Arduino MIDI Chiptune sintezators: 7 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:55

Atdzīviniet agrīnās datorspēļu mūzikas priekus ar autentisku 8 bitu chiptune sintezatoru, kuru varat kontrolēt pār MIDI, izmantojot jebkuru mūsdienu DAW programmatūru.

Šī vienkāršā shēma izmanto Arduino, lai vadītu programmējamu skaņas ģeneratora mikroshēmu AY-3-8910 (vai vienu no daudziem tās kloniem), lai atjaunotu šo astoņdesmito gadu skaņu. Atšķirībā no daudziem dizainparaugiem, kuriem mūzikas rediģēšanai nepieciešama īpaša programmatūra, tā izskatās kā standarta USB MIDI ierīce. Sintezatoram ir gudrs algoritms, kas mēģina atskaņot muzikāli visatbilstošākās notis; daudzos gadījumos jūs varat mest nerediģētus MIDI failus tieši uz to, un melodija nāk uzreiz. Kopējām izmaksām jābūt aptuveni 20 sterliņu mārciņām.

1. darbība: lietas, kas jums būs nepieciešamas

Pilns rezerves daļu saraksts, kā redzams attēlos, ir šāds:

• Sparkfun Pro Micro klons (opcija 5V, 16MHz). Es to izmantoju Amazon.
• Yamaha YM2149F PSG mikroshēma. Savējo dabūju no eBay.
• 2 x 100nF keramikas kondensatori
• 1 no 75R, 1K un 100K rezistoriem (1/4 vatu vērtējums ir piemērots).
• 4.7nF keramikas disku kondensators
• 1uF elektrolītiskais kondensators (spriegums> 5V).
• 40 kontaktu 0,6 "DIP IC ligzda
• 2 x 12 virzienu 0,1 collu galvenes (šī no MPK)
• Prototipēšanas dēlis, aptuveni 3x2 collas. Es nopirku šo iepakojumu vairumā, atkal vietnē Amazon.
• PCB stiprinājuma fona ligzda
• Miniatūra cieta stieples stieple (piemēram, šī).

Jums būs nepieciešams arī lodāmurs, lodēt, stiepļu griezēji, knaibles un stieples noņēmējs.

2. darbība. Alternatīvās daļas

Alternatīvas programmējamas skaņas ģeneratora mikroshēmas

Es izmantotais YM2149 ir oriģinālā General Instruments AY-3-8910 IC klons. (Pirmajā prototipā tika izmantots AY-3-8910, ko nopirku no eBay, bet izrādījās, ka baltā trokšņa ģenerators nedarbojas. Skumja seja). Šim projektam varat izmantot jebkuru no tām bez izmaiņām.

General Instruments izgatavoja arī AY-3-8912 un AY-3-8913 variantus, kas bija tas pats silīcijs mazākos iepakojumos, bez papildu I/O tapām. Šīs tapas nav vajadzīgas nekādiem audio nolūkiem, un šis projekts tās neizmanto. Jūs varat izmantot AY-3-8912 vai -8913, vienkārši sekojiet iepriekš parādītajām norādēm.

Alternatīvie Arduinos

"Pro Micro", ko izmantoju, ir Sparkfun Pro Micro tāfeles kopija. Ja neesat pārliecināts par Arduino kodu, vislabāk to ievērot; ja jūs labprāt pielāgojat dizainu, jums būs nepieciešamas šādas specifikācijas

• ATmega 16u4 vai 32u4 ierīce (nepieciešama, lai darbotos kā USB MIDI ierīce; ATmega 168 vai 328 to nevar izdarīt).
• 5 V darbība (AY-3-8910 darbojas ar 5 V spriegumu) un 16 MHz pulksteņa ātrums.

• Vismaz 13 digitālās I/O līnijas.

  Portam PB5 jābūt pieslēgtam (to izmanto 1MHz pulksteņa signāla ģenerēšanai). Pro Micro tas tiek izmantots kā D9 I/O tapa

Gan Arduino Leonardo, gan Micro dēļi atbilst rēķinam, lai gan es tos neesmu izmēģinājis.

Citas sastāvdaļas

Šeit izmantotie rezistori un kondensatori nav īpaši īpaši. Visām (aptuveni) pareizās vērtības daļām vajadzētu darboties.

3. darbība: shēmas plates izkārtojums

Lai izveidotu ķēdi, vislabāk ir sākt, novietojot kontaktligzdas, pēc tam pievienojot rezistorus un kondensatorus. Nākamajā solī mēs apspriedīsim šo vadu savienošanu kopā.

Izmantojot iepriekš redzamo attēlu kā vadlīnijas, novietojiet 40 kontaktu IC ligzdu, pagrieziet dēli un vispirms lodējiet divās pretējās stūra tapās. Ja kontaktligzda neatrodas pret plati, to ir viegli salabot, atkārtoti lodējot vienu vai otru tapu. Kad viss ir kārtībā, pārējo pielodējiet.

Novietojiet divas 12 kontaktu kontaktligzdas, pēc tam ievietojiet Arduino tajās, lai tās lodēšanas laikā turētu vertikāli un vienmērīgi. Atkal, vispirms abās galās pielodējot divas tapas, varēs pārbaudīt pirms galīgās lodēšanas.

Audio izvades ligzdai es izmantoju nelielu urbi, lai palielinātu PCB caurumus, jo montāžas tagi ir diezgan lieli.

4. solis: savienojuma izveide

Kad galvenās sastāvdaļas ir novietotas, tās var pieslēgt plāksnes aizmugurē, ievērojot iepriekš minēto shēmu.

Audio izejas komponentus (R2, R3, C2, C3) un atvienošanas kondensatorus (C1, C4) var savienot ar vienlaidu vadu (vai atvienot komponentu vadus). Tagad var izveidot zemes un strāvas savienojumus no Arduino līdz PSG mikroshēmai (sarkanie un melnie vadi, attēlā).

Pro Micro dažādās izejas ir savienotas ar AY-3-8910 šādi (sk. Savienojuma rokasgrāmatu, lai uzzinātu tapas):

Signāls Arduino AY-3-8910 tapa

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 (izmantojot R1, 75 omi)

5. darbība: programmēšana, izmantojot Arduino IDE

Ja esat jauns Arduino lietotājs, es ļoti iesakām izmēģināt vienu no daudzajām pamācībām par pamatiem. Sparkfun savienošanas ceļvedis sniedz pilnīgu informāciju. Jūs varat pārbaudīt, vai pamata programmēšana darbojas, izpildot pamācību "Blinkies". Arduinos var būt nedaudz sarežģīti pierunāt “bootloader” režīmā (kur var ielādēt jaunas skices), tāpēc noder neliela prakse ar vienkāršu piemēru.

Kad esat laimīgs, lejupielādējiet šai lapai pievienoto failu chiptunes.ino un izveidojiet un augšupielādējiet to. (Es atklāju, ka, ja vēlaties izlaist Sparkfun tāfeles atbalsta uzstādīšanu, šai skicei var izmantot paneļa tipu "Arduino/Genuino Micro".

Ņemiet vērā arī to, ka, ja izmantojat Mac datoru, iestatījums "Ports" būs jāmaina pēc skices pirmās ielādes. Izmantojot “tukšu” Arduino (vai izmantojot Blinky skici), tas parādīsies kā kaut kas līdzīgs /dev/cu.usbmodemXXXX, kā parādīts attēlā iepriekš. Kad USB MIDI ierīce ir aktīva (kā to izmanto skices chiptunes.ino), tā būs /dev/cu.usbmodemMID1.

6. darbība. Sintēzes pārbaude un izmantošana

Kad Arduino ir ieprogrammēts, jūsu darbstacijai tas automātiski jāatpazīst kā USB MIDI ierīce. Tas parādīsies ar nosaukumu “Arduino Micro” - jums vajadzētu redzēt to ierīču pārvaldniekā sistēmā Windows vai lietotnē “Sistēmas informācija” operētājsistēmā Mac OS.

Mac datorā varat izmantot lietotni Audio MIDI iestatīšana, lai veiktu pamata pārbaudi. Palaidiet lietotni, pēc tam izvēlieties Window -> Show MIDI Studio. Tiks atvērts MIDI Studio logs - visas jūsu MIDI saskarnes tiks parādītas nedaudz nejaušā secībā - kas, cerams, ietvers “Arduino Micro” ierīci. Ja rīkjoslā noklikšķināsit uz ikonas “Pārbaudes iestatīšana” un pēc tam uz lejupvērstās bultiņas (skat. Attēlu) Arduino Micro ierīcē, lietotne nosūtīs MIDI piezīmes sintezatoram. (Tie nav īpaši melodiski!) Šajā brīdī sintezētājam vajadzētu radīt dažas nejaušas skaņas.

Pēc tam varat pievienot “Arduino Micro” kā izvadierīci digitālās audio darbstacijas MIDI iestatījumam un sākt spēlēt!

• Sintija reaģē uz MIDI kanāliem 1 līdz 4. Katram kanālam ir atšķirīga skaņa (labi, atšķirīga skaļuma aploksne).
• Tiek pieņemtas MIDI piezīmes no 24 līdz 96 (C1-C7); piezīmes ārpus šī diapazona tiek ignorētas.

• MIDI 10. kanāls atskaņo bungu skaņas. Ievērojiet skaitļus no 35 līdz 50 (sk

  www.midi.org/specifications-old/item/gm-level-1-sound-set) tiek pieņemti.

• AY-3-8910 ir trīs balss kanāli. Sintezatora programmaparatūra mēģina atskaņot pēdējo nosūtīto noti, vienlaikus saglabājot augstākās un zemākās pašlaik pieprasītās notis. Citas notis (parasti vidējās notis akordā) vajadzības gadījumā tiek nogrieztas.

Un tas ir viss. Izklaidējieties!

7. solis: zemsvītras piezīmes

Par demo melodiju

Demo melodija - Mocarta slavenā Queen Of The Night ārija - tika izveidota samērā ātri no MIDI faila, kuru atradu internetā (https://www.midiworld.com/mozart.htm). Visu smago darbu paveica kāds cits!

Mac datorā es izmantoju Presonus Studio One, un MIDI fails tika importēts četros atsevišķos celiņos. Neliela rediģēšana bija nepieciešama gadījumos, kad pavadošās notis ir augstākas par galveno melodiju, un, lai novērstu dažus nepatīkamākus traucējumus starp notīm.

Klipā dzirdamais audio ir tieši no sintezatora, tikai ar pieskārienu EQ un piesātinājumu, lai radītu mazliet “arkādes mašīnas” zemas skaņas sajūtu.