Syntezátor Arduino MIDI Chiptune: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Zažite zábavu staršej hudby z počítačových hier s autentickým 8-bitovým syntetizátorom chiptune, ktorý môžete ovládať cez MIDI z pohodlia akéhokoľvek moderného softvéru DAW.

Tento jednoduchý obvod používa Arduino na pohon programovateľného čipu generátora zvuku AY-3-8910 (alebo jedného z jeho mnohých klonov) na obnovenie zvuku roku 1980. Na rozdiel od mnohých návrhov, ktoré na úpravu hudby vyžadujú špecializovaný softvér, vyzerá to ako štandardné USB MIDI zariadenie. Syntetizátor má chytrý algoritmus, ktorý sa snaží udržať hranie najhudobnejších nôt; v mnohých prípadoch môžete vrhnúť neupravené súbory MIDI priamo na to a melódia je na svete. Celkové náklady by mali byť približne 20 libier.

Krok 1: Veci, ktoré budete potrebovať

Úplný zoznam dielov, ako vidíte na obrázkoch, je nasledujúci:

• Mikro klon Sparkfun Pro (5 V, 16 MHz). Tento som použil na Amazone.
• Čip Yamaha YM2149F PSG. Svoje mám z eBay.
• 2 x 100nF keramické kondenzátory
• 1 každý z odporov 75R, 1K a 100K (hodnotenie 1/4 watt je v poriadku).
• Keramický diskový kondenzátor 4,7nF
• 1uF elektrolytický kondenzátor (menovité napätie> 5V).
• 40 pinová 0,6 "zásuvka DIP IC
• 2 x 12 -cestné 0,1 "hlavičky (toto z CPC)
• Prototypová doska, približne 3 palce x 2 palce. Kúpil som ich hromadné balenie, opäť na Amazone.
• Phono zásuvka na PCB
• Miniatúrny drôt s plným jadrom (takto).

Budete tiež potrebovať spájkovačku, spájkovačku, nožnice na drôt, kliešte a odizolovač.

Krok 2: Alternatívne diely

Alternatívne programovateľné čipy generátora zvuku

YM2149, ktorý som použil, je klon pôvodného General Instruments AY-3-8910 IC. (Prvý prototyp používal AY-3-8910, ktorý som kúpil od eBay, ale ukázalo sa, že generátor bieleho šumu nefunguje. Smutná tvár). Tento projekt môžete použiť bez akýchkoľvek zmien.

Spoločnosť General Instruments vyrobila aj varianty AY-3-8912 a AY-3-8913, ktoré boli v menších baleniach rovnaké ako kremík, bez ďalších vstupno-výstupných kolíkov. Tieto piny nie sú potrebné na žiadne zvukové účely a tento projekt ich nepoužíva. Môžete použiť AY-3-8912 alebo -8913, postupujte podľa vyššie uvedených pinov.

Alternatívne Arduinos

„Pro Micro“, ktorý som použil, je kópiou dosky Pro Micro od Sparkfunu. Ak si nie ste istí kódom Arduino, je najlepšie držať sa tohto; Ak ste radi, že môžete prispôsobiť dizajn, budete potrebovať nasledujúce špecifikácie

• Zariadenie ATmega 16u4 alebo 32u4 (potrebné na to, aby fungovalo ako USB MIDI zariadenie; ATmega 168 alebo 328 to nedokáže).
• Prevádzka 5 V (AY-3-8910 beží na 5 V) a rýchlosť 16 MHz.

• Minimálne 13 digitálnych I/O liniek.

  Port pin PB5 musí byť pripojený (používa sa na generovanie hodinového signálu 1 MHz). Na Pro Micro sa používa ako pin I/O D9

Dosky Arduino Leonardo a Micro sa hodia k účtu, aj keď som ich neskúšal.

Ostatné komponenty

Tu používané rezistory a kondenzátory nie sú nijako špeciálne. Všetky časti (približne) správnej hodnoty by mali fungovať.

Krok 3: Rozloženie obvodovej dosky

Na stavbu obvodu je najlepšie začať umiestnením zásuviek a potom pridať odpory a kondenzátory. V nasledujúcom kroku pokryjeme ich vzájomné prepojenie.

Podľa obrázku vyššie ako vodítka umiestnite 40-kolíkovú zásuvku IC, otočte dosku a najskôr spájkujte do dvoch protiľahlých rohových kolíkov. Ak zásuvka potom neleží naplocho na doske, je ľahké ju opraviť prekladaním jedného alebo druhého kolíka. Keď je to v poriadku, zvyšok spájkujte.

Umiestnite dve 12-kolíkové zásuvky a potom do nich vložte Arduino, aby počas spájkovania držali zvisle a stabilne. Opätovné spájkovanie dvoch kolíkov na každom konci najskôr umožní kontrolu pred konečným spájkovaním.

Ako zásuvku zvukového výstupu som použil malý vrták na zväčšenie otvorov dosky plošných spojov, pretože montážne štítky sú dosť veľké.

Krok 4: Zapojenie

Akonáhle sú hlavné komponenty umiestnené, môžu byť zapojené na zadnej strane dosky podľa vyššie uvedeného obvodu.

Zvukové výstupné komponenty (R2, R3, C2, C3) a oddeľovacie kondenzátory (C1, C4) je možné prepojiť káblom s plným jadrom (alebo prerušením káblov komponentov). Teraz je možné vykonať uzemnenie a napájanie z Arduina na čip PSG (červené a čierne vodiče na obrázku).

Rôzne výstupy Pro Micro sú k AY-3-8910 zapojené nasledovne (priradenie pinov nájdete v sprievodcovi pripojením):

Signál Arduino AY-3-8910 pin

DA0 D2 37 DA1 D3 36 DA2 D4 35 DA3 D5 34 DA4 D6 33 DA5 D7 32 DA6 D8 31 DA7 A0/D18 30 BC1 D10 29 BC2 MOSI/D16 28 BDIR MISO/D14 27 RESET# SCLK/D15 23 CLOCK D9 22 (cez R1, 75 ohmov)

Krok 5: Programovanie pomocou Arduino IDE

Ak ste v Arduine nováčik, dôrazne odporúčam vyskúšať jeden z mnohých návodov na základy. Sprievodca pripojením Sparkfun poskytuje všetky podrobnosti. To, či základné programovanie funguje, si môžete skontrolovať pomocou tutoriálu „Blinkies“. Arduinos môže byť trochu náročné presviedčať do režimu „bootloader“(kde môžete načítať nové náčrty), takže je užitočné trocha praxe s jednoduchým príkladom.

Akonáhle budete spokojní, stiahnite si súbor chiptunes.ino priložený k tejto stránke a vytvorte a nahrajte ho. (Zistil som, že použitie typu dosky „Arduino/Genuino Micro“je pre túto skicu v poriadku, ak chcete preskočiť inštaláciu podpory dosky Sparkfun).

Tiež si všimnite, že ak ste na počítači Mac, nastavenie „Port“bude potrebné zmeniť, akonáhle si skicu prvýkrát načítate. S „prázdnym“Arduinom (alebo pomocou skice Blinky) to bude vyzerať ako /dev/cu.usbmodemXXXX, ako je to znázornené na obrázku vyššie. Keď je zariadenie USB MIDI aktívne (ako ho používa skica chiptunes.ino), bude to /dev/cu.usbmodemMID1.

Krok 6: Testovanie a používanie syntetizátora

Akonáhle je Arduino naprogramované, vaša pracovná stanica by ho mala automaticky rozpoznať ako USB MIDI zariadenie. Zobrazí sa s názvom „Arduino Micro“- mali by ste to vidieť v Správcovi zariadení v systéme Windows alebo v aplikácii „Informácie o systéme“v systéme Mac OS.

Na počítači Mac môžete na spustenie základného testu použiť aplikáciu Audio MIDI Setup. Spustite aplikáciu a potom zvoľte Okno -> Zobraziť MIDI Studio. Zobrazí sa okno MIDI Studio - všetky vaše rozhrania MIDI sa zobrazia v mierne náhodnom usporiadaní - ktoré, dúfajme, bude zahŕňať zariadenie „Arduino Micro“. Ak kliknete na ikonu „Test Setup“na paneli s nástrojmi a potom kliknete na šípku nadol (pozri obrázok) na zariadení Arduino Micro, aplikácia odošle MIDI poznámky syntetizátoru. (Tieto nie sú nijako zvlášť ladné!) Syntezátor by v tomto mieste mal vydávať niekoľko náhodných zvukov.

Potom môžete pridať 'Arduino Micro' ako výstupné zariadenie k MIDI nastaveniu vašej digitálnej pracovnej stanice a začať hrať!

• Syntezátor reaguje na MIDI kanáloch 1 až 4. Každý kanál má iný zvuk (dobre, inú obálku hlasitosti).
• MIDI noty medzi 24 a 96 (C1-C7) sú akceptované; poznámky mimo tohto rozsahu sa ignorujú.

• MIDI kanál 10 prehráva zvuky bicích. Všimnite si čísla od 35 do 50 (pozri

  www.midi.org/specifications-old/item/gm-level-1-sound-set) sú akceptované.

• Na AY-3-8910 sú tri hlasové kanály. Firmvér syntetizátora sa pokúša prehrať naposledy odoslanú notu, pričom stále prehráva najvyššie a najnižšie aktuálne požadované noty. Ostatné poznámky (zvyčajne stredné tóny v akorde) sú v prípade potreby orezané.

A to je asi tak všetko. Bavte sa!

Krok 7: Poznámky pod čiarou

O ukážke

Demo - slávna Mozartova ária Queen Of The Night - bola vytvorená pomerne rýchlo z MIDI súboru, ktorý som našiel na internete (https://www.midiworld.com/mozart.htm). Všetku tvrdú prácu vykonal niekto iný!

Používam Presonus Studio One na počítači Mac a súbor MIDI bol importovaný do štyroch samostatných stôp. Malé množstvo úprav bolo potrebné tam, kde sú sprievodné poznámky vyššie ako hlavná melódia, a aby sa odstránili niektoré nepríjemnejšie závady medzi notami.

Zvuk, ktorý počujete v klipe, pochádza priamo zo syntetizátora, iba s nádychom ekvalizéra a sýtosti, ktoré mu dodávajú pocit nízkej kvality zvuku „arkádového stroja“.