adam śmiałek MUZYKANT 7

prev up next

Co to jest?

„Muzykant 7” to sterownik niedynamicznej klawiatury midi przeznaczony do samodzielnego montażu. Układ jest połączeniem „Muzykanta 3” oraz „Muzykanta 5”. Sterownik posiada wyświetlacz alfanumeryczny oraz osiem potencjometrów, które umożliwiają generowanie komunikatów w sposób płynny. Układ jest dość prosty, a cena części potrzebnych do jego zbudowania jest niska, dzięki czemu sterownik jest możliwy do zbudowania także przez początkujących elektroników. Urządzenie pobiera niewiele prądu, co pozwala na efektywne zasilanie z baterii.

A po co to?

„Muzykant 7 umożliwia wykonanie typowej klawiatury sterującej oferując 65 przełączników klawiatury, sustain, transpozycję, wybór brzmień i 8 potencjometrów w trzech wersjach do wyboru. Układ przeznaczony jest do wykonania zindywidualizowanych sterowników muzycznych o nietypowych wymiarach czy sposobach obsługi. Układ umożliwia także „ożywienie” starych, niesprawnych klawiatur, które mogą efektownie wyglądać na scenie.

___ jak to działa ________________

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.

Układ elektroniczny jest bliźniaczo podobny do „Muzykanta 6”. Sercem układu jest mikroprocesor firmy Atmel, ze znanej i popularnej rodziny „51”. Za konwersję napięć z potencjometrów odpowiada dość popularny układ ADC0808. Poza dwoma układami w kontrolerze pracuje już tylko kilka elementów. Do części nóżek procesora można podłączyć styki posiadanych klawiatur, których kształt i forma zależy wyłącznie od budującego instrument. Zwarcie styków emituje komunikaty Note On czyli włącza dźwięki o konkretnych wysokościach. Rozwarcie styków emituje Note Off czyli wyłącza owe dźwięki. Cztery przełączniki służą do zmiany brzmień i transpozycji, jeden realizuje funkcję „Sustain”. Sterujący układ analogowy nie musi być potencjometrem w klasycznym tego słowa znaczeniu. Może to być dowolny układ generujący napięcie w zakresie od 0 do napięcia zasilającego, w szczególności może być to układ optyczny, ciśnieniowy itp.

A tak wygląda schemat urządzenia:

Jak widać układ zawiera, nie licząc potencjometrów, 13 elementów (z czego do pracy niezbędnych jest 11) oraz po jednej diodzie na każdy styk klawiatury. Zielona część układu to wskaźnik zasilania na diodzie świecącej. Niebieska część schematu obrazuje połączenie układu z komputerem PC, niezbędne tylko podczas programowania układu, które zwykle będzie przeprowadzane raz, podczas uruchamiania sterownika. Dla zachowania czytelności nie narysowano połączeń wejść układu IC2 ze ślizgaczami potencjometrów. Należy zwrócić uwagę na to, że wyprowadzenia układu IC2 opisane są w ten sposób, jak gdyby układ ten leżał „do góry nogami”, co ma miejsce w przypadku montażu bez płytki drukowanej.

Po lewej stronie widzimy matrycę klawiatury. Klawiatura zbudowana jest w ten sposób, że każdy styk zwiera ze sobą wybrany wiersz z siedmiu wierszy portu P3 z wybraną kolumną z dziesięciu kolumn portów P1 i P2. 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 styk przypada jedna dioda. Ilość styków jak łatwo policzyć wynosi 7 (wiersze) razy 10 (kolumny), co daje liczbę 70.

Poniżej znajduje się lista wszystkich komunikatów, które sterownik wysyła. Wszystkie komunikaty pracują na kanale 1.

Każdorazowa zmiana transpozycji obrazowana jest na wyświetlaczu w następującej postaci: -C, -Des, -D, -Es, -E, -F, -Ges, -G, -As, -A, -B, -H, C, +Cis, +D, +Dis, +E, +F, +Fis, +G, +Gis, +A, +Ais, +H, +C.

Natomiast komunikaty wysyłane za pomocą potencjometrów zależą od wersji sterownika.

___ wersja A ________________

„Sterownik uniwersalny” - projekt kontrolera, który wysyła komunikaty spoza standardowej puli Control Change, dzięki czemu nie koliduje z typowymi strumieniami danych midi. Rozwiązanie to jest przeznaczone do aplikacji potrafiących przyporządkowywać dowolne komunikaty do wybranych funkcji, jak np. dodatkowy kontroler dla programów komputerowych.

___ wersja B ________________

„Sterownik GM” - kontroler zgodny z General Midi oraz wczesnymi rozszerzeniami standardu.

___ wersja C ________________

„Sterownik XG” - kontroler zgodny ze standardem XG oraz GM2.

___ robimy zakupy ________________

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.

___ budujemy ________________

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. W przypadku tego układu zaleca się stosownie płytki drukowanej. Ostatecznie można układ zmontować jak na zdjęciu, bez użycia płytki. Nie polecam używania podstawek pod układy scalone ze względu na ich zawodność i niewielki sens stosowania w tym projekcie. Jeśli jednak ktoś ma opory przed lutowaniem nóżek układów scalonych niechaj sobie nabędzie podstawki tak zwane precyzyjne, wysokiej jakości. Poniżej znajdują się zdjęcia układu prototypowego „Muzykant 5”, na których można się wzorować przy lutowaniu. Pamiętać należy, że „Muzykant 7” posiada dodatkowe wyprowadzenia na wyświetlacz oraz zmienioną klawiaturę.

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). Układ przetwornika montujemy na górze mikroprocesora, „do góry nogami”, jak na zdjęciu. Wszystkie połączenia pomiędzy układami należy wykonać krótkimi kawałkami cynowanych drutów, uprzednio wygiąwszy je, jak na zdjęciu. Końcówkę 9 (CS) układu IC2 można podłączyć z  końcówką 11 (VCC) tego układu, co uprości montaż. Oczywiście w tym wypadku końcówka 23 (P22) układu IC1 pozostanie niepodłączona. Lutowanie należy przeprowadzić sprawnie i krótko, uprzednio skróciwszy odpowiednio wszystkie wyprowadzenia elementów. Zaleca się zastosowanie tak zwanych koszulek termokurczliwych na wszystkich końcówkach kabli (na zdjęciu ich nie ma, ponieważ przysłoniłyby część elementów). 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. 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.

Poniżej widzimy sposób montażu układu na płytce drukowanej.

Stąd możemy pobrać obraz płytki w formacie pcb z programu Autotrax. Na podstawie tego pliku możemy zlecić wykonanie płytki odpowiedniej firmie. Gdybyśmy jednak chcieli płytkę wykonać sami tutaj znajduje się rysunek ścieżek w rozdzielczości 600 dpi, natomiast tutaj znajduje się rysunek rozmieszczenia elementów w tej samej skali. Płytka została zaprojektowana do serii „Muzykantów”, dlatego zawiera dodatkowe złącze, a w opisie zamiast „P30” widzimy napis „COM”. Płytka zawiera także elementy zabezpieczeń i zasilacza. I tak:

Diody D2 i D3 to diody zabezpieczające złącze midi i nie ma potrzeby ich stosowania przy krótkich połączeniach pomiędzy instrumentami. Pozostałe elementy należą do zasilacza i ich stosowanie zależy od wyboru wariantu zasilania, które przedstawione są poniżej. Na płytce widać złącze do podłączenia kabla programującego. W miejsce to należy wlutować tak zwane złącze szpilkowe, jak na zdjęciu.

___ zasilamy ________________

Jeśli już nasze urządzenie wygląda jak na zdjęciach powyżej należy mu dostarczyć napięcie zasilające. Producenci układów określają przedział tego napięcia na 4,5 - 5,5V. W praktyce ów przedział jest nieco szerszy, układ pracuje poprawnie od 3,7 do 5,5V. Nie wolno przekroczyć napięcia 6V, gdyż może to spowodować uszkodzenie układów. Jest wiele sposobów zasilania kontrolera i każdy może wybrać najwygodniejszy dla siebie. Diody na schematach prezentowanych poniżej to dowolne prostownicze diody jednoamperowe. Jeśli zdecydujemy się na wykonanie układu na proponowanej płytce sprawę zasilacza będziemy mieć rozwiązaną. Do łącz opisanych jako „AC”należy doprowadzić napięcie zmienne lub stałe o wartości 9-15V i wydajności prądowej 60mA. Można też sprawę zasilania rozwiązać inaczej.

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.

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.

Zasilanie za pomocą stabilizowanego zasilacza 4,5 - 5,5V.

Jeśli dysponujemy stabilizowanym zasilaczem sieciowym o napięciu 4,5 - 5,5V możemy go użyć w sposób jak na schemacie. Należy zwrócić uwagę, by napięcie było stabilizowane, a nie tylko prostowane. Wydajność zasilacza powinna wynosić minimum 60mA. 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). Ten sposób zasilania został zaimplementowany na płytce drukowanej.

___ programujemy ________________

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. W przypadku stosowania płytki drukowanej lepiej będzie zamiast podstawki użyć odpowiedniego gniazda na złącza szpilkowe, na którym także znajduje się wyprowadzenie masy. 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

Wersja B

Wersja C

Po ściągnięciu pliki: „aec_isp.exe” oraz „program.zip” 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.zip”.

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.

___ używamy ________________

Sterownik jest zaprogramowany. Odłączamy podstawkę programatora. Po resecie na wyświetlaczu powinien pojawić się napis powitalny, po czym powinniśmy zobaczyć układ jak niżej.

Na zdjęciu opisano funkcje poszczególnych cyfr i znaków.

Możemy teraz próbnie podłączyć nasze urządzenie midi. Przy okazji pamiętajmy, że wyjście midi out zawsze podłączamy do wejścia midi in. Zwieranie styków przełączników klawiatury oraz kręcenie gałkami potencjometrów powinno wysyłać komunikaty midi, które podłączone urządzenie powinno interpretować zgodnie z przeznaczeniem. Należy pamiętać, że ewentualne niewykorzystane wyprowadzenia przełączników pozostawia się niepodłączone, natomiast niewykorzystane wejścia ślizgaczy potencjometrów należy koniecznie podłączyć do masy.

___ modyfikujemy ________________

Współpraca z komputerem PC przez game port.

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.

Współpraca z komputerem PC przez serial port.

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.

Współpraca z urządzeniami wyposażonymi w złącze TO HOST.

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.

___ mamy kłopoty z uruchomieniem sterownika ________________

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.

W przypadku problemów z generacją komunikatów za pomocą potencjometrów należy przeprowadzić następujące testy:

Jedną z końcówek sondy podłączamy do wyprowadzenia 9 (CS) układu przetwornika, drugą naprzemiennie do zasilania i masy. Jedna z diod powinna świecić tylko po podłączeniu sondy do masy. Inne reakcje świadczą o niesprawnym mikroprocesorze bądź nieprawidłowym montażu.

Jedną z końcówek sondy podłączamy do wyprowadzenia 6 (WR) lub 22 (ALE) układu przetwornika, drugą naprzemiennie do zasilania i masy. W każdym przypadku jedna z diod powinna świecić, przy czym po dołączeniu sondy do masy znacznie słabiej. Inne reakcje świadczą o niesprawnym mikroprocesorze bądź nieprawidłowym montażu.

Jedną z końcówek sondy podłączamy kolejno do wyprowadzeń 25 (A), 24 (B) i 23 (C), drugą naprzemiennie do zasilania i masy. W każdym przypadku jedna z diod powinna świecić. Inne reakcje świadczą o niesprawnym mikroprocesorze bądź nieprawidłowym montażu.

Jedną z końcówek sondy podłączamy do wyprowadzenia 10 (CLKIN) układu przetwornika, drugą naprzemiennie do zasilania i masy. W każdym przypadku jedna z diod powinna świecić. Inne reakcje świadczą o nieprawidłowym montażu.

Jedną z końcówek sondy podłączamy do wyprowadzenia 7 (INTR) układu przetwornika, drugą naprzemiennie do zasilania i masy. W każdym przypadku jedna z diod powinna świecić, przy czym po dołączeniu sondy do zasilania znacznie słabiej. Inne reakcje świadczą o niesprawnym układzie przetwornika bądź nieprawidłowym montażu.

___ mamy kłopoty z zaprogramowaniem mikroprocesora ________________

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).

___ mamy kłopoty ze stabilną pracą sterownika ________________

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. Z pewnością jednak na wzrost niezawodności będzie miał wpływ zastosowania montażu na płytce drukowanej. Przełączniki powinny działać pewnie, potencjometry powinny być wysokiej jakości. 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. Potencjometry zaleca się podłączać kablem ekranowanym, przy czym, jeśli nie planuje się zastosowania metalowej obudowy całości, ekran powinien być połączony z obudową potencjometrów. Kable łączące potencjometry z przetwornikiem powinny być możliwie krótkie. 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.

Zmniejszanie rezystancji obwodów.

Następnym zabiegiem podobnym w skutkach do ekranowania jest umieszczenie pomiędzy każdym wejściem procesora, do którego można podłączyć przełącznik, a zasilaniem rezystora o wartości kilka kΩ. 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. Wybór potencjometru o mniejszej rezystancji także będzie miał korzystny wpływ na stabilność pracy, zwiększy jednak nieco pobór prądu.

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 sie okazać, że konieczna jest wymiana kwarcu na taki, który nie sprawia kłopotów. Czasem wystarczy zwiększyć pojemności kondensatorów do około 40pF.

Przerywane komunikaty z potencjometrów.

Potencjometr to urządzenie niezbyt trwałe. Jeśli będzie często używane nastąpi jego szybkie zużycie objawiające się przerwami w pracy i skokowymi zmianami wartości. W niektórych przypadkach celowe będzie zastąpienie potencjometru układem optycznym złożonym ze źródła światła, ruchomej przysłony i fotorezystora w układzie dzielnika napięcia.

___ dodatki ________________

Parametry elektryczne sterownika.

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.

Jeśli zależy nam na niskim poborze prądu należy wybrać nowoczesny, energooszczędny wyświetlacz. Starsze wyświetlacze mogą pobierać ponad 100mA.

Tutaj znajduje się karta implementacyjna sterownika.

Pragnę przeprosić z góry za niemożliwość indywidualnej pomocy przy ewentualnych kłopotach związanych z budową sterownika, po prostu nie mam na to czasu. Chętnie natomiast poznam wszelkie sugestie, które być może uwzględnię w następnych projektach. Budując sterownik należy być świadomym tego, że odpowiedzialność za jakiekolwiek szkody związane z jego używaniem spoczywa na użytkowniku sterownika.

Wszelkie prawa do zamieszczonych na tej stronie materiałów, rozwiązań oraz do projektu strony, jeśli nie zaznaczono inaczej, należą do autora - Adama Śmiałka. Jakiekolwiek komercyjne ich wykorzystanie wymaga bezwzględnie wcześniejszego kontaktu ze mną na adres: jankomuzykant@wp.pl.

All Rights Reserved.