Obsah:
2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-13 06:58
Tento návod vás prevedie starým nemilovaným elektronickým organom, ktorý máte v garáži alebo suteréne, a prevedením na moderný hudobný nástroj. Nebudeme sa príliš zaoberať podrobnosťami konkrétneho organu, ktorý máte, než povedať, že typická hudobná klávesnica je v zásade sada klávesov, ktoré sa po stlačení spoja so spoločnou zbernicou. V starom svete existoval popri kľúčoch značný obvod, ktorý spôsoboval, že výstup bol vedený do autobusu, ktorý bol naopak zosilnený a prenášaný do audio systému. Klávesnica je dnes súborom senzorov; prečítame stav jednotlivých klávesov a zmeny odošleme do softvérového syntetizátora, ktorý je poháňaný príkazmi MIDI.
Tento návod pokrýva veľkú časť zapojeného procesu, od zhromažďovania digitálneho stavu kľúčov, jeho správy pomocou mikroprocesora Arduino, vytvárania MIDI dátového toku a jeho prenosu do počítača (vrátane Raspberry Pi), na ktorom je spustený syntetizátor.
Krok 1: Abstraktná klávesnica
Nasledujúci text predstavuje abstraktný elektronický orgán, kde v každom riadku je sada kľúčov alebo zarážok alebo iných ovládacích spínačov. Položky 0 stĺpcov predstavujú jednotlivé kľúče a - zbernicu, ku ktorej je tlačidlo pripojené po jeho stlačení. 61 klávesový manuál môže byť prvým radom, Swell manuálom druhým radom, pedálmi tretím a zastávkami atď. Štvrtým. Riadky v skutočnosti obsahujú 64 prvkov, pretože majú digitálny význam ako sila 2 nad 61. V klávesových radoch sa klávesy riadia bežnými hudobnými zvyklosťami, pričom písmeno C je vľavo.
Autobus 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 0 0 0 0
Autobus 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 0 0 0 0
Autobus 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 0 0 0 0
Autobus 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 0 0 0 0
Každý autobus je nezávislý a elektricky izolovaný od svojich rovesníkov. Prvých 8 prvkov je zvýraznených tučne, pričom 8 takýchto blokov je vo vyššie uvedenom usporiadaní. Ďalší krok podrobne popisuje dosku s plošnými spojmi, ktorá pracuje s tučnými prvkami, a ďalších 7 blokov z nich.
Klávesy boli vyššie reprezentované ako 0. Môžeme to posunúť trochu ďalej a povedať, že kláves je pri stlačení číslicová 1 a v opačnom prípade 0. A klávesy môžu byť konvenčné hudobné biele tóny alebo čierne ostré predmety, alebo organové pedále, alebo organové zarážky alebo skupina otočných spínačov, ktoré nám môžu poskytnúť saxofónový tón. Prístroj jednoducho považujeme za sadu prepínačov na sérii autobusov a v podstate za digitálny tok 0 a 1.
Krok 2: Zapojenie z klávesnice
Aby sa pomohlo s prepojením klávesníc, bola doska s plošnými spojmi skonštruovaná pomocou programu Eagle CAD. Jeho veľkosť je asi 96 mm x 43 mm a je potrebných 8 kusov, ktoré sa tiahnu po zadnej časti zostavy organovej klávesnice.
Pozrime sa podrobne na túto dosku s plošnými spojmi (PCB). Ľavý obrázok je predná časť dosky plošných spojov, na ktorú sú namontované súčiastky, a pravý je jej zadná strana, kde súčiastky spájkujeme.
Po prvé, komponenty 2X3 v hornej časti sú určené na pripojenie k vyššie uvedeným kľúčom, pričom horné dve pripojenia majú zbernicu 0 a 1, ďalší pár 2 a 3 a spodný pár tiež zbernice 2 a 3. Zistilo sa, že PCB Zosilňovač 2X3 bol dostatočne pevný na to, aby sa do neho zmestil jednovláknový pripájací drôt z kľúčov, ktorý sa jednoducho zasunul do záhlavia, podobne ako v prípade zapojenia štítu Arduino. Pripojovací drôt, ktorý som použil, bol získaný z pôvodného orgánu; má priemer 0,75 mm.
Každá hlavička 2X3 teda obsahuje stĺpec tučne zvýraznených klávesov alebo v širšom zmysle jednu poznámku. Doska teda vyžaduje 8 z týchto hlavičiek. Obrázok obsahuje jednu z týchto ženských hlavičiek vľavo hore. Stredná časť dosky je osadená 32 diódami (1N4148 alebo podobnými), z ktorých každá zodpovedá jednému z červených vstupov. Polarita diódy je označená na doske s katódou (čierny pás) na hornom konci dosky. V polohe 4 je znázornená jedna dióda. Nakoniec najnižšia časť dosky osadzuje jedna hlavička 2X5. Jeho horné 2 kolíky nie sú spojené. Pin 1 sa nachádza v pravom dolnom rohu a pripája sa k 4 úplne ľavým diódam, pin 2 k diódam 5-8 a nakoniec 29-32 k pinu 8. Hlavičku je možné vystrihnúť z dlhšej sekcie DIL, ako je znázornené na obrázku doska. Kábel medzi rôznymi komponentmi je vedený v samotnej doske plošných spojov, pričom jediné spájkovanie vyžaduje diódy a záhlavia.
8 z týchto kompletných dosiek je namontovaných bezprostredne pod príručkami pomocou dodaných montážnych otvorov, ktoré sa pohodlne tiahnu cez orgán. Funkciou tejto dosky je teda prevziať jeden blok 8 kľúčov cez 4 zbernice a predviesť ho na zástrčku, ku ktorej bude pripojený 10-pásmový plochý kábel na prenos do ďalšej fázy. Dizajn dosky je možné stiahnuť z dodaného súboru zip.
Krok 3: Konsolidácia výstupov klávesnice do posuvných registrov
Vyžadujú sa ďalšie dve PCB, ako je uvedené vyššie. Sú známe ako DIN R5 a sú obľúbené vo svete MIDI, aj keď jednoducho poskytujú funkciu posuvného registra. Po prvé, v hornej horizontálnej sekcii môžete vidieť 4 zásuvkové lišty 2X5, ktoré sa pomocou plochého kábla pripájajú k protikusu 2X5 na 8 doskách vyššie. Na umiestnenie našich 8 takýchto káblov potrebujeme dve dosky DIN.
Ďalej na doske sú IC čipy, ktoré tvoria 32-bitový posuvný register, a nakoniec sú pre nás zaujímavé ďalšie 2 záhlavia 2X5, z ktorých jeden (J2) je prepojený s ďalšími doskami DIN (náš druhý) a druhý J1 až náš Arduino alebo mikroprocesor podobný Arduinu.
Aby sme to zhrnuli, máme -
- Napájajú sa až 4 autobusy so 64 kľúčmi
- 8 dosiek s 32 vstupmi, 8 výstupov na zbernicu
- týchto 64 výstupov sa napája do 2 32-bitových posuvných registrov
- mikroprocesor Arduino bude cyklovať po autobusoch
Krok 4: Spojenie hardvéru
Spojenia medzi Arduinom, dvoma doskami DIN a páskovými káblami z komplexu organových kľúčov sú znázornené na obrázku vyššie. Všimnite si toho, že J2 druhého DIN zostal prázdny.
Konektory používajú technológiu IDC (kontakt s posunom izolácie) a vodiče nie je potrebné odizolovať ani oddeľovať. Aplikujú sa na kábel pomocou kompresného nástroja, ktorý je k dispozícii u domácich majstrov. Vľavo môže byť koniec zvlneného kábla upravený žiletkou; v strede zospodu konektora je zásuvka 2X5; a vpravo pohľad zhora na konektor.
Dosky DIN a vlastné dosky plošných spojov boli pripevnené k organovému drevu pomocou mosadzných skrutiek do dreva s okrúhlou hlavou a rozperiek. Vyššie je zobrazený čiastočný pohľad na vlastné dosky plošných spojov namontované v orgáne. Horné káblové prepojovacie káble spájajú zarážky alebo ovládače s doskami a hmotnosť vľavo vychádza z pedálov. Nakoniec, odstránenie generátorov tónov a ďalších rozmanitých funkcií pôvodného orgánu umožnilo opätovné použitie dutiny kabinetu na skladovanie vína.
Krok 5: Komplex Arduino
Teraz bude prediskutovaný komplex Arduino naľavo od dvoch vyššie uvedených dosiek DIN. Skladá sa z troch odlišných vrstiev, prepojených ako štíty Arduino. DPS obsahujúce vrstvy sú náhodne zafarbené modrou, zelenou a červenou.
Modrá vrstva (hore) je štít vyrobený spoločnosťou Freetronics, ktorý poskytuje zobrazenie znakov z tekutých kryštálov 16X2. (2 riadky po 16 znakoch). Nie je to úplne nevyhnutné, ale je to veľmi užitočné pri kontrole činnosti klávesníc, pedálov a dorazov. Je poháňaný knižnicou LiquidCrystal a ďalšie varianty hardvéru je možné ľahko nahradiť.
Červená vrstva (v spodnej časti) je Teensy 3.2 namontovaná na doske Sparkfun Teensyduino. Teensy ponúka priamu podporu MIDI a inak sa správa ako Arduino UNO. Používanie zariadenia Teensy teda šetrí súčasti po prúde. Pripojenie napájacieho zdroja (5 V 2 A) je vľavo dole a konektor USB podporujúci sériový alebo MIDI výstup v strede vľavo. Hlavičky na hornom a dolnom okraji poskytujú štandardnú funkciu štítu Arduino.
Zelená vrstva (vložená medzi modrú a červenú) je vlastná doska plošných spojov. Jeho účelom je v zásade podpora bitov a kúskov, ako je napríklad prepojenie s doskami DIN, a obmedzenie vonkajšieho vedenia. Niektoré z jeho funkcií sú nadbytočné. Obsahuje niektoré obvody na podporu MIDI prostredníctvom štandardného Arduino UNO. Poskytuje tiež 2 x 5 zástrčkový konektor na pripojenie páskového kábla k konektoru J1 na prvej doske DIN. Medzi ďalšie funkcie patrí podpora ovládania hlasitosti; pôvodný orgán používal 10K potenciometer (hrniec) poháňaný Foot Foot.
Štyri horizontálne záhlavia poskytujú štandardné pripojenie štítu Arduino k doske Teensy nižšie a k displeju Liquid Crystal. Odtlačok pripomínajúci autobusovú stanicu v ľavom dolnom rohu je pozostatkom a dlhá zvislá hlavička vľavo poskytuje pripojenie k štyrom autobusom, ovládanie hlasitosti a uzemnenie.
Vlastná doska bola vyvinutá pomocou programu Eagle CAD a súbory zip súboru Gerber komplexu odoslané výrobcom PCB sú k dispozícii v súbore zip PCB2.
Krok 6: Softvér Arduino
Tento softvér bol pôvodne vyvinutý pre Arduino UNO a neskôr bol zmenený a doplnený s veľmi malými zmenami, aby používal Teensy. Použitie pinov sa nemení.
Displej Liquid Crystal používa poltucet pinov a bolo rozhodnuté použiť analógové piny v digitálnom režime, aby sa pre bloky získal blok susedných kolíkov. Ovládanie hlasitosti používa v analógovom režime ďalší analógový kolík.
Väčšina softvéru sa zaoberá čítaním jednotlivých klávesníc, pedálov a tlačidiel zastavenia postupným zapínaním každej zbernice a vychádzaním bitových hodnôt z posuvných registrov poskytovaných doskami DIN.
Následné prostredie bude spravidla zahŕňať procesor s operačným systémom Windows alebo UNIX alebo Linux a softvérový syntetizátor, ako je napríklad FluidSynth, ktorý môže zase spravovať jOrgan. FluidSynth je v konečnom dôsledku poháňaný jedným alebo viacerými zvukovými fontami, ktoré určujú, aký zvuk sa generuje pri prijatí konkrétneho príkazu MIDI. Existuje určitá analógia s písmami na spracovanie textu. V prípade klávesnice a pedálov bude výsledkom zmeny oproti predchádzajúcemu skenovaniu generovanie sekvencie MIDI Note On alebo Note Off. Kláves úplne vľavo je MIDI 36 a krok po klávesnici. Zbernicový index ľahko poskytne rozsah pre číslo MIDI kanála. Pre klávesy stop sú generované sekvencie ovládania programu MIDI, alebo by bolo rozumné vygenerovať Note On/Off a nechať ich na interpretácii, úprave a rozšírení na jOrgan alebo podobnom MIDI downstream softvéri. Bez ohľadu na to, akým smerom sa uberie, konečné rozhodnutie je dané definíciou nadväzujúceho (-ých) Soundfontu (ov). Tento softvér bol v rôznych podobách použitý na generovanie MIDI cez USB do Windows pomocou aplikácií Wurlitzer a FluidSynth a na Raspberry Pi so systémom FluidSynth a General MIDI Soundfont. Tento popis je síce útržkovitý, ale každý, kto je oboznámený s prostredím Arduino alebo C, nebude mať problém zmeniť ho na vlastné účely; existuje primeraná interná dokumentácia a primeraná modularita.
Softvér Arduino je obsiahnutý v organino.zip.