СРЕДСТВО на електронен орган: 6 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 13:00

Тази инструкция ви води да вземете онзи стар, необичан електронен орган, който имате в гаража или мазето си, и да го превърнете в модерен музикален инструмент. Няма да се спираме много на подробностите за конкретния орган, който имате, освен да кажем, че по принцип типичната музикална клавиатура е набор от клавиши, които се свързват, когато се натиснат към обща шина. В стария свят съществуват значителни схеми заедно с клавишите, което води до предаване на изход към шината, който от своя страна се усилва и предава на аудио система. Днес клавиатурата е набор от сензори; четем състоянието на отделните ключове и изпращаме промените до софтуерен синтезатор, който се управлява от MIDI команди.

Инструктажът обхваща голяма част от процеса, от събирането на цифровото състояние на ключовете, управлението му с микропроцесор Arduino, изграждането на MIDI поток от данни и предаването му на компютър (включително Raspberry Pi), който изпълнява синтезатора.

Стъпка 1: Клавиатурата е абстрахирана

Следното представлява абстрахиран електронен орган, където всеки ред е набор от ключове или стопове или други контролни превключватели. Записите в колона 0 представляват отделни клавиши, а - - шина, към която ключът е свързан при натискане. Голямото ръководство с 61 клавиш може да бъде първият ред, ръководството за набъбване втори ред, педалите трети, а стоповете и т.н. четвърти. Редовете всъщност съдържат 64 елемента поради цифровото им значение като мощност 2 над 61. В редовете на клавиатурата клавишите следват нормалната музикална конвенция с C вляво.

Автобус 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 0

Автобус 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 0

Автобус 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 0 0

Автобус 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 0 0

Всеки автобус е независим и електрически изолиран от връстниците си. Първите 8 елемента са подчертани с удебелен шрифт, с 8 такива блока в горната подредба. Следващата стъпка описва печатна платка, която работи върху получерните елементи и останалите 7 блока от тях.

Ключовете са представени като 0 по -горе. Можем да направим това малко по -далеч и да кажем, че клавишът е цифров 1 при натискане и 0 в противен случай. И клавишите могат да бъдат конвенционални бели музикални плоски или черни остри, или органни педали, или органни спирки, или група от въртящи се ключове, които могат да ни дадат тон на саксофон. Ние просто разглеждаме инструмента като набор от превключватели на набор от шини и по същество цифров поток от 0 и 1.

Стъпка 2: Окабеляване от клавиатурите

За да помогне с окабеляването на клавиатурите, е създадена печатна платка с помощта на Eagle CAD. Размерът му е около 96 мм X 43 мм и са необходими 8, простиращи се в задната част на органите за клавиатура.

Нека разгледаме подробно тази печатна платка (PCB). Лявото изображение е предната част на печатната платка, върху която са монтирани компоненти, а дясното е задната му част, където запояваме компонентите.

Първо, компонентите 2X3 в горната част са предназначени за свързване към клавишите по -горе, като горните две връзки са шина 0 и 1, следващата двойка 2 и 3, а долната двойка също шини 2 и 3. Установено е, че печатна платка 2X3 заглавката беше достатъчно твърда, за да побере едножилен кабел за свързване от ключовете, просто натиснати в заглавката, подобно на окабеляването на щита Arduino. Кабелът за свързване, който използвах, беше извлечен от оригиналния орган; той е с диаметър 0,75 мм.

Така че всяка заглавка 2X3 побира колона от подчертани с получер бутони или по -общо една бележка. По този начин дъската изисква 8 от тези заглавки. Изображението съдържа една от тези женски заглавки горе вляво. Средната част на платката е запълнена с 32 диода (1N4148 или подобен), всеки съответстващ на един от червените входове. Полярността на диода е както е отбелязана на дъската, с катод (черна лента) в горния край на платката. Един диод е илюстриран на позиция 4. И накрая, един единствен 2X5 мъжки хедър запълва най -долната част на платката. Горните му 2 пина не са свързани. Щифт 1 се намира в долния десен ъгъл и се свързва с най-лявите 4 диода, щифт 2 към диоди 5-8 и накрая 29-32 се свързва с щифт 8. Заглавката може да бъде изрязана от по-дълга секция DIL, както е показано на дъската. Окабеляването между различните компоненти се извършва в самата печатна платка, като единственото необходимо запояване е диодите и хедерите.

8 от тези пълни дъски се монтират непосредствено под ръководствата с помощта на предоставените монтажни отвори, като се простират удобно през органа. По този начин функцията на тази платка е да вземе един блок от 8 ключа през 4 шини и да го представи на мъжка заглавка, към която ще бъде свързан 10-пътен лентов кабел за прехвърляне към следващия етап. Дизайнът на дъската може да бъде изтеглен от предоставения zip файл.

Стъпка 3: Консолидиране на клавиатурните изходи в регистрите за смяна

Изискват се още две печатни платки, както е показано по -горе. Те са известни като DIN R5 и са популярни в света на MIDI, въпреки че просто предоставят функция за регистър на смяна. Първо в горната хоризонтална секция можете да видите 4 2X5 мъжки заглавки, които се свързват чрез лентов кабел към 2X5 колегата на 8 -те дъски по -горе. Нуждаем се от две DIN дъски, за да поберем нашите 8 такива кабела.

По-надолу по платката са IC чипове, които образуват 32-битов регистър на смяна, и накрая ни интересуват още 2 заглавия 2X5, единият от които (J2) се групира за по-нататъшни DIN платки (втората ни), а другата J1 към нашия Arduino или подобен на Arduino микропроцесор.

За да обобщим, имаме -

• Влизат до 4 автобуса с 64 ключа
• 8 платки с 32 входа, 8 изхода на шина
• тези 64 изхода се подават в 2 32-битови регистъра за смяна
• микропроцесорът Arduino ще се движи по шините

Стъпка 4: Сглобяване на хардуера заедно

Връзките между Arduino, двете DIN платки и лентовите кабели от комплекса с ключове за органи са илюстрирани на горната снимка. Обърнете внимание, че вторият J2 на DIN просто остава празен.

В конекторите се използва IDC технология (контакт изолация-изместване) и проводниците не е необходимо да се отделят или разделят. Те се прилагат към кабела с инструмент за компресиране, наличен при любителите. Вляво краят на нагънатия кабел може да бъде изрязан с нож за бръснене; в центъра отдолу на конектора има 2X5 женски контакт; и вдясно изглед отгоре на конектора.

DIN дъските и персонализираните платки за печатни платки бяха прикрепени към дървена дограма с помощта на винтове и дистанционни елементи от месинг с кръгла глава от месинг. Частичен изглед на персонализираните печатни платки, монтирани в органа, е показан по-горе. Горните кабели за свързване свързват ограничители или контроли към дъските, а масата вляво излиза от педалите. И накрая, премахването на генераторите на тонове и други разнообразни функции на оригиналния орган е позволило празнотата в шкафа да се използва повторно за съхранение на вино.

Стъпка 5: Комплексът Arduino

Сега ще бъде обсъден комплексът Arduino, който се вижда отляво на двете DIN табла по -горе. Състои се от три отделни слоя, свързани помежду си като щитове Arduino. ПХБ, съдържащи слоевете, са случайно оцветени в синьо, зелено и червено.

Синият слой (отгоре) е щит, произведен от Freetronics, който осигурява 16X2 дисплей с течни кристали. (2 реда по 16 знака). Това не е от съществено значение, но е изключително полезно за проверка на работата на клавиатурите, педалите и стоповете. Той се задвижва от библиотеката LiquidCrystal и други хардуерни варианти могат лесно да бъдат заменени.

Червеният слой (отдолу) е Teensy 3.2, монтиран на дъска Sparkfun Teensyduino. Teensy предлага директна MIDI поддръжка и по друг начин се държи като Arduino UNO. Така че използването на Teensy спестява компоненти надолу по веригата. Връзката на захранването (5V 2A) е долу вляво, а USB конекторът, поддържащ сериен или MIDI изход вляво в центъра. Заглавките в горния и долния ръб осигуряват стандартна функционалност на Arduino щит.

Зеленият слой (поставен между синьо и червено) е персонализирана печатна платка. Неговата цел е като цяло да поддържа части и части, като например връзка към DIN дъските, и да прекъсва външното окабеляване. Някои от функционалностите му са излишни. Той включва някои схеми за поддържане на MIDI чрез стандартен Arduino UNO. Той също така осигурява 2X5 мъжки хедър за свързване на лентов кабел към заглавието J1 на първата DIN платка. Други функции включват поддръжка на Volume Control; оригиналният орган използва 10K потенциометър (гърне), задвижван от обувка за крака.

Четирите хоризонтални заглавки осигуряват стандартна връзка с Arduino щит към дъската Teensy по -долу и дисплея с течни кристали. Отпечатъкът, наподобяващ автобусна станция в долния ляв ъгъл, е остатък, а дългият вертикален заглавие вляво осигурява връзка с четирите автобуса, контрола на силата на звука и земята.

Персонализираната платка е разработена с помощта на Eagle CAD, а zip файловете от комплекса Gerber, изпратени до производителите на печатни платки, са достъпни в PCB2 zip файла.

Стъпка 6: Софтуерът Arduino

Софтуерът първоначално е разработен за Arduino UNO и по -късно е изменен с много малко промени, за да се използва Teensy. Използването на щифтове е непроменено.

Дисплеят с течни кристали използва половин дузина щифтове и беше решено да се използват аналоговите щифтове в цифров режим, за да се получи блок от съседни щифтове за автобусите. Контролът на силата на звука използва друг аналогов щифт в аналогов режим.

Голяма част от софтуера се занимава с четене на индивидуалната клавиатура, педалите и клавишите за спиране чрез активиране на всяка шина на свой ред и извеждане на стойностите на битовете от регистрите за смяна, предоставени от DIN дъските.

Средата надолу по веригата обикновено включва процесор, работещ под Windows, или UNIX, или Linux, и софтуерен синтезатор като FluidSynth, който от своя страна може да се управлява от jOrgan. FluidSynth в крайна сметка се управлява от един или повече Soundfont (s), които определят какъв звук се генерира, когато се получи определена MIDI команда. Има известна аналогия с шрифтовете за текстообработка. За клавиатурата и педалите промяната от предишното сканиране ще доведе до генериране на последователност MIDI Note On или Note Off. Най-лявият клавиш е MIDI 36 и стъпка по клавиатурата. Индексът на шината лесно ще осигури обхват за номера на MIDI канала. За клавишите за спиране се генерират последователности за управление на програмата MIDI или може да е разумно да се генерира бележка за включване/изключване и да се остави на jOrgan или подобен MIDI софтуер надолу по веригата да интерпретира, регулира и разширява. Какъвто и курс да се вземе, крайното решение се налага от дефиницията на Soundfont (и) надолу по веригата. Софтуерът е бил използван в различни маски за генериране на MIDI чрез USB към Windows, работещ с приложението Wurlitzer и FluidSynth, и към Raspberry Pi, работещ с FluidSynth и общ MIDI Soundfont. Това описание е очевидно схематично, но всеки, запознат със средата на Arduino или C, няма да има затруднения да го промени за собствените си цели; има разумна вътрешна документация и разумна модулност.

Софтуерът Arduino се съдържа в organino.zip.