MIDIfying جهاز إلكتروني: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

يرشدك هذا التوجيه إلى أخذ هذا العضو الإلكتروني القديم غير المحبوب الموجود في المرآب أو الطابق السفلي ، وتحويله إلى آلة موسيقية حديثة. لن نتطرق كثيرًا إلى تفاصيل العضو المعين الذي لديك ، بخلاف القول بأن لوحة المفاتيح الموسيقية النموذجية في الأساس عبارة عن مجموعة من المفاتيح التي تتصل عند الضغط على ناقل مشترك. في العالم القديم ، كانت هناك دوائر كبيرة بجانب المفاتيح والتي تسببت في تمرير خرج إلى الحافلة ، والتي بدورها تم تضخيمها وتمريرها إلى نظام صوتي. اليوم لوحة المفاتيح عبارة عن مجموعة من أجهزة الاستشعار. نقرأ حالة المفاتيح الفردية ، ونرسل التغييرات إلى جهاز توليف البرامج ، والذي يتم تشغيله بواسطة أوامر MIDI.

يغطي التوجيه الكثير من العملية المعنية ، من جمع الحالة الرقمية للمفاتيح ، وإدارتها باستخدام معالج دقيق من Arduino ، وبناء دفق بيانات MIDI ، وتمريره إلى جهاز كمبيوتر (بما في ذلك Raspberry Pi) الذي يقوم بتشغيل جهاز المزج.

الخطوة 1: لوحة المفاتيح مجردة

يمثل ما يلي جهازًا إلكترونيًا مُجرَّدًا ، حيث يكون كل صف عبارة عن مجموعة من المفاتيح أو نقاط التوقف أو مفاتيح التحكم الأخرى. تمثل إدخالات العمود 0 المفاتيح الفردية ، و - الحافلة التي يتصل بها المفتاح عند الضغط عليه. يمكن أن يكون الدليل العظيم المكون من 61 مفتاحًا هو الصف الأول ، ودليل الانتفاخ في الصف الثاني ، والدواسات الثالثة ، والتوقفات ، إلخ ، الصف الرابع. تحتوي الصفوف فعليًا على 64 عنصرًا نظرًا لأهميتها الرقمية باعتبارها قوة 2 تتجاوز 61. داخل صفوف لوحة المفاتيح ، تتبع المفاتيح الاصطلاح الموسيقي العادي مع C على اليسار.

الحافلة 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

الحافلة 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

الحافلة 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

الحافلة 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

كل حافلة مستقلة ومعزولة كهربائيًا عن أقرانها. تم تمييز العناصر الثمانية الأولى بالخط العريض ، مع وجود 8 كتل من هذا القبيل في الترتيب أعلاه. توضح الخطوة التالية تفاصيل لوحة الدوائر المطبوعة التي تعمل على العناصر الجريئة ، والكتل السبعة الأخرى منها.

تم تمثيل المفاتيح على أنها 0 أعلاه. يمكننا أن نأخذ هذا إلى أبعد من ذلك ، ونقول أن المفتاح هو رقم 1 عند الضغط عليه ، و 0 بخلاف ذلك. ويمكن أن تكون المفاتيح عبارة عن مسطحات موسيقية بيضاء تقليدية أو أدوات حادة سوداء ، أو دواسات أعضاء ، أو توقف للأعضاء ، أو مجموعة من المفاتيح الدوارة التي قد تعطينا نغمة ساكسفون. نحن نعتبر الأداة ببساطة مجموعة من المفاتيح على مجموعة من الحافلات ، وبصورة أساسية دفق رقمي من 0 و 1.

الخطوة 2: توصيل الأسلاك من لوحات المفاتيح

للمساعدة في توصيل لوحات المفاتيح بالأسلاك ، تم إنشاء لوحة دوائر مطبوعة باستخدام Eagle CAD. يبلغ حجمها حوالي 96 مم × 43 مم ، و 8 مطلوبة ، وتمتد عبر الجزء الخلفي من مجموعات لوحة مفاتيح الجهاز.

دعونا نلقي نظرة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بالتفصيل. الصورة اليسرى هي مقدمة PCB التي يتم تركيب المكونات عليها ، والحق الأيمن هو الجزء الخلفي حيث نقوم بلحام المكونات.

أولاً ، تهدف مكونات 2X3 الموجودة في الجزء العلوي إلى الاتصال بالمفاتيح أعلاه ، مع الناقلين العلويين 0 و 1 ، والزوجين التاليين 2 و 3 ، والزوج السفلي أيضًا الحافلات 2 و 3. وقد وجد أن ثنائي الفينيل متعدد الكلور كان رأس 2X3 صلبًا بما يكفي لاستيعاب سلك ربط حبلا مفرد من المفاتيح التي تم دفعها ببساطة في الرأس ، على غرار أسلاك درع Arduino. تم استرداد سلك التوصيل الذي استخدمته من العضو الأصلي ؛ قطرها 0.75 مم.

لذا فإن كل رأس 2X3 يستوعب عمودًا من المفاتيح المميزة بالخط العريض ، أو بعبارات عامة ملاحظة واحدة. وبالتالي تتطلب اللوحة 8 من هذه الرؤوس. تحتوي الصورة على أحد هذه الرؤوس الأنثوية في أعلى اليسار. القسم الأوسط من اللوحة مليء بـ 32 صمامًا ثنائيًا (1N4148 أو ما شابه) ، كل منها يتوافق مع أحد المدخلات الحمراء. يتم تحديد قطبية الصمام الثنائي كما هو موضح على اللوحة ، مع وجود الكاثود (الشريط الأسود) في الطرف العلوي من اللوحة. يتم توضيح الصمام الثنائي الفردي في الموضع 4. وأخيرًا ، يملأ رأس ذكر منفرد 2X5 القسم الأدنى من اللوحة. دبابيسه العلوية 2 غير متصلة. يوجد الدبوس 1 في الزاوية اليمنى السفلية ، ويتصل بأربعة صمامات ثنائية أقصى اليسار ، والدبوس 2 بالصمامات الثنائية 5-8 ، وأخيراً 29-32 يتصل بالدبوس 8. ويمكن قطع الرأس من قسم DIL أطول ، كما هو موضح في اللجنة. يتم نقل الأسلاك بين المكونات المختلفة داخل ثنائي الفينيل متعدد الكلور نفسه ، مع اللحام الوحيد المطلوب الثنائيات والرؤوس.

يتم تثبيت 8 من هذه اللوحات الكاملة أسفل الكتيبات مباشرة باستخدام فتحات التثبيت المتوفرة ، والتي تمتد بسهولة عبر العضو. تتمثل وظيفة هذه اللوحة في أخذ مجموعة واحدة من 8 مفاتيح عبر 4 حافلات ، وتقديمها إلى رأس ذكر حيث سيتم توصيل كابل الشريط ذي 10 اتجاهات للنقل إلى المرحلة التالية. يمكن تنزيل تصميم اللوحة من الملف المضغوط المقدم.

الخطوة 3: دمج مخرجات لوحة المفاتيح في سجلات التحول

مطلوب اثنين من ثنائي الفينيل متعدد الكلور آخر ، كما هو موضح أعلاه. تُعرف باسم DIN R5 ، وهي شائعة في عالم MIDI ، على الرغم من أنها توفر ببساطة وظيفة تسجيل التحول. أولاً ، في القسم الأفقي العلوي ، يمكنك رؤية 4 رؤوس ذكور 2X5 ، والتي تتصل عبر كابل الشريط بنظير 2X5 على اللوحات الثمانية أعلاه. نحتاج إلى لوحين DIN لاستيعاب 8 من هذه الكابلات.

علاوة على ذلك ، توجد شرائح IC التي تشكل سجل إزاحة 32 بت ، وأخيرًا ما يهمنا هو رأسي 2 × 5 إضافيين ، أحدهما (J2) عصابات لمزيد من لوحات DIN (لدينا الثانية) ، والآخر J1 إلى لدينا المعالج الدقيق Arduino أو Arduino.

للتلخيص ، لدينا -

• ما يصل إلى 4 حافلات ذات 64 مفتاحًا تغذي
• 8 لوحات من 32 مدخلًا ، 8 مخرجات لكل حافلة
• تتغذى هذه المخرجات 64 في 2 من سجلات التحول 32 بت
• سوف يدور معالج Arduino الدقيق عبر الحافلات

الخطوة 4: تجميع الأجهزة معًا

تم توضيح الروابط بين Arduino ولوحتي DIN وكابلات الشريط من مجمع مفتاح العضو في الصورة أعلاه. لاحظ أن J2 الخاص بـ DIN الثاني ترك فارغًا.

تستخدم الموصلات تقنية IDC (ملامس إزاحة العزل) ، ولا تحتاج الأسلاك إلى التجريد أو الفصل. يتم تطبيقها على الكابل باستخدام أداة ضغط متوفرة لدى الهواة. على اليسار ، قد يتم ترتيب نهاية الكبل المجعد بشفرة حلاقة ؛ في الوسط ، يوفر الجزء السفلي من الموصل مقبس أنثى 2X5 ؛ وعلى اليمين منظر علوي للموصل.

تم إرفاق ألواح DIN وألواح PCB المخصصة بالأعمال الخشبية باستخدام براغي وفواصل خشبية نحاسية برأس مستديرة. تم تصوير منظر جزئي لألواح ثنائي الفينيل متعدد الكلور المخصصة المثبتة في العضو أعلاه. تقوم كبلات الأسلاك العلوية للربط بتوصيل المحطات أو أدوات التحكم في الألواح ، وتنبعث الكتلة الموجودة على اليسار من الدواسات. أخيرًا ، أدى إزالة مولدات النغمات والوظائف المتنوعة الأخرى للعضو الأصلي إلى تمكين إعادة استخدام فراغ الخزانة لتخزين النبيذ.

الخطوة 5: مجمع اردوينو

سيتم الآن مناقشة مجمع Arduino الذي يظهر على يسار لوحي DIN أعلاه. يتكون من ثلاث طبقات متميزة ، مترابطة مثل دروع Arduino. يتم تلوين مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تتكون منها الطبقات باللون الأزرق والأخضر والأحمر.

الطبقة الزرقاء (في الأعلى) عبارة عن درع تم إنتاجه بواسطة Freetronics ، والذي يوفر شاشة عرض من الكريستال السائل بحجم 16 × 2. (صفان من 16 حرفًا). إنه ليس ضروريًا تمامًا ، ولكنه مفيد للغاية في التحقق من تشغيل لوحات المفاتيح والدواسات والتوقف. يتم تشغيله بواسطة مكتبة LiquidCrystal ، ويمكن استبدال متغيرات الأجهزة الأخرى بسهولة.

الطبقة الحمراء (في الأسفل) هي Teensy 3.2 مثبتة على لوحة Sparkfun Teensyduino. يقدم Teensy دعمًا مباشرًا لـ MIDI ، ويتصرف بطريقة أخرى مثل Arduino UNO. لذا فإن استخدام Teensy يحفظ المكونات في اتجاه مجرى النهر. يوجد اتصال مزود الطاقة (5 فولت 2 أمبير) في أسفل اليسار ، وموصل USB يدعم الإخراج التسلسلي أو MIDI في الوسط الأيسر. توفر الرؤوس الموجودة في الحواف العلوية والسفلية وظائف درع Arduino القياسية.

الطبقة الخضراء (المحصورة بين الأزرق والأحمر) عبارة عن لوحة PCB مخصصة. والغرض منه على نطاق واسع هو دعم البتات والقطع مثل الارتباط بألواح DIN ، ولقطع الأسلاك الخارجية. بعض وظائفه زائدة عن الحاجة. يتضمن بعض الدوائر لدعم MIDI عبر Arduino UNO قياسي. كما أنها توفر رأس 2X5 ذكر لتوصيل كابل الشريط برأس J1 على لوحة DIN الأولى. تشمل الوظائف الأخرى دعم التحكم في مستوى الصوت ؛ كان العضو الأصلي يستخدم مقياس جهد 10 كيلو (وعاء) مدفوعًا بحذاء القدم.

توفر الرؤوس الأفقية الأربعة اتصالاً قياسيًا بدرع Arduino بلوحة Teensy أدناه وشاشة الكريستال السائل. إن البصمة التي تشبه محطة الحافلات في الزاوية اليسرى السفلية هي بقايا ، ويوفر الرأس الرأسي الطويل الموجود على اليسار اتصالاً بالحافلات الأربعة والتحكم في مستوى الصوت والأرض.

تم تطوير اللوحة المخصصة باستخدام Eagle CAD ، وتتوفر ملفات zip الخاصة بمجمع Gerber والتي يتم إرسالها إلى مصنعي PCB في ملف مضغوط PCB2.

الخطوة 6: برنامج Arduino

تم تطوير البرنامج في الأصل لـ Arduino UNO ، وتم تعديله لاحقًا مع تغييرات قليلة جدًا لاستخدام Teensy. لم يتغير استخدام رقم التعريف الشخصي.

تستخدم شاشة الكريستال السائل نصف دزينة من المسامير ، وقد تقرر استخدام المسامير التناظرية في الوضع الرقمي من أجل الحصول على كتلة من المسامير المجاورة للحافلات. يستخدم التحكم في مستوى الصوت دبوسًا تناظريًا آخر في الوضع التناظري.

يهتم جزء كبير من البرنامج بقراءة لوحة المفاتيح الفردية والدواسة ومفاتيح التوقف عن طريق تمكين كل ناقل بدوره ، وإخراج قيم البت من سجلات النقل التي توفرها لوحات DIN.

ستشمل بيئة المصب عادةً معالجًا يعمل بنظام Windows أو UNIX أو Linux ومُركِّب برامج مثل FluidSynth ، والذي قد يُدار بدوره بواسطة jOrgan. يتم تشغيل FluidSynth في النهاية بواسطة واحد أو أكثر من خطوط الصوت ، والتي تحدد الصوت الذي يتم إنشاؤه عند تلقي أمر MIDI معين. هناك بعض التشابه مع خطوط معالجة الكلمات. بالنسبة للوحة المفاتيح والدواسات ، سيؤدي التغيير عن الفحص السابق إلى إنشاء تسلسل MIDI Note On أو Note Off. مفتاح أقصى اليسار هو MIDI 36 ، والزيادة عبر لوحة المفاتيح. سيوفر فهرس الناقل بسهولة نطاقًا لرقم قناة MIDI. بالنسبة لمفاتيح الإيقاف ، يتم إنشاء تسلسلات التحكم في برنامج MIDI ، أو قد يكون من المعقول إنشاء تشغيل / إيقاف تشغيل الملاحظات وتركه لـ jOrgan أو برنامج MIDI المتلقين المماثل للتفسير والتعديل والتوسيع. مهما كان المسار الذي يتم اتخاذه ، يتم فرض القرار النهائي من خلال تعريف خط (خطوط) الصوت المتجه نحو المصب. تم استخدام البرنامج في أشكال مختلفة لإنشاء MIDI عبر USB إلى Windows التي تشغل تطبيق Wurlitzer و FluidSynth ، وإلى Raspberry Pi الذي يقوم بتشغيل FluidSynth و MIDI Soundfont العام. من المسلم به أن هذا الوصف سطحي ، لكن أي شخص على دراية ببيئة Arduino أو C لن يجد صعوبة في تعديله لأغراضه الخاصة ؛ هناك وثائق داخلية معقولة ، ونمطية معقولة.

برنامج Arduino موجود في organino.zip.