח מקובץ ה- zip המצורף.

שלב 3: איחוד יציאות המקלדת לרשומות משמרות

יש צורך בשני PCB נוספים, כפי שמוצג למעלה. הם ידועים בשם DIN R5, והם פופולריים בעולם ה- MIDI, למרות שהם פשוט מספקים פונקציית רישום משמרות. ראשית בחלק האופקי העליון, ניתן לראות 4 כותרות זכר 2X5, המתחברות באמצעות כבל סרט למקבילה 2X5 על 8 הלוחות למעלה. אנחנו צריכים שני לוחות DIN כדי להכיל את 8 הכבלים שלנו.

בהמשך הלוח נמצאים שבבי IC היוצרים מרשם משמרות 32 סיביות, ולבסוף מעניינים אותנו עוד 2 כותרות 2X5 נוספות, אחת מהן (J2) כנופיות לעוד לוחות DIN (השנייה שלנו), והשנייה J1 ל- המעבד שלנו Arduino או Arduino דמוי.

לסיכום, יש לנו -

• עד 4 אוטובוסים בני 64 מפתחות המזינים
• 8 לוחות של 32 כניסות, 8 יציאות לכל אוטובוס
• יציאות אלה של 64 יציאות המזינות לשני רגיסי משמרות של 32 סיביות
• המעבד Arduino יחזור על פני האוטובוסים

שלב 4: חיבור החומרה

החיבורים בין Arduino, שני לוחות ה- DIN וכבלי הסרט ממכלול מפתחות האיברים מוצגים בתמונה למעלה. שים לב ש- J2 ה- DIN השני נשאר ריק.

המחברים משתמשים בטכנולוגיית IDC (מגע בידוד-עקירה), ואין צורך להפשיט או להפריד את החוטים. הם מוחלים על הכבל בעזרת כלי דחיסה הזמין אצל חובבים. בצד שמאל ניתן לסדר את קצה הכבל המעוקל בעזרת סכין גילוח; במרכז תחתית המחבר מספק שקע נקבה 2X5; ומימין מבט מלמעלה של המחבר.

לוחות ה- DIN ולוחות ה- PCB המותאמים אישית הוצמדו לעץ אורגן באמצעות ברגי עץ ופליז עם עגול. מבט חלקי על לוחות ה- PCB המותאמים אישית המורכבים בעוגב בתמונה למעלה. כבלי החוט העליונים מחברים עצירות או פקדים ללוחות, והמסה בצד שמאל יוצאת מהדוושות. לבסוף, הסרת מחוללי הטונים ופונקציות שונות אחרות של האורגן המקורי אפשרה שימוש חוזר בחלל הארונות לאחסון יין.

שלב 5: מתחם הארדואינו

כעת נדון במכלול Arduino שנראה משמאל לשני לוחות DIN לעיל. הוא מורכב משלוש שכבות נפרדות, המחוברות זו לזו כמגני ארדואינו. הלוחות PCB הכוללים את השכבות הם בצבע כחול, ירוק ואדום.

שכבת הכחול (למעלה) היא מגן המיוצר על ידי Freetronics, המספק תצוגת תווים של קריסטל נוזלי בגודל 16X2. (2 שורות של 16 תווים). הוא אינו חיוני בהחלט, אך הוא שימושי ביותר בבדיקת פעולת המקלדות, הדוושות והעצירות. הוא מונע על ידי ספריית LiquidCrystal, וניתן להחליף בקלות גרסאות חומרה אחרות.

השכבה האדומה (למטה) היא Teensy 3.2 המותקנת על לוח Sparkfun Teensyduino. ה- Teensy מציעה תמיכה ישירה ב- MIDI, ומתנהגת אחרת כ- UNO של Arduino. אז השימוש ב- Teensy חוסך רכיבים במורד הזרם. חיבור ספק הכוח (5V 2A) נמצא בצד שמאל למטה, ומחבר ה- USB התומך ביציאה טורית או MIDI במרכז השמאלי. הכותרות בקצוות העליונים והתחתונים מספקות פונקציונליות סטנדרטית של מגן Arduino.

השכבה הירוקה (הדחוקה בין כחול לאדום) היא לוח PCB מותאם אישית. מטרתו היא באופן כללי לתמוך בפיסות כגון קישור ללוחות DIN ולחתוך חיווט חיצוני. חלק מהפונקציונליות שלו מיותרת. הוא כולל כמה מעגלים לתמיכה ב- MIDI באמצעות UNO סטנדרטי של Arduino. הוא מספק גם כותרת זכר 2X5 לחיבור כבל סרט לכותרת J1 בלוח ה- DIN הראשון. פונקציונליות אחרת כוללת תמיכה בבקרת עוצמת הקול; האורגן המקורי השתמש בפוטנטיומטר (סיר) 10K מונע על ידי נעל רגליים.

ארבעת הכותרות האופקיות מספקות קישוריות סטנדרטית למגן Arduino ללוח Teensy שמתחת ולתצוגת קריסטל הנוזלי. החותם הדומה לתחנת אוטובוס בפינה השמאלית התחתונה הוא שארית, והכותר האנכי הארוך בצד שמאל מספק קישוריות לארבעת האוטובוסים, בקרת עוצמת הקול והקרקע.

הלוח המותאם אישית פותח באמצעות Eagle CAD, וקבצי zip של מתחם גרבר שנשלחו ליצרני PCB זמינים בקובץ ה- zip PCB2.

שלב 6: תוכנת Arduino

התוכנה פותחה במקור עבור UNO Arduino, ולאחר מכן תוקנה עם מעט מאוד שינויים לשימוש ב- Teensy. השימוש בסיכה אינו משתנה.

הצג Liquid Crystal משתמש בחצי תריסר סיכות, והוחלט להשתמש בסיכות האנלוגיות במצב דיגיטלי על מנת לקבל גוש של סיכות צמודות לאוטובוסים. בקרת עוצמת הקול משתמשת בסיכה אנלוגית נוספת במצב אנלוגי.

חלק גדול מהתוכנה עוסקת בקריאת המקלדת, הדוושה והמקשים הבודדים על ידי הפעלת כל אוטובוס בתורו, והצלחת ערכי הסיביות מתוך רשמי המשמרות המסופקים על ידי לוחות ה- DIN.

הסביבה במורד הזרם תכלול בדרך כלל מעבד שבו פועל Windows, או UNIX, או לינוקס, ומסננת תוכנה כגון FluidSynth, אשר בתורו עשוי להיות מנוהל על ידי jOrgan. FluidSynth מונע בסופו של דבר על ידי אחד או יותר Soundfont (ים), המציינים איזה צליל נוצר כאשר מתקבלת פקודה MIDI מסוימת. יש אנלוגיה מסוימת לגופנים לעיבוד תמלילים. עבור המקלדת והדוושות, שינוי מהסריקה הקודמת יביא ליצירת רצף MIDI Note On או Note Off. המפתח השמאלי ביותר הוא MIDI 36, ותוספת על פני המקלדת. אינדקס האוטובוסים יספק בקלות מרחב למספר ערוץ MIDI. עבור מקשי העצירה, נוצרים רצפי בקרת תוכניות MIDI, או שזה עשוי להיות הגיוני ליצור הערה מופעלת/כבויה ולהשאיר אותה ל- jOrgan או תוכנות MIDI במורד הזרם לפרש, להתאים ולהרחיב. לא משנה מה תהיה הדרך, ההחלטה האולטימטיבית מוטלת על ידי הגדרת ה- Soundfont במורד הזרם. התוכנה שימשה במסגרות שונות ליצירת MIDI באמצעות USB ל- Windows המפעילה את אפליקציית Wurlitzer ו- FluidSynth, ול- Raspberry Pi שמריצה FluidSynth ו- MIDI Soundfont כללי. תיאור זה אמנם משרטט, אך כל מי שמכיר את סביבת הארדואינו או C לא יתקשה לתקן אותו למטרותיו שלו; יש תיעוד פנימי סביר ומודולריות סבירה.

תוכנת Arduino כלולה ב- organino.zip.