„Muzykant 3” to prosty sterownik klawiatury midi przeznaczony do samodzielnego montażu. Układ umożliwia zbudowanie niedynamicznej klawiatury muzycznej w kilku wariantach. Układ został maksymalnie uproszczony, a cena części potrzebnych do jego zbudowania jest wyjątkowo niska, dzięki czemu sterownik jest możliwy do zbudowania także przez początkujących elektroników. Urządzenie pobiera niewiele prądu, co pozwala na efektywne zasilanie z baterii.
Zastosowania sterownika „Muzykant 3” chyba najlepiej wyjaśnić na kilku przykładach:
Na wstępnie pragnę wspomnieć, że do wykonania urządzenia wystarczy podstawowa wiedza na temat jego budowy i sposobu działania. Dlatego poniższy opis będzie traktował temat pobieżnie i zupełnie pominie zagadnienia programu mikrokontrolera.
Sercem układu jest mikroprocesor firmy Atmel, ze znanej i popularnej rodziny „51”. Poza procesorem w układzie pracuje już tylko kilka elementów. Do większości nóżek procesora można podłączyć styki posiadanych klawiatur, których kształt i forma zależy wyłącznie od budującego instrument. Zwarcie większości styków emituje komunikaty „Note On” czyli włącza dźwięki o konkretnych wysokościach. Rozwarcie styków emituje „Note Off” czyli wyłącza owe dźwięki. Kilka przełączników emituje komunikaty wybranych kontrolerów oraz zmienia brzmienia.
A tak wygląda schemat urządzenia:
Jak widać układ zawiera 12 elementów (z czego do pracy niezbędnych jest 10) oraz po jednej diodzie na każdy przycisk. (Rezystory R4 - R11 tworzą fizycznie jeden element). Zielona część układu to wskaźnik pracy na diodzie świecącej. Nie jest niezbędny, ale znacznie ułatwia orientację, co do działania sterownika. Diodę można podłączyć alternatywnie do jednej z dwóch końcówek mikroprocesora. W przypadku podłączenia jej do końcówki 10 dioda ciągle świeci, by na czas wysyłania komunikatu przygasnąć. Gdyby jednak ktoś chciał ograniczyć jeszcze nieco pobór prądu (istotne przy zasilaniu bateryjnym) może diodę podłączyć na końcówkę 16. Dzięki temu dioda będzie jedynie sygnalizować wysyłanie komunikatów krótkimi błyskami. Niebieska część schematu obrazuje połączenie układu z komputerem PC, niezbędne tylko podczas programowania układu, które zwykle będzie przeprowadzane raz, podczas uruchamiania sterownika.
Po prawej stronie widzimy matrycę klawiatury. Klawiatura zbudowana jest w ten sposób, że każdy przycisk zwiera ze sobą wybrany wiersz z ośmiu wierszy portu P0 z wybraną kolumną siedemnastu kolumn portów P1, P2 i P3. Aby układ pracował poprawnie wymaga się, by zwarcia odpowiedniej kolumny i wiersza dokonywać przez diodę. Widać to dokładnie na powiększonym fragmencie matrycy, na czerwonym tle. Stąd na każdy przycisk przypada jedna dioda. Ilość przycisków jak łatwo policzyć wynosi 8 (wiersze) razy 17 (kolumny), co daje liczbę 136. Dodatkowo układ posiada możliwość połączenia jeszcze czterech przełączników dołączonych do końcówek 12, 13, 14 i 15.
Poniżej znajdują się listy wszystkich komunikatów, które sterownik wysyła.
Sterownik występuje w kilku wersjach. Przełączniki o numerach 128 - 139 zachowują się we wszystkich wersjach (z wyjątkiem wersji „I”) identycznie. I tak:
Natomiast komunikaty wysyłane przełącznikami P0 - P127 zależą od wersji sterownika. Należy pamiętać, że nie ma konieczności podłączania wszytkich przycisków, każdy użytkownik sterownika może ograniczyć przedziały zgodnie ze swoimi potrzebami pozostawiając nieużywane styki wolne.
„Pełna klawiatura” - jeden manuał zawierający 128 klawiszy (C3 - g6) na kanale 1. Projekt dla chętnych posiadania klawiatury wysyłającej wszystkie możliwe komunikaty „Note” w obrębie jednego kanału (ponad dziesięć oktaw). Klawiatura taka może być też używana do nietypowych zastosowań, jak np. szybki dostęp do fraz (sampli). W takim przypadku, jeśli nie przewiduje się używania więcej, niż jednego przycisku na raz można zrezygnować z montażu wszystkich diod.
„Dwie klawiatury” - dwa manuały po 64 klawisze (A1 - c4) na kanałach 1 i 2. Projekt umożliwia zbudowanie dwumanuałowego instrumentu, po pięć oktaw na każdy manuał.
„Klawiatura perkusisty” - dwa manuały po 64 klawisze (A1 - c4) na kanałach 1 i 10. Projekt zakłada wykonanie pięciooktawowej klawiatury oraz 64 przycisków do wyzwalania dźwięków perkusyjnych.
„Trzy klawiatury” - trzy manuały po 42 klawisze (G - c3) na kanałach 1, 2 i 3. Projekt zakłada wykonanie trzech klawiatur trzy i pół oktawowych, przeznaczonych do grania na żywo.
„Klawiatura na scenę” - trzy manuały: 73 klawisze (C1 - c4) na kanale 1, 30 klawiszy (g - c3) na kanale 2 i 25 klawiszy (C - c1) na kanale 10. Nieco inny wariant koncepcji trzech klawiatur - sześciooktawowa klawiatura główna, dwu i pół oktawowa klawiatura solowa oraz 25 przycisków do wyzwalania dźwięków perkusyjnych.
„Hammond” - dwa manuały po 49 klawisze (C - c3) na kanałach 1 i 2 oraz manuał basowy - 30 klawiszy (C1 - f) na kanale 3. Projekt przeznaczony specjalnie dla chętnych posiadania organów, na które składają się dwa manuały czterooktawowe i pedał basowy dwu i pół oktawowy (w praktyce zwykle krótszy). Instrument taki najłatwiej wykonać z niesprawnych, starszych organów elektronicznych.
„Akordeon” - manuał klawiszowy - 49 klawiszy (C - c3) na kanale 1, akordy basowe - 37 dźwięków (C - c2) na kanale 2, basy podstawowe - 37 dźwięków (C1 - c1) na kanale 3. Projekt przeznaczony specjalnie dla chętnych posiadania akordeonu midi. Umożliwia podłączenie do 49 klawiszy prawej ręki oraz po 37 styków basów i akordów basowych. W praktyce nie wykorzystuje się całego zakresu dźwięków klawiszy prawej ręki, a dźwięki basów i akordów basowych wykorzystują po 12 dźwięków z zakresu fis - G. Instrument najłatwiej wykonać z niesprawnego akordeonu instalując styki w pobliżu zaworów.
„Akordeon guzikowy” - manuał prawej ręki - 73 guziki (F1 - f4) na kanale 1, akordy basowe - 30 dźwięków (G - c2) na kanale 2, basy podstawowe - 25 dźwięków (C - c1) na kanale 3. Projekt przeznaczony specjalnie dla chętnych posiadania guzikowego akordeonu midi. Umożliwia podłączenie do 73 guzików prawej ręki, 30 styków akordów basowych oraz 25 styków basów. W praktyce nie wykorzystuje się całego zakresu dźwięków guzików prawej ręki, a dźwięki basów i akordów basowych wykorzystują po 12 dźwięków z zakresu fis - G. Instrument najłatwiej wykonać z niesprawnego akordeonu instalując styki w pobliżu zaworów.
„Organy kościelne” - dwa manuały po 54 klawisze (C - f3) na kanałach 1 i 2 oraz manuał basowy - 28 klawiszy (C - dis1) na kanale 3. Projekt przeznaczony dla organistów chcących wykonać sobie instrument do ćwiczeń, dość podobny do wersji „Hammond”, lecz o nieco innej organizacji klawiatury.
Przełączniki o numerach 136 - 139 umożliwiają wywołanie czterech tak zwanych scen. Na każdą scenę składają się trzy komunikaty „Program Change”, po jednym na każdy kanał midi. W instrumencie należy wcześniej przyporządkować poszczególnym programom wybrane barwy.
Poniżej znajduje się lista elementów oznaczonych zgodnie ze znajdującym się wyżej schematem:
Do wykonania kabla programującego potrzebne będą:
Elementy potrzebne do zbudowania zasilacza opisane są poniżej.
Po zgromadzeniu elementów możemy przystąpić do budowy urządzenia. Potrzebna będzie sprawna lutownica dowolnego typu o mocy nie większej niż 75W oraz cyna do lutowania w postaci drutu o grubości 0,7 - 1mm. Ze względu na prostotę nie ma potrzeby stosować płytki drukowanej, jednakże nic nie stoi na przeszkodzie, by sobie ją zaprojektować i poprowadzić montaż w sposób bardziej estetyczny. Nie polecam używania podstawki pod mikroprocesor ze względu na jej zawodność i niewielki sens stosowania w tym projekcie. Jeśli jednak ktoś ma opory przed lutowaniem nóżek układu scalonego niechaj sobie nabędzie podstawkę tak zwaną precyzyjną, wysokiej jakości.
Poniżej znajdują się zdjęcia układu prototypowego, na których można się wzorować przy lutowaniu.
Jak widzimy większość elementów znajduje się na spodzie układu scalonego. Kwarc należy przykleić do górnej strony układu kroplą gorącego kleju. Pozostałe elementy trzymają się na nóżkach układu. Należy zadbać o to, by podłączenie kondensatora C3 do dziewiątej nóżki układu umożliwiło późniejsze założenie na tę nóżkę podstawki programatora (jak na zdjęciu poniżej). Z tego też powodu taśmę do podłączenia klawiatury należy przylutować dopiero na końcu, po zaprogramowaniu mikroprocesora. Lutowanie należy przeprowadzić sprawnie i krótko, uprzednio skróciwszy odpowiednio wszystkie wyprowadzenia elementów. Zaleca się zastosowanie tak zwanych koszulek termokurczliwych na wszystkich końcówkach kabli. Koszulkę taką przycina się na długość 1 - 2cm, zakłada na kabel, by po jego przylutowaniu przesunąć na lut i delikatnie ogrzać np. nad zapalniczką. Koszulka zaciśnie się i połączenie będzie odporne na zwarcia. Diody związane ze stykami klawiatury najlepiej przylutować do owych styków. Nie należy skracać ich wyprowadzeń poniżej jednego centymetra. Poniżej znajduje się schematyczny widok gniazda DIN5 female (midi out) od strony lutowania przewodów. Czerwonym kolorem oznaczono styki, do których należy przylutować przewody wedle schematu powyżej.
Jeśli już nasze urządzenie wygląda jak na zdjęciach powyżej należy mu dostarczyć napięcie zasilające. Producent mikroprocesora określa przedział tego napięcia na 4 - 5,5V. W praktyce ów przedział jest nieco szerszy, układ pracuje poprawnie od 3,65 do 6V. Nie wolno przekroczyć napięcia 6,6V, gdyż może to spowodować uszkodzenie mikroprocesora. Jest wiele sposobów zasilania układu i każdy może wybrać najwygodniejszy dla siebie. Diody na schematach prezentowanych niżej to dowolne prostownicze diody jednoamperowe.
Zasilanie za pomocą trzech baterii AA, AAA bądź baterii płaskiej.
To najprostszy sposób zasilania układu. Niestety, niezbyt ekonomiczny, ponieważ układ przestanie działać, gdy baterie nie będą jeszcze zupełnie wyczerpane. Dioda zabezpiecza układ przed odwrotnym podłączeniem baterii, wyłącznik odcina zasilanie. Zaleca się zwiększenie pojemności kondensatora C5 do co najmniej 100μF. Zaleca się także podłączenie diody świecącej do wyprowadzenia 16.
Zasilanie za pomocą czterech akumulatorków AA lub AAA.
Układ różni się względem powyższego dodatkowym, czwartym ogniwem, co zostało wymuszone nieco niższym napięciem nominalnym akumulatorów. Dioda zabezpiecza układ przed odwrotnym podłączeniem akumulatorów równocześnie obniżając nieco napięcie do bezpiecznego poziomu, gdy akumulatory są w pełni naładowane. Wyłącznik odcina zasilanie.
Zasilanie za pomocą baterii lub akumulatora dziewięciowoltowego 6F22 lub 6F25.
Ten sposób zasilania umożliwi miniaturyzację urządzenia. Niestety układ będzie działał najkrócej ze względu na niewielką ilość energii w takiej baterii oraz dodatkowy pobór prądu przez stabilizator, którym jest popularny układ 78L05. Kondensatory powinny znajdować się blisko stabilizatora, połączenie stabilizatora z mikroprocesorem powinno być możliwie krótkie (kilka centymetrów). Dioda zabezpiecza układ przed odwrotnym podłączeniem baterii, wyłącznik odcina zasilanie. Zaleca się podłączenie diody świecącej do wyprowadzenia 16.
Zasilanie za pomocą stabilizowanego zasilacza 4 - 5,5V.
Jeśli dysponujemy stabilizowanym zasilaczem sieciowym o napięciu 4 - 5,5V możemy go użyć w sposób jak na schemacie. Należy zwrócić uwagę, by napięcie było stabilizowane, a nie tylko prostowane. Wydajność zasilacza nie ma znaczenia (wystarczy 20 mA). Dioda zabezpiecza układ przed odwrotnym podłączeniem zasilacza.
Zasilanie za pomocą dowolnego zasilacza o napięciu 9 - 15V.
W ten sposób możemy wykorzystać dowolny zasilacz stabilizowany, prądu stałego niestabilizowanego czy prądu zmiennego o zakresach napięć 9 - 15V. Stabilizator to popularny układ 78L05. Kondensatory powinny znajdować się blisko stabilizatora, połączenie stabilizatora z mikroprocesorem powinno być możliwie krótkie (kilka centymetrów).
Na czas programowania układu musimy zadbać o to, by napięcie zasilania było zbliżone do 5V. Jeśli stosujemy zasilanie bateryjne czy też akumulatorowe, postarajmy się, by baterie były świeże, a akumulatory naładowane. Proces programowania może nieco odstraszać, jest to jednak proces bardzo prosty, ponieważ nie potrzeba żadnych specjalistycznych narzędzi poza nieskomplikowanym kablem, którego schemat zaznaczono wyżej na niebiesko, a który widzimy poniżej:
Poniżej znajduje się schematyczny widok wtyku DB25 male (pasującego do portu parallel) od strony lutowania przewodów. Czerwonym kolorem oznaczono styki, do których należy przylutować przewody wedle niebieskiej części schematu powyżej.
Kabel zaopatrzony jest w podstawkę, którą należy założyć na układ jak na poniższym zdjęciu:
Krokodylkiem należy chwycić przewód masowy (ujemny biegun zasilania). Pomyłki nie spowodują uszkodzeń więc nie ma się czego obawiać. Zamiast stosowania podstawki i krokodylka możemy na chwilę kable przylutować. Teraz należy sobie pobrać następujące pliki:
Tutaj należy podać adres mailowy, na który zostanie przesłany programator naszego mikroprocesora. Można go pobrać także stąd.
Poniżej znajduje się lista programów, z których wybieramy ten, którym chcemy zaprogramować nasz sterownik.
Wersja A „Pełna klawiatura”
Wersja B „Dwie klawiatury”
Wersja C „Klawiatura perkusisty”
Wersja D „Trzy klawiatury”
Wersja E „Klawiatura na scenę”
Wersja F „Hammond”
Wersja G „Akordeon”
Wersja H „Akordeon guzikowy”
Wersja I „Organy”
Po ściągnięciu pliki: „aec_isp.exe” oraz „program.hex” kopiujemy je do dowolnego katalogu. Następnie podłączamy wtyk DB25 male do gniazda parallel komputera PC (zwanego też LPT, ECP, printer port, port równoległy) i załączamy zasilanie. Uruchamiamy program „aec_isp.exe”. Ukazuje się nam poniższe okienko:
Wybieramy opcję „Setup”.
Ustawiamy parametry jak powyżej oczywiście wybierając typ mikroprocesora, który posiadamy. Zapisujemy ustawienia opcją „Save setup”.
Wybieramy opcję „Load Hex file to Flash buffer”.
Wpisujemy nazwę „program_x.hex”, gdzie x jest literą wybranej przez nas wersji oprogramowania.
Taki ekran oznacza, że plik został znaleziony, jest poprawny i załadował się. Wciskamy cokolwiek.
Wybieramy opcję „Program”. Programowanie jest procesem całkowicie bezpiecznym i może zostać przerwane w dowolnym momencie bez jakichkolwiek konsekwencji.
Czekamy kilkanaście sekund na taki ekran, który oznacza, że mikroprocesor został poprawnie zaprogramowany. Naciskamy cokolwiek, a następnie opcję „Quit”. Gdyby jednak programowanie się nie udało zapraszam niżej, do części poświęconej kłopotom.
Sterownik jest zaprogramowany. Odłączamy podstawkę programatora. Jeśli dioda jest podłączona do końcówki 10 powinna się zaświecić. Możemy teraz próbnie podłączyć nasze urządzenie midi. Przy okazji pamiętajmy, że wyjście midi out zawsze podłączamy do wejścia midi in. Zwieranie końcówek przełączników ze sobą powinno być sygnalizowane krótkimi przerwami świecenia diody, podłączone urządzenie powinno interpretować komunikaty zgodnie z przeznaczeniem. Pozostaje nam teraz podłączenie klawiatury i wykonanie obudowy.
Istnieje bardzo prosty sposób przystosowania sterownika do współpracy z komputerem PC zaopatrzonym w game port. Przy okazji rozwiąże się także problem źródła zasilania. Wystarczy wykonać tylko trzy połączenia: 15 nóżka wtyku DB15 male (pasującego do game portu) bezpośrednio z wyprowadzeniem P31 (TX) mikroprocesora, 5 nóżka z ujemnym wyprowadzeniem kondensatora C5 (masa), a nóżka 8 z dodatnim wyprowadzeniem kondensatora C5 (zasilanie). Oczywiście jakiekolwiek dodatkowe zasilanie sterownika należy zlikwidować. Połączenie najlepiej wykonać dwużyłowym kablem ekranowanym, przy czym ekran (oplot kabla) będzie łączył masę z nóżką 5 wtyku DB15 male. Długość kabla nie powinna przekraczać 2 metrów. Pamiętać należy, że ten typ połączenia nie jest zbyt odporny na zakłócenia. Gdyby nie było potrzeby równoczesnego korzystania z wyjścia midi out można usunąć rezystory R1, R2 oraz samo gniazdo midi out. Poniżej znajduje się schematyczny widok wtyku DB15 male od strony lutowania przewodów. Czerwonym kolorem oznaczono styki, do których należy przylutować przewody wedle opisu powyżej.
Istnieje nieskomplikowany sposób przystosowania sterownika do pracy z komputerami PC pozbawionymi interfejsów muzycznych. Do komunikacji wykorzystamy serial port (znany też jako COM, RS232, port szeregowy). Port ten w komputerze PC zwykle jest niewykorzystany. Rozwiązanie takie umożliwia także współpracę, gdy pozostałe porty midi są już zajęte. Konieczne będzie wykonanie układu dopasowującego, który widzimy na schemacie poniżej:
Układ scalony to popularny konwerter MAX232. Wartość kondensatorów może zawierać się w szerokim przedziale od 1μF do 10 μF. Ważne, by ich napięcie pracy wynosiło przynajmniej 16V i by ich pojemności były równe. Możemy także zastosować układ MAX232A, wtedy kondensatory powinny mieć wartość 100nF. Układ jest na tyle prosty, że nie ma potrzeby stosowania płytki drukowanej. Ważne, by nie pomylić biegunowości kondensatorów, na schemacie wbrew temu, co się wydaje nie ma błędów. 10 nóżkę układu MAX232 łączymy bezpośrednio z wyprowadzeniem P31 (TX) mikroprocesora, 15 nóżkę z ujemnym wyprowadzeniem kondensatora C5 (masa), a nóżkę 16 z dodatnim wyprowadzeniem kondensatora C5 (zasilanie). Połączenia te powinny być możliwie krótkie (kilka centymetrów). Następnie należy połączyć 7 wyprowadzenie układu MAX232 z 2 nóżką wtyku DB9 female (pasującego do serial portu), a wyprowadzenie 15 (masę) z nóżką 5. W samym wtyku należy jeszcze zewrzeć ze sobą nóżki 7 i 8. Poniżej znajduje się schematyczny widok wtyku DB9 female od strony lutowania przewodów. Czerwonym kolorem oznaczono styki, do których należy przylutować przewody wedle opisu powyżej oraz te, które należy ze sobą zewrzeć.
To jeszcze nie koniec. Należy wymienić kwarc na taki, który pracuje z częstotliwością 7,3728Mhz. Uniemożliwi to ewentualną pracę z interfejsem midi. Jeśli chcielibyśmy mieć urządzenie uniwersalne należy zamontować dwa kwarce i przełączać je w zależności od sposobu podłączenia sterownika. Przełącznik musi być miniaturowy i położony bardzo blisko kwarców oraz wyprowadzeń X1 i X2. Gdy jednak zdecydujemy się wyłącznie na pracę przez serial port możemy usunąć rezystory R1, R2 oraz samo gniazdo midi out. Możemy także pokusić się o zasilanie sterownika wprost z komputera PC. Serial port nie oferuje napięcia zasilającego o zadowalających parametrach, istnieją jednak co najmniej dwa inne łącza, które możemy wykorzystać. Pierwsze to USB. Wystarczy podłączyć 1 złącze wtyku USB z dodatnim wyprowadzeniem kondensatora C5, jak na opisie poniżej (widok wtyku od strony lutowania przewodów):
Można także wykorzystać jeden z portów PS2 (port myszy i klawiatury), jeśli któryś jest wolny. W tym celu dodatnie wyprowadzenie kondensatora C5 łączymy z wyprowadzeniem 4 wtyku Mini DIN6 male, który wkładamy do dowolnego portu PS2, jak na opisie poniżej (widok wtyku od strony lutowania przewodów):
Oczywiście w obu wypadkach jakiekolwiek dodatkowe zasilanie sterownika należy zlikwidować. Połączenie z serial portem najlepiej wykonać kablem ekranowanym, przy czym ekran (oplot kabla) będzie łączył wyprowadzenie 15 układu MAX232 (masę) z nóżką 5 wtyku DB9 female. Nie należy podłączać dodatkowych przewodów masowych do portów PS2 czy USB. Długość kabla nie powinna przekraczać 2 metrów. Pamiętać należy, że ten typ połączenia nie jest zbyt odporny na zakłócenia.
Na końcu czeka nas instalacja sterowników emulujących interfejs midi na łączu serial. Sterowniki te udostępniają bezpłatnie takie firmy jak Roland, Yamaha, Korg, Kawai i Alesis. Możemy je pobrać ze stron firmowych, można także stąd pobrać sterownik zaprojektowany przez Rolanda. Po ściągnięciu i rozpakowaniu wykonujemy następujące kroki (opis dla systemu Windows XP):
Po resecie w aplikacji, którą chcemy sterować należy wybrać port midi o nazwie „Roland Serial Midi In”.
Gdyby w komputerze PC nie było serial portu, to należy skorzystać z przejściówki USB - serial port, zbudowanej najczęściej w postaci niewielkiej wtyczki montowanej w gnieździe USB. Należy pamiętać, by przed instalacją sterownika serial - midi zainstalować sterownik obsługujący przejściówkę USB - serial.
Niektóre urządzenia wyposażone w wejścia midi posiadają także wejścia TO HOST. W szczególnych przypadkach wygodnie będzie użyć tego wejścia do sterowania urządzeniem. Cały opis przystosowania sterownika do współpracy z portem TO HOST jest zawarty w rozdziale wyżej. Jedyną różnicą jest wtyk. Zamiast złącza DB9 female użyjemy wtyku Mini DIN8 male. Łączymy 7 wyprowadzenie układu MAX232 z 3 nóżką wtyku Mini DIN8 male, a wyprowadzenie 15 (masę) z nóżkami 4 (środkową) oraz 8. W samym wtyku należy jeszcze zewrzeć ze sobą nóżki 1 i 2. Poniżej znajduje się schematyczny widok wtyku Mini DIN8 male od strony lutowania przewodów. Czerwonym kolorem oznaczono styki, do których należy przylutować przewody wedle opisu powyżej oraz te, które należy ze sobą zewrzeć.
Czasem urządzenia umożliwiają wybór szybkości pracy portu TO HOST pomiędzy 31250bps i 38400bps. Dla niższej szybkości należy użyć kwarcu 6MHz, dla wyższej 7,3728Mhz. Także i w tym wypadku kabel powinien być ekranowany, przy czym ekran (oplot kabla) będzie łączył masę z nóżkami 4 i 8 wtyku Mini DIN8 male. Długość kabla nie powinna przekraczać 2 metrów.
Budowa sterownika jest wyjątkowo prosta, jednakże kłopoty z uruchomieniem układu mogą się zdarzyć. Należy zadbać o to, by części były sprawne. Przed montażem pasywne komponenty należy sprawdzić za pomocą choćby najprostszego multimetru. Lutowanie należy przeprowadzić dokładnie i starannie nie przepalając przy tym lutów zbyt długim procesem podgrzewania. Aby zyskać pewność co do poprawności montażu i części naszego sterownika proponuję zrobienie prostej sondy jak na schemacie poniżej:
Diody świecące mogą świecić w dowolnym kolorze. Ze względu na niewielki prąd sondy należy wybrać diody o większej efektywności.
Gdy już przygotujemy sobie sondę możemy przejść do następujących testów:
Jedną z końcówek sondy podłączamy do wyprowadzenia 30 (ALE) mikroprocesora, drugą naprzemiennie do zasilania i masy. Układ sterownika będzie zmontowany poprawnie, jeśli za każdym razem jedna z diod będzie się świecić. Jeśli tak nie będzie należy przejść do następnych testów.
Jedną z końcówek sondy podłączamy do masy, drugą przykładamy do wyprowadzenia 9 (RST) mikroprocesora. Kilkukrotnie podłączamy i odłączamy zasilanie sterownika. Za każdym razem, gdy napięcie zostanie podłączone, jedna z diod powinna krótko, lecz wyraźnie błysnąć. Brak błyśnięcia oznacza problemy z kondensatorem C3, uszkodzenie mikroprocesora bądź nieprawidłowy montaż.
Podłączamy na chwilę wyprowadzenie 31 (EA) mikroprocesora do masy. Jedną z końcówek sondy podłączamy do zasilania, drugą przykładamy do kolejnych wyprowadzeń portów P2 i P0. Jedna z diod powinna się świecić, przy czym na części portu P2 powinniśmy widzieć wyraźne miganie, najwolniejsze (o częstotliwości około 7Hz) na wyprowadzeniu 28 (P27). Następnie przykładamy sondę do kolejnych wyprowadzeń portów P1 i P3. W żadnym wypadku diody nie powinny się świecić. Inne reakcje sondy oznaczają problemy z kwarcem X1, kondensatorami C1 i C2, uszkodzenie mikroprocesora bądź nieprawidłowy montaż.
Najczęstszą przyczyną problemów z zaprogramowaniem mikroprocesora jest nieprawidłowo funkcjonujący kabel połączeniowy pomiędzy komputerem PC, a mikroprocesorem. Kabel ten nie może być zbyt długi, musi być dokładnie wykonany, a połączenia (zwłaszcza od strony mikroprocesora) muszą być pewne. W razie problemów z podstawką stanowiącą końcówkę kabla możemy ów kabel przylutować na chwilę bezpośrednio do odpowiednich nóżek mikroprocesora. Istnieje możliwość, że port parallel w komputerze nie będzie chciał poprawnie współpracować z mikroprocesorem. Pozostanie nam wtedy szukać innego komputera do zaprogramowania układu.
Poniżej znajdują się komunikaty błędów aplikacji programującej z wyjaśnieniem przyczyn tych błędów.
Plik zawierający program mikrokontrolera jest uszkodzony. Prawdopodobnie został przekłamany podczas ściągania ze strony, należy go pobrać ponownie.
Całkowity brak komunikacji komputera PC z mikroprocesorem. Prawdopodobnie podstawka na końcu kabla programującego jest niedokładnie założona, połączenia są pomylone, zwarte lub przerwane, mikroprocesor lub port parallel w komputerze PC jest uszkodzony, napięcie zasilania układu jest zbyt małe, układ jest nieprawidłowo zbudowany.
Połączenie komputera PC z układem jest niepewne lub zbyt długie.
Połączenie komputera PC z układem jest niepewne lub zbyt długie, układ ma przekroczoną ilość gwarantowanych zapisów do pamięci (układ może być zapisywany około tysiąca razy).
Sterownik midi pracuje często w środowisku o dużym poziomie zakłóceń elektrycznych. Może to wpłynąć na prawidłowe jego działanie, co w niektórych przypadkach (np. podczas koncertu) byłoby niedopuszczalne. Zawsze odpowiednio wcześniej należy dokładnie sprawdzić, jak urządzenie zachowuje się w danych warunkach. Istnieją sposoby na ograniczenie ryzyka kłopotów. W sytuacjach, gdy niezawodność układu jest sprawą priorytetową proponuję skorzystać z poniższych porad.
Jakość wykonania.
Każdy wie, że od jakości wykonania urządzenia zależy jego niezawodność, ale w praktyce różnie to bywa. Montaż musi być pewny i czysty. Niedopuszczalne są tymczasowe rozwiązania, które rozpadną się przy pierwszych wstrząsach. Układ jest na tyle prosty, że nie wymaga płytki drukowanej, wymaga jednak obudowy i odpowiedniego mocowania całości. Przełączniki powinny działać pewnie. Układ jest odporny na niezbyt precyzyjne działanie styków przełączników, nie jest to jednak odporność duża ze względu na pożądaną szybkość pracy sterownika.
Zasilanie.
Niezawodnym sposobem zasilania nie jest zewnętrzny zasilacz sieciowy, a bateria pewnych akumulatorów lub ogniw jednorazowych. W warunkach polowych każdy dodatkowy zasilacz to ryzyko jego przypadkowego wyłączenia i dodatkowy, przeszkadzający kabel. Poza tym wyeliminowanie zasilacza wyeliminuje także całkowicie zakłócenia przenoszone drogą sieciową. Gdyby jednak użytkownik sterownika zdecydował się na zasilanie sieciowe proponuję zwiększyć pojemność kondensatora C5 nawet do tysiąca μF. Zabezpieczy to układ przed chwilowymi zanikami napięcia. Nadto warto na wejściu zasilania założyć typowy dławik przeciwzakłóceniowy o wartości kilkaset μH.
Ekranowanie.
Ekranowanie to otoczenie układu przewodzącą osłoną, którą podłącza się do masy (ujemnego bieguna zasilania) tylko w jednym punkcie, w pobliżu kondensatora C5. W szczególności najlepszym rozwiązaniem jest metalowa obudowa, w której kryłby się sam układ jak i przełączniki. Dzięki ekranowaniu zwiększa się odporność na zakłócenia elektryczne pochodzenia zewnętrznego, które mogłyby np. wywołać spontaniczne wysyłanie komunikatów.
Kabel midi.
Teoretycznie drugie (środkowe) wyprowadzenie gniazda midi out powinno być połączone do masy. Gniazda midi in natomiast absolutnie nie powinny mieć kontaktu z masą urządzenia nadawczego. Czasem jednak tak nie jest, czasem też kabel midi ma zwarcia oplotu do obudowy wtyczki, która jest połączona z masą urządzenia. Przy dłuższych kablach zaleca się jednak połączyć drugie wyprowadzenie gniazda midi out z masą w okolicy kondensatora C5 pod następującymi warunkami: drugie wyprowadzenie gniazda midi in w urządzeniu podłączanym nie ma kontaktu z masą tego urządzenia oraz metalowa obudowa wtyczek kabla midi nie jest połączona z oplotem (przewodem, który jest połączony z wyprowadzeniami drugimi we wtyczkach). Dobrym pomysłem przy długich kablach będzie założenie pomiędzy rezystorami R1 i R2, a wyprowadzeniami 5 i 4 gniazda midi out dławików o indukcyjności około 150μH. Można jeszcze pomiędzy owe wyprowadzenia, a masę założyć kondensatory o pojemności 220pF, a pomiędzy same wyprowadzenia diodę prostowniczą skierowaną anodą do wyprowadzenia 5.
Długość połączeń i zmniejszanie rezystancji obwodów.
Przewody łączące styki klawiatur z układem scalonym powinny być możliwie najkrótsze. W przypadku zastosowania oddzielnych klawiatur (np. pedału basowego) niezbędne jest ekranowanie kabla łączącego moduły. Zaleca się także umieszczenie pomiędzy portami P1, P2 i P3, a zasilaniem rezystorów o wartości kilka kΩ, w ten sam sposób, jak na porcie P0. W praktyce stosuje się zgrabne zespoły rezystorów po osiem sztuk w jednej obudowie o rozstawie równym odległości pomiędzy końcówkami mikroprocesora, co upraszcza montaż. Dobrym uzupełnieniem będzie wprowadzenie pomiędzy końcówkę 9 (RST), a masę rezystora 10kΩ oraz diody prostowniczej skierowanej anodą do masy.
Dziwne komunikaty.
Odbieranie nietypowych komunikatów midi może być spowodowane nieprawidłową częstotliwością zegara układu lub zbyt niskim napięciem zasilania. Drugie zjawisko wyeliminuje wymiana baterii, na pierwsze wpływ ma kwarc X1 oraz kondensatory C1 i C2. Może się okazać, że konieczna jest wymiana kwarcu na taki, który nie sprawia kłopotów. Czasem wystarczy zwiększyć pojemności kondensatorów do około 40pF.
Istnieje możliwość użycia kompatybilnych mikroprocesorów, o ile kod programu będzie mieścił się w ich pamięci, a obciążalność wyjść będzie nie mniejsza niż w mikroprocesorach wymienionych w spisie elementów.
Tutaj znajduje się karta implementacyjna sterownika.
