świetlny sekwencer MIDI.pdf

P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W

Świetlny sekwencer MIDI

åwiat³o sta³o siÍ

nieod³¹cznym elementem

koncertÛw muzycznych.

Profesjonalne grupy

zatrudniaj¹ nawet specjaln¹

osobÍ, odpowiedzialn¹ za

oúwietlenie. Nawet najlepszy

inøynier oúwietlenia

korzysta jednak z dobrze

przygotowanej przed

koncertem sekwencji efektÛw

úwietlnych. Prezentowany

sterownik pomoøe

uatrakcyjniÊ odbiÛr muzyki

grup, ktÛre podczas

koncertÛw uøywaj¹

sekwencera MIDI.

G³Ûwnymi za³oøeniami

projektu by³a prostota

konstrukcji i†minimalizacja

kosztÛw wykonania.

Informacje

o†MIDI

Standard

MIDI jest od-

mian¹ interfejsu

szeregowego,

ktÛry rÛøni siÍ

tylko parametra-

mi elektryczny-

mi od popular-

nego RS232.

W†RS232 infor-

macja przesy³a-

na jest przez

zmianÍ napiÍcia ±12V

wzglÍdem masy,

a†w†przypadku MIDI wyko-

rzystano pÍtlÍ pr¹dow¹ 5mA,

co sprawia, øe jest bardziej

odporny na zak³Ûcenia. PrÍd-

koúÊ transferu MIDI wynosi

31250 bodÛw. PrÍdkoúci tej

nie moøna uzyskaÊ w†stan-

dardowym interfejsie RS232

zainstalowanym w†PC. Jed-

nak wiÍkszoúÊ kart muzy-

cznych -nawet tych najtaÒ-

szych - ma wbudowany inter-

fejs MIDI w†standardzie TTL.

Wystarczy prosty przetwornik

TTL/pÍtla pr¹dowa 5mA, aby

mÛc pod³¹czyÊ prezentowany

przeze mnie sterownik do

PC-ta.

Projekt

063

Pod-

stawowa ram-

ka danych w†MI-

DI sk³ada siÍ z:†1 bit

startu, 8 bitÛw informacji

oraz 1 bit stopu, bez bitu pa-

rzystoúci. Rozkaz MIDI najczÍ-

úciej sk³ada siÍ z†3 bajtÛw:

nale MIDI, ktÛrego dotyczy

ten rozkaz. St¹d moøliwoúÊ

sterowania 16 kana³Ûw. Po-

zosta³e 3 bity informuj¹

o†tym, jaki to jest rozkaz.

W†sterowniku wykorzysta-

³em nastÍpuj¹ce rozkazy:

Pierwszego statusowego,

ktÛry w†odrÛønieniu od po-

zosta³ych ma ustawiony naj-

bardziej znacz¹cy bit. Czte-

ry najmniej znacz¹ce bity

przesy³aj¹ informacje o†ka-

Elektronika Praktyczna 6/99

P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W

Rys. 1. Trzy fazy wysterowania

triaka. Na rysunku “a” impulsy

wyzwalające pojawiają się

później niż na rysunku “b”.

reaktancyjny charakter obci¹-

øenia. Z†za³oøenia przyjmujÍ

wiÍc moment przejúcia napiÍ-

cia przez zero, jako moment

synchronizacji. Od tego mo-

mentu zaczyna byÊ odliczane

opÛünienie k¹ta wysterowania

triaka w danym pÛ³okresie.

W†programie pÛ³okres zosta³

podzielony na 140 czÍúci.

W†standardzie MIDI informa-

cja o†sile nacisku - wykorzy-

stywana w†niniejszym stero-

wniku do okreúlania natÍøe-

nia oúwietlenia - okreúlana

jest na†7 bitach, co daje roz-

dzielczoúÊ 128 krokÛw. RÛø-

nica miÍdzy rozdzielczoúci¹

MIDI a†przyjÍt¹ w†programie

sterownika (140) stanowi mar-

gines bezpieczeÒstwa. Zbyt

pÛüne podanie impulsu steru-

j¹cego moøe byÊ powodem za-

³¹czenia triaka w†kolejnym

pÛ³okresie.

000 - note on (wciúniÍto

klawisz) - zapala grupÍ oú-

wietleniow¹,

001 - note off (zwolniono

klawisz) - gasi grupÍ oú-

wietleniow¹,

011 - control change (roz-

kaz kontrolny)- zeruje

kontroler.

Drugi bajt przesy³a informa-

cje o†numerze wciúniÍtego

klawisza, a†w†przypadku

sterownika numer grupy oú-

wietleniowej, do ktÛrej od-

nosi siÍ rozkaz.

Opis uk³adu sterownika

Schemat elektryczny ste-

rownika przedstawiono na

rys. 2 . Na wejúciu zasilaj¹cym

zastosowano filtr LC typu ìTî,

ktÛrego zadaniem jest odfil-

trowanie wyøszych harmoni-

cznych pr¹du powstaj¹cych

podczas impulsowego za³¹-

czania triakÛw.

W†filtrze sieciowym uøyto

d³awika z†popularnych wy³¹-

cznikÛw dotykowych. Wyko-

rzystano w†nim rdzeÒ z†blach

transformatorowych o†przekro-

ju 10x10mm, na ktÛry nawi-

niÍto w†dwÛch rzÍdach 40

zwojÛw drutu o†úrednicy

1mm. Dodatkowo, w†obwodzie

kaødej grupy oúwietleniowej,

zastosowano d³awik, w†ktÛrym

wykorzystano karkasy cewek

radiowych z†prÍtem ferryto-

wym o†úrednicy 7,5mm, na

ktÛrych nawiniÍto 30 zwojÛw

w†dwÛch rzÍdach drutem

o†úrednicy 0,75mm. PrzekrÛj

drutu zastosowanego w†d³awi-

kach decyduje o†obci¹øalnoúci

uk³adu. Chc¹c wykorzystaÊ

w†pe³ni dopuszczaln¹ obci¹-

øalnoúÊ triakÛw (najlepiej nie

przekraczaÊ 0,5Idop) naleøa³o-

by odpowiednio zwiÍkszyÊ

przekrÛj drutu w†d³awikach.

Zadaniem uk³adu zbudo-

wanego na tranzystorach T1

i†T2 jest generowanie impul-

sÛw o†stromym zboczu opa-

daj¹cym, ktÛre inicjuje prze-

rwanie INT0 w†mikroproceso-

rze. Uk³ad ten jest synchroni-

zowany napiÍciem wtÛrnej

strony transformatora, wypro-

stowanym dwupo³Ûwkowo

( rys. 3 ).

Standard MIDI wymaga

zastosowanie na wejúciu uk-

Trzeci bajt informuje o†sile,

z†jak¹ zosta³ wciúniÍty kla-

wisz ustawiaj¹cy jasnoúÊ

úwiecenia grupy.

Po rozkazie control chan-

ge pojawia siÍ jeden z†bajtÛw:

7Bh- all notes off (wy³¹cza

wszystkie grupy oúwietle-

niowe),

79h- reset controler.

Sterowanie triakami

P³ynn¹ regulacjÍ mocy do-

starczanej do grup oúwietle-

niowych dokonuje siÍ impul-

sami steruj¹cymi podawanymi

na bramkÍ triaka. Im wiÍksze

jest opÛünienie impulsu wy-

zwalaj¹cego w†stosunku do

momentu przejúcia pr¹du ob-

wodu grupy oúwietleniowej

przez zero, tym mniejsza jest

dostarczana moc do tej grupy,

a†tym samym mniejsze natÍ-

øenie úwiecenia.

Na rys. 1 przedstawiono

trzy fazy wysterowania triaka.

Na rys. 1a impulsy wyzwala-

j¹ce pojawiaj¹ siÍ pÛüniej niø

na rys. 1b.

W†projekcie przyj¹³em za-

³oøenia uproszczaj¹ce, øe nie

ma przesuniÍcia fazowego

miÍdzy pr¹dem a†napiÍciem

obwodu grupy oúwietlenio-

wej. Taka sytuacja wystÍpuje,

gdy obci¹øenie ma charakter

czysto rezystancyjny, co jest

spe³nione w†przypadku zasto-

sowania zwyk³ych lub halo-

genowych øarÛwek. Problem

moøe siÍ pojawiÊ w†przypad-

ku zastosowania zbyt d³ugich

kabli po³¹czeniowych, mog¹-

cych wprowadzaÊ bardziej

Rys. 2. Schemat ideowy sterownika.

Elektronika Praktyczna 2/98

Elektronika Praktyczna 6/99

P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W

Rys. 3. Przebiegi na wejściu układu synchronizacji oraz na

wyjściu podłączonego do wejścia INT0 mikroprocesora.

siÍ, nastÍpuje ustawienie bitu

note on. W†przypadku, gdy

wartoúÊ kolejnego bajtu komu-

nikatu odpowiada liczbom

przyporz¹dkowanym grupom

oúwietleniowym, ustawiany

jest bit by2. WartoúÊ trzeciego

bajtu komunikatu wpisywana

jest do rejestru odpowiadaj¹-

cemu grupie oúwietleniowej.

Przerwanie INT0 rozpo-

czyna kolejny okres trwaj¹cy

10ms (czas trwania pÛ³okre-

su) generowania impulsÛw

steruj¹cych triaki. Procedura

przerwania INT0 zeruje mas-

kÍ przerwania zegara T0, ktÛ-

re z†kolei generuje przerwa-

nia co 10/140ms, zmniejsza-

j¹c za kaødym razem wartoúÊ

rejestru sync, do ktÛrego wpi-

sywana jest wartoúÊ #140

w†procedurze INT0. Procedu-

ra T0 porÛwnuje wartoúÊ re-

jestru sync z†wartoúci¹ reje-

stru kaødej grupy oúwietlenio-

wej. Jeøeli s¹ rÛwne, wpisy-

wane jest ì0î do bitu steru-

j¹cego bramkÍ triaka, co z†ko-

lei za³¹cza dan¹ grupÍ oúwiet-

leniow¹. Bity steruj¹ce bram-

kami ustawiane s¹ w†proce-

durze INT0. W†przypadku

braku jednego lub wielu im-

pulsÛw synchronizacji

w†okreúlonym czasie (z†powo-

du np. zak³Ûcenia), procedura

T0 wpisuje wartoúÊ #148 do

rejestru sync i†rozpoczyna

okres generowania impulsÛw

wyzwalaj¹cych triaki od po-

cz¹tku. WartoúÊ ta zosta³a

okreúlona doúwiadczalnie tak,

aby uk³ad rozsynchronizowa³

siÍ moøliwie najpÛüniej.

Zapalanie diody LED na-

stÍpuje po naciúniÍciu dowol-

nego klawisza, kiedy kana³y

MIDI, zarÛwno klawiatury jak

i†sterownika, s¹ te same. Nie

dysponuj¹cy klawiatur¹ MIDI

mog¹ wykorzystaÊ komputer

lub sekwencer z†odpowiednio

wczeúniej przygotowan¹ sek-

wencj¹ MIDI.

Uwaga!

Podczas uruchamiania

uk³adu naleøy zachowaÊ

szczegÛln¹ ostroønoúÊ, gdyø

na kaødym jego elemencie

moøe pojawiÊ siÍ napiÍcie

sieci.

³adu separuj¹cego galwani-

cznie, ktÛry najczÍúciej jest

realizowany na transoptorze.

W³aúciwoúÊ ta pozwoli³a mi

na obniøenie kosztÛw wyko-

nania sterownika i†rezygnacji

z†separacji galwanicznej ste-

rownik - uk³ad wykonawczy.

Moøe to w†pewnym stopniu

wp³yn¹Ê na awaryjnoúÊ uk³a-

du, gdyø przepiÍcia od strony

sieci mog¹ staÊ siÍ przyczyn¹

uszkodzenia mikroprocesora.

Z†tego teø powodu zastosowa-

³em warystor w†filtrze napiÍ-

cia sieci sterownika. W†celu

zapewnienia bezpieczeÒstwa

ekspoloatacji musia³em zre-

zygnowaÊ z†MIDI THRU, ktÛ-

re wymaga³oby dodatkowego

uk³adu steruj¹cego, oddzielo-

nego galwanicznie od stero-

wnika.

Triaki sterownika monto-

wane s¹ na wspÛlnym nie-

wielkim radiatorze, ktÛry jest

oddzielony galwanicznie od

obudowy kaødego triaka pod-

k³adk¹ mikow¹ z†dodatkiem

smaru silikonowego dla zape-

wnienia lepszego oddawania

ciep³a.

Podczas projektowania

p³ytki naleøy zwrÛciÊ uwagÍ

na gruboúÊ úcieøek obwodÛw

silnopr¹dowych. W†moim pro-

jekcie przyj¹³em 300W na gru-

pÍ, a†wiec kaøda grupa bÍdzie

obci¹øaÊ sieÊ pr¹dem ok. 1,5A

przy pe³nym wysterowaniu.

Dla obwÛdu na laminacie po-

krytym foli¹ miedzian¹ o†gru-

boúci 0,07mm, obci¹øalnoúÊ

úcieøki o†szerokoúci 1mm mo-

øe wynieúÊ 350mA, przy za³o-

øeniu gÍstoúci pr¹du 5A/mm 2 .

Uk³ad z†powodzeniem

moøe kontrolowaÊ osiem grup

oúwietleniowych. Wymaga to

nieznacznej modyfikacji pro-

gramu sterownika i†uk³adu

elektronicznego. Z†myúl¹

o†modyfikacji, z†gÛry przyj¹-

³em moøliwie najwyøsz¹ czÍ-

stotliwoúÊ pracy zegara mikro-

procesora, tj. 24MHz. Przy

wstÍpnych prÛbach z†kwar-

cem 12MHz uk³ad dzia³a³ po-

prawnie. O†doborze kwarcu

decyduje nie tylko wymagana

moc obliczeniowa mikropro-

cesora, ale takøe szybkoúÊ

przesy³ania informacji inter-

fejsem MIDI.

Przygotowanie sekwencji

MIDI

Najprostszym sposobem

jest skojarzenie danej grupy

oúwietleniowej z†instrumen-

tem perkusyjnym, np.: wer-

blem lub stop¹. Naleøy pamiÍ-

taÊ, øe zapalenie siÍ grupy na-

stÍpuje z†pewnym opÛünie-

niem w†stosunku do wys³ane-

go komunikatu MIDI, gdyø øa-

rÛwki zapalaj¹ siÍ z†pewn¹

zw³ok¹. Aby wiÍc uzyskaÊ pe³-

n¹ synchronizacjÍ oúwietlenia

z†muzyk¹, naleøy odpowie-

dnio wyprzedziÊ wysy³anie

komunikatÛw MIDI do stero-

wnika. K³opotliwe moøe byÊ

uzyskanie efektu p³ynnego

úciemniania lub rozjaúniania.

Wysy³aj¹c komunikaty, w†ktÛ-

rych zmienia siÍ p³ynnie Ve-

locity, zamiast uzyskaÊ ocze-

kiwany efekt p³ynnej zmiany

natÍøenia úwiecenia, uzyska-

my raczej seriÍ migniÍÊ. Dzie-

je siÍ tak dlatego, poniewaø

komunikaty MIDI wysy³ane s¹

parami NoteOn-NoteOff. No-

teOff zeruje Velocity, a†wiÍc

wy³¹cza dan¹ grupÍ. NiektÛre

sekwencery (np.: Cubase) daj¹

moøliwoúÊ ustawienia Veloci-

tyOff, a†wiÍc wartoúci Veloci-

ty wysy³anej wraz z†komuni-

katem NoteOff (w†Cubase trze-

ba takøe ìodhaczyÊî NoteOff

w†MIDI Setup). Naleøy w†ta-

kim przypadku we wspomnia-

nej serii komunikatÛw ustawiÊ

VelocityOn=VelocityOff.

Jeøeli nie moøna zmusiÊ

uøywanego sekwencera do

ustawiania wartoúci Veloci-

tyOff, jedynym rozwi¹zaniem

jest wykorzystanie innego ko-

munikatu MIDI (np. Control

Change Expression) odpowie-

dnio modyfikuj¹c program

sterownika.

Piotr Swadźba,

pswadzba @ friko6.onet.pl

Opis programu

sterownika

Po uruchomieniu stero-

wnika nastÍpuje skonfiguro-

wanie portu szeregowego,

odblokowanie przerwaÒ

INT0 i†wpisanie kana³u MI-

DI, ustawionego na prze³¹-

czniku DIP1, do rejestru ka-

nal. W†czasie pracy stero-

wnika zmiana kana³u MIDI

jest ignorowana. Ponowne

wpisanie kana³u MIDI do re-

jestru kanal nastÍpuje dopie-

ro po wys³aniu komunikatu

MIDI Reset controler lub rÍ-

cznym wyzerowaniu mikro-

procesora.

Pojawienie siÍ opadaj¹ce-

go zbocza na wejúciu INT0

uruchamia procedurÍ inte,

ktÛra odblokowuje przerwania

T0. Od tego momentu mikro-

procesor oczekuje komunika-

tÛw MIDI, ktÛre generuj¹

w†mikroprocesorze przerwa-

nie dla portu szeregowego

sint. Procedura obs³ugi prze-

rwania sint sprawdza naj-

pierw kana³ MIDI, ktÛrego do-

tyczy komunikat i†porÛwnuje

z†wartoúci¹ rejestru kanal. Je-

øeli obie wartoúci zgadzaj¹

Uruchamianie

Najpierw pod³¹czamy uk-

³ad do sieci bez mikroproce-

sora w†podstawce, w†celu

sprawdzenia poprawnoúci

pracy zasilacza. Powinno po-

jawiÊ siÍ napiÍcie 5V na za-

ciskach 10 i†20 podstawki.

Uk³ad podczas uruchamiania

nie wymaga øadnych regula-

cji, dlatego po w³oøeniu mi-

kroprocesora, jeøeli nie pope³-

niono pomy³ki w†montaøu,

powinno wszystko dzia³aÊ.

Aby to sprawdziÊ pod³¹czamy

klawiaturÍ MIDI, ustawiamy

te same kana³y MIDI na ste-

rowniku i†klawiaturze. Po na-

ciúniÍciu na odpowiednie kla-

wisze powinny zapalaÊ siÍ

odpowiadaj¹ce im grupy oú-

wietleniowe, ktÛrym przypo-

rz¹dkowane s¹ nastÍpuj¹ce

klawisze:

Grupa1 - 64 = E3

Grupa2 - 65 = F3

Grupa3 - 66 = Fis3

Grupa4 - 67 = G3

Rys. 4. Wartość rejestru “sync” podczas jednego półokresu.

Przerywana krzywa pokazuje przebieg impulsów synchronizacji,

linia ciągła napięcie na grupie oświetleniowej. Wyzwolenie

triaka następuje, gdy wartość rejestru jest równa 100.

Program ürÛd³owy dla mi-

krokontrolera jest dostÍpny pod

adresem www.ep.com.pl/ftp.

Elektronika Praktyczna 6/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: