MIDI-клавиатура своими руками

После публикации моей страницы на сайте, мне пришло несколько писем с просьбой написать или выслать схему миди-клавиатуры, которую я собрал. И я решил подготовить статью о миди-клавиатуре.

Схему миди-клавиатуры я, выбрал из журнала Радио за 1997 год  № 3, 4. Если кто действительно хочет собрать себе хороший инструмент, то рекомендую сходить в библиотеку и взять там журналы, ну а для тех, кому не хочется бегать и тратить время, я отсканировал полностью эту статью (думаю, не в ущерб автору). Миди-клавиатурой я очень доволен. Проблем со сборкой не было в общем-то никаких, за исключением некоторых опечаток в схеме (допущенных, наверное, редакцией при верстке статьи). Я перед сканированием сделал поправки, это можно увидеть при внимательном изучении схемы. Прошу обратить внимание: при "прошивке" ПЗУ не делайте ошибок при введении кодов, иначе инструмент или вообще не заиграет, либо будет работать неправильно. Особую благодарность я хотел бы передать самому автору этой статьи, за распечатку контрольных кодов таблицы ПЗУ, так как без ошибок трудно ввести все символы, и при вводе я сам ошибся в двух местах, и благодаря контрольным суммам я быстро нашел у себя ошибки. Так же в отсканированной мною таблице, я выделил те места, где автором указывается в случае замены двух символов. Это на случай, если клавиатура начинается не с ноты Фа, а с ноты До. Все детали и узлы устройства, я смонтировал на монтажной плате, а соединения между выводами микросхем, я распаял тонким проводом во фторопластовой оплетке, только между клавиатурой и платой, я распаял плоским кабелем. Единственно, что я сделал, так это увеличил емкость конденсатора С1, так как не запускался процессор. Миди-клавиатура работает очень устойчиво, и никаких проблем я не испытываю до сих пор!!! Если для кого-то эта схема покажется очень сложной, тогда попробуйте собрать другую схему, напечатанную так же в журнале Радио за 1993 год № 11. Но в этой схеме, нет таких возможностей, как в схеме, о которой я только что писал. Поэтому рекомендую запастись небольшим терпением и собрать схему из журнала Радио за 1997 год № 3, 4. Отсканированная статья находится ниже. Если все же у кого-то возникнут проблемы со сборкой, обращайтесь ко мне, может что-нибудь посоветую. Единственный недостаток этой схемы, я считаю, это неудобство быстрого выбора инструмента, и так же маленькая возможность эффекта "PITCH". Обычно на клавиатурах стоит этот эффект в виде колеса с левой стороны клавиатуры.

Желаю приятной сборки !!!

MIDI-КЛАВИАТУРА ДЛЯ МУЛЬТИМЕДИА-КОМПЬЮТЕРОВ И MIDI-СИНТЕЗАТОРОВ

Разработанная автором этой статьи MIDI-клавиатура относится к электронно-музыкальным инструментам повышенной сложности и адресуется, прежде всего, читателям, имеющим определенные знания и опыт конструирования подобной аппаратуры. Поэтому и описание конструкции дается в кратком изложении. Редакция полагает, что содержание этой публикации привлечет внимание и тех, кто вообще интересуется электронной музыкой и, возможно, собирается заняться конструированием современной аппаратуры. Для них полезно будет познакомиться со статьями А. Студнева "Что такое MIDI?" и "MIDI-клавиатура", опубликованными в январском и ноябрьском номерах "Радио" за 1993 г., а также статьей К. Быструшкина "Мультимедиа придет в каждый дом" ("Радио", 1996, № 3).

Рекомендуемая MIDI-клавиатура представляет собой "глухой" клавишный инструмент, основное назначение которого - совместная работа с персональными компьютерами, оснащенными музыкальными картами Creative, Sound Blaster, Gravis, YAMA-HA и другими, имеющими midi-вход. Он, кроме того, позволяет работать и с внешними синтезаторами, тон генераторами и любой аппаратурой, также имеющими midi-вход.При разработке сервисных функций MIDI-клавиатуры образцами для "подражания" были изделия итальянской фирмы "MASTER STAR". Сначала я сконструировал универсальный MIDI-пульт для баяна и аккордеона, который был представлен на выставке MUSIKMESSE-95 (Франкфурт-на-Майне). Именно тогда возникла мысль превратить это конструктивно сложное устройство в более простую MIDI-клавиатуру, доступную для повторения читателями журнала "Радио". Инструмент располагает солидным сервисом. В частности, он позволяет каждой клавишей управлять двумя MIDi-каналами, задавая каждому из них собственные программы (тембры), и запоминать их вместе с уровнем громкости каждого канала в памяти устройства. Таким образом, можно произвольно комбинировать и наслаивать любые два образца звуков из имеющихся в подключенном к клавиатуре тон генераторе. В "крутых" аппаратах этот режим называют "COMBY".Клавиатура позволяет также изменять строй инструмента на одну октаву вверх или вниз, назначать до 127 программ, управлять большим числом MIDI-каналов (от 1 до 16), контролировать звуковые эффекты PITCH BEND, VOLUME, MODULATION, SUSTAIN и многое другое. Темп исполняемого произведения - от 20 до 240 ударов в мин. Граница деления клавиатуры на два мануала произвольная.Инструмент, схема здесь, состоит из трех функционально законченных частей: блока процессора (А1), пульта управления (А2) и блока клавиатуры (A3). Комплект используемых в них микросхем аналогичен комплектующим таких устройств, как Спектрум и АОН, так что любители конструирования ЭМИ не будут испытывать затруднений в поисках элементной базы.Блок процессора по схемотехнике похож на процессор АОНа. На логических элементах DD1.1 - DD1.3 и кварцевом резонаторе ZQ1 собран задающий генератор процессора Z80 (DD2). Собственная частота кварцевого резонатора должна быть 4 МГц, иначе изменится скорость передачи MIDI-информации со старшего разряда регистра С микросхемы DD6 через буферный элемент DD1.4.На транзисторах VT1, VT2 собран узел, обеспечивающий сигнал сброса на входе RES (RESET - вывод 26) микросхемы DD2 при включении/выключении источника питания, когда его напряжение не превышает +4,5 В. Это повышает надежность хранения информации в энергонезависимой памяти микросхемы DD5 в момент включения или выключения питания. Батарея GB1 совместно с конденсатором C3, резистором R8 и диодом VD2 поддерживает питание микросхемы DD4 для долговременного хранения в ней информации при отключенном общем источнике питания инструмента.Микросхемы DD7 и DD8 панели управления обеспечивают опрос кнопок SB1-SB19 пульта управления, динамическую индикацию четырехразрядного семиэлементного дисплея, образованного индикаторами HG1, HG2, и оцифровку единственной аналоговой части устройства - регулятора громкости R40 "Volume". Для дисплея я применил очень удобные, на мой взгляд, яркие сдвоенные индикаторы VQE14 (старое название КИПЦ09И), установленные в телевизорах "Горизонт" 4-го и 5-го поколений. Включение индикатора HQ2 аналогично показанному на схеме включению индикатора HG1.

Блок клавиатуры образуют пяти-октавная (61 клавиша) музыкальная клавиатура, начинающаяся с ноты "Фа", микросхемы D09, DD10 и разъемы Х1-ХЗ для подключения к инструменту ао двух внешних MIDI-приемников и педали "SUSTAIN". Каждая клавиша клавиатуры оснащена парой нормально разомкнутых контактов, которые объединены в матрицу 8х8 с диодной (VD14-VD74) развязкой. На схеме символом SA1 обозначена крайняя левая клавиша, символом SA61 - крайняя правая. Опрос матрицы обеспечивают микросхемы DD9 и DD10. Если музыкальная клавиатура, используемая для конструируемого инструмента, начинается с ноты "До", то строй матрицы необходимо сместить на семь клавиш. Для этого в ПЗУ нужно увеличить на семь единиц код в ячейках, с адресами 025FH и 0268Н (см. таблицу программирования ПЗУ КР573РФ5), т. е. вместо кода "05" записать "ОСН". Блок питания клавиатуры представляет собой микросхемный стабилизатор напряжения КР142ЕН5В, на вход которого подают от внешнего источника постоянное напряжение 9 В. Таким источником может быть любой малогаборитный сетевой блок питания, в том числе импортный, обеспечивающий ток нагрузки не менее 500 мА. Конденсаторы С6-С9 на выходе стабилизатора - блокиривочные для цепей питания микросхем.Детали и узлы устройства смонтированы на четырех печатных платах, которые соединены между собой плоскими кабелями и размещены под лицевой панелью корпуса клавиатуры. Нажимные кнопки переключателей SB1-SB19, индикаторы HG1, HG2 и вал переменного резистора R40, пропущенные через отверстия в панели, образуют пульт управления   MIDI-клавиатуры.Педаль SUSTAIN может быть любой конструкции с парой нормально разомкнутых контактов. Ее подключают к инструменту через разъем Х3 типа Джек  (1/4 JACK), расположенный на задней панели инструмента.    Внешний вид МIDI-клавиатуры и схема размещения на ее панели управления дисплея (индикаторы HG1, GH2), регулятора громкости (резистор R40 "VOLUME') и кнопок (SB1 — SB19) показаны на рис. Пользуясь ими, музыкант может выполнять все необходимые MIDI-опeрации по выбору тембров, номера каналов, перераспределению голосов и т. д., а также управлять внешними ритм-компьютером или секвенсером. Оцифрованными кнопками, находящимися справа от дисплея, вводят соответствующие номера программы, MIDI-канала, темпа, а функциональными кнопками слева от дисплея управляют различными параметрами клавиатуры. При последовательном нажатии на кнопку 'PROG' (программа) дисплей индицирует параметры клавиатуры: —тип трека и номер звуковой программы этого трека. Буквы в левой части дисплея обозначают: А — левый (нижний) мануал, В — правый (верхний) мануал, С — дополнительное midi-устройство. За буквой следует трехзначный номер (000—127) звуковой программы, присвоенной данному треку;

— контроль темпа для генератора ритма; при этом на дисплее, индицируется буква Т и трехзначное число, характеризующее частоту ударов (сильных долей) в минуту, а запятые на дисплее создают эффект "бегущих огней'" для визуального контроля скорости генератора темпа. Диапазон перестройки темпа — от 20 до 240; — режим каналов и номер собственной программы инструмента: в этом случае буква Р в левой части дисплея означает, что вся клавиатура "сидит" а треке *А*. буква U — информация с клавиатуры передается одновременно и в трек 'В' (режим 'COMBY'), буква L — левый мануал, т. е. трек "А" (правый мануал — "В"). За буквой на дисплее индицируется двузначный номер (00—99) собственной программы, хранящейся в памяти ОЗУ DD5. Собственная программа инструмента характеризует номера звуковых программ и MIDI-каналов для треков, а также следующую информацию: PITCH — скорость тональной перестройки, MODULATION — уровень глубины модуляции, VOLUME — уровень громкости, SPUT — граница разделения мануалов, MODE—режим каналов (Р. U, L), Ost A — +/- октава для левого мануала, Ost В — +/- октава для правого мануала. Кнопки '-1" и •+1 обеспечивают уменьшение (увеличение) числовых данных на дисплее. Кнопка "MIDI" служит для назначения MIDI-канала каждому треку, а последовательным нажатием на нее выбирают трек. На дисплее при этом отображаются трек Ac (Bc, Сс) и номер (1—16) MIDI-канала. Кнопкой "START" запускают или останавливают (вторым нажатием) внешний ритм-компьютер или сeквенсер — на дисплее на пару секунд высвечиваются соответственно "Strt" или 'Stop'. У кнопки 'WHITE' два функциональных назначения. Если все выбранные параметры клавиатуры удовлетворяют и их необходимо запомнить под текущим номером собственной программы, дважды нажимают на эту кнопку. При первом нажатии дисплей высветит четыре черточки, приглашая устройство к режиму программирования. При втором нажатии происходит запоминание всех режимов и параметров в памяти собственных программ устройства, а дисплей индицирует текущий номер собственной программы. Второе назначение кнопки "WRITE" — работа с устройством в режиме программирования функций. Этот режим включают первым нажатием на кнопку "WRITE'. На дисплее появляются четыре черточки, символизирующие приглашение к режиму программирования. Оцифрованные кнопки при этом начинают выполнять функции программаторов следующих режимов: — PITCH — скорость тональной перестройки. Дисплей высвечивает "РЬ" (PITCH BEND) и цифру (1-4). Индикация "РЬ" соответствует минимальной, "РЬ4" — максимальной скоростям изменения этого параметра; — MODULATION — глубина модуляции 25, 50, 75 и 100%. Индицируется буквами LF (LONG FREQUENCY) и цифрами 1. 2, 3 и 4 соответственно; — VELOCFTY — скорость нажатия клавиши — фиксированная для всей клавиатуры. На дисплее индицируется трехзначным числом (000—127); — VOLUME — уровень громкости (О— 15). На дисплее отображается двумя цифрами: слева — для левой части клавиатуры (трек А) в режиме разделения мануалов, справа — для правой части (трек В): — SPLIT — граница разделения клавиатуры на два мануала. Дисплей высвечивает "SP" (SPLIT) и двузначный номер клавиши, последней для левой части клавиатуры; — MODE — программирование режима каналов (Р, U, L). Дисплей высвечивает "Рг" — соответствующую режиму каналов букву (Р, U, L); — TRANSPORT — транспонирование, т. е. изменение высоты тона клавиатуры на 12 полутонов вниз или на столько же полутонов вверх. Режим транспонирования вниз дисплей индицирует двузначным числом 01—12 со знаком '-', транспонирования вниз — без знака. Число 00 обозначает отсутствие транспонирования; — Ost A — +/- октава для левого мануала. Это значит, что строй клавиатуры трека А может быть сдвинут на октаву вниз или на октаву вверх. Дисплей высвечивает "Ао"-1", 'Ao-0", "Aо-1, что означает соответственно сдвиг на октаву вниз, отсутствие сдвига и сдвиг на октаву вверх: — Ost В — +/- октава для правого мануала. Дисплей соответственно индицирует 'Во -1, "Во 0" и "Во 1";

— PAUSE — размер паузы между MIDI-посылками. Дисплей высвечивает 'РА' и двузначное число 01—50, означающее размер паузы в условных единицах.

К сожалению, некоторые музыкальные карты а мультимедиа-компьютерах при смене зеуковой программы "буксуют", т. е. останавливают прием MIDI-сообщеиий на время загрузки новой звуковой программы, что приводит к потере принимаемой информации. Например, карта YAMAHA SW20 меняет звуки за 0.5...1 с, a GRAV1S ULTRASOUND загружает звуковые программы с жесткого диска, на что уходит еще больше времени. Для четкой работы звуковой карты YAMAHA SW20 размер паузы соответствует 16. Для дешевых же карт типа SOUNDBLASTER и для музыкальных инструментов с MIDI-входом PAUSE=1. " Параметры перечисленных функций можно изменять кнопками "-1" и "+1". При повторном нажатии на кнопку "WRITE" в память собственных программ устройства вводятся звуковая программа трека А(0—127), звуковая программа трека В (0—127), звуковая программа трека С (0—127), номер MIDI-канала A (1-16), номер MIDI-канала В (1—16), номер MIDI-канала С (1—16), громкость трека А (0—15), громкость трека В (0—15), октава А (-1,0,1),октава В (-1, 0. 1),режим работы мануалов (Р, U, L), уровни, модуляции (1-4), скорость PITCH BEND (1-4). Независимо от порядковой нумерации собственных программ описываемого инструмента в его памяти хранятся также граница раздела SPLIT (1—61), смещение высоты тона TRANSPORT (-12, 0, +12), скорость нажатия VELOCITY (0—127), темп исполняемой композиции (2&-240). Регулятор "VOLUME" и кнопки "PITCH-", "Р1ТСН+", "MOD" на пульте MlDI-клавиа-туры относятся к органам оперативного контроля. Первым из них регулируют громкость внешнего устройства. Если клавиатура обслуживает два MIDI-канала (режимы U, L), значит и регулятор обслуживает эти каналы, но по очереди. К какой части клавиатуры (мануалу) в последний момент прикасалась рука человека, по такому MIDI-каналу и будут передаваться параметры регулятора громкости. Нагляднее это можно сделать, выйдя в режим программирования функций — нажать на кнопку "WRITE" и кнопкой "4" включить функцию VOLUME. При плавном вращении ручки резистора R40 по часовой стрелке дисплей должен отобразить 16 градаций уровня от 0 до 15. Если работаем на левой части клавиатуры, то регулятор будет действовать только на громкость канала "А", а уровень громкости покажет левая часть дисплея. При работе на правой части клавиатуры регулятор будет влиять Кнопки "PITCH-" и "PITCH+'' обеспечивают удобство имитации работы колеса-регулятора PITCH BEND с плавным смещением тона вниз / вверх и обратно. В режиме программирования функций можно ускорить или замедлить работу имитатора PITCH BEND. выбрав одну из четырех скоростей изменения высоты тона. Кнопка "MOD" — орган контроля четырех уровней модуляции (25, 50, 75 и 100%). При нажатии и удержании ее в таком положении включается по MIDI модуляция тона. При отпускании кнопки модуляция отключается. Владельцам компьютеров, оснащенных звуковыми картами с MIDI-интерфейсом, понадобится еще переходник (MIDI-адаптер), необходимый для гальванической развязки между MIDI-входом инструмента и ТТЛ midi-входом звуковой карты компьютера. Его схема приведена на рис. 2.

Развязку обеспечивает оптрон АОТ127А (U1). Питание переходника осуществляется через разъем звуковой карты (выводы 1,8 и 9 — +5 В, выводы 4 и 5 — общий). Входы 'MIDI THRU- и 'MIDI OUT" предназначены для подключения синтезаторов, тон генераторов и других внешних MIDI-приемников, не встроенных в компьютер. При налаживании MIDI-клавиатуры особое внимание следует уделить настройке узла R38—R40 аналого-цифрового преобразования уровня регулятора громкости. Делайте это на отлаженном и полностью функционирующем инструменте в таком порядке. Включите инструмент, нажмите кнопку "WRITE" на пульте и тут же кнопкой "4" включите функцию VOLUME. При плавном вращении ручки резистора R40 по часовой стрелке дисплей должен отобразить все шестнадцать градаций уровня — от 0 до 15. Если диапазон регулировки смещен или узок, нормальной работы аналого-цифрового преобразования добивайтесь подбором резистора R38.

Наличие midi-посылок контролируйте следующим образом. К выводу 5 разъема "MIDI OUT подключите щуп входа осциллографа, нажмите на педаль "SYS-TAIN" или соедините (временно) входы РСО и PC1 микросхемы DD6 с общим проводником, после чего включите питание инструмента. При таком соединении работает циклическая программа вывода MIDI-кода 55Н. На экране осциллографа это выглядит как последовательность пачек из пяти импульсов. Длительность каждого бита кодовой посылки равна 32 мне, что соответствует 31250 бит/с—скорости передачи MIDI-сообщений.