Syntezátor Arduino MIDI Chiptune: 7 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Prožijte zábavu rané hudby z počítačových her s autentickým 8bitovým syntezátorem chiptune, který můžete ovládat přes MIDI z pohodlí jakéhokoli moderního softwaru DAW.

Tento jednoduchý obvod využívá Arduino k pohonu čipu generátoru zvuku AY-3-8910 (nebo jednoho z mnoha jeho klonů), aby znovu vytvořil zvuk z roku 1980. Na rozdíl od mnoha návrhů, které pro úpravu hudby vyžadují specializovaný software, toto vypadá jako standardní USB MIDI zařízení. Syntezátor má chytrý algoritmus, který se snaží udržet hraní těch nejhudebnějších not; v mnoha případech můžete vrhnout neupravené soubory MIDI přímo na něj a melodie přichází hned. Celkové náklady by měly být asi 20 liber.

Krok 1: Věci, které budete potřebovat

Úplný seznam dílů, jak vidíte na obrázcích, je následující:

• Mikro klon Sparkfun Pro (možnost 5V, 16MHz). Ten jsem použil na Amazonu.
• Čip PSG Yamaha YM2149F. Svůj jsem dostal z eBay.
• 2 x 100nF keramické kondenzátory
• 1 každý z rezistorů 75R, 1K a 100K (hodnocení 1/4 watt je v pořádku).
• Keramický diskový kondenzátor 4,7nF
• 1uF elektrolytický kondenzátor (jmenovité napětí> 5V).
• 40kolíková 0,6 "zásuvka DIP IC
• 2 x 12cestné 0,1 "záhlaví (toto z CPC)
• Prototypovací deska, přibližně 3 palce x 2 palce. Koupil jsem hromadné balení těchto kusů, opět na Amazonu.
• Phono zásuvka pro montáž na PCB
• Miniaturní drát s plným jádrem (takto).

Budete také potřebovat páječku, pájku, řezačky drátu, kleště a odizolovač drátu.

Krok 2: Alternativní díly

Alternativní programovatelné čipy generátoru zvuku

YM2149, který jsem použil, je klon původního General Instruments AY-3-8910 IC. (První prototyp používal AY-3-8910, který jsem koupil od eBay, ale ukázalo se, že generátor bílého šumu nefunguje. Smutná tvář). Pro tento projekt můžete použít buď beze změn.

Společnost General Instruments také vyrobila varianty AY-3-8912 a AY-3-8913, což byl stejný křemík uvnitř menších balení, bez dalších I/O pinů. Tyto piny nejsou potřeba pro žádné zvukové účely a tento projekt je nepoužívá. Můžete použít AY-3-8912 nebo -8913, postupujte podle výše uvedených pinů.

Alternativní Arduinos

„Pro Micro“, který jsem použil, je kopií desky Pro Micro společnosti Sparkfun. Pokud si nejste jisti kódem Arduino, je nejlepší se toho držet; Pokud rádi přizpůsobíte design, budete potřebovat následující specifikace

• Zařízení ATmega 16u4 nebo 32u4 (potřebné k tomu, aby fungovalo jako USB MIDI zařízení; ATmega 168 nebo 328 to neumí).
• Provoz 5 V (AY-3-8910 běží na 5 V) a rychlost hodin 16 MHz.

• Minimálně 13 digitálních I/O linek.

  Musí být připojen portový pin PB5 (používá se ke generování hodinového signálu 1 MHz). Na Pro Micro se používá jako pin I/O D9

Desky Arduino Leonardo a Micro vyhovují účtu, i když jsem je nezkoušel.

Ostatní komponenty

Zde používané odpory a kondenzátory nejsou nijak zvlášť speciální. Všechny části (přibližně) správné hodnoty by měly fungovat.

Krok 3: Rozložení obvodové desky

Chcete -li vytvořit obvod, je nejlepší začít umístěním zásuvek a poté přidat odpory a kondenzátory. V dalším kroku tyto kabely propojíme.

Pomocí obrázku výše jako vodítka umístěte 40pólovou zásuvku IC, otočte desku a nejprve pájejte ve dvou protilehlých rohových pinech. Pokud zásuvka neleží rovně na desce, lze ji snadno opravit přeložením jednoho nebo druhého kolíku. Až bude v pořádku, zbytek pájejte.

Umístěte dvě 12kolíkové zásuvky a poté do nich vložte Arduino, aby je během pájení držely svisle a stabilně. Opět pájení dvou kolíků na každém konci nejprve umožní kontrolu před konečným pájením.

Pro zásuvku zvukového výstupu jsem použil malý vrták ke zvětšení otvorů desky plošných spojů, protože montážní štítky jsou poměrně velké.

Krok 4: Zapojení

Jakmile jsou hlavní součásti umístěny, mohou být zapojeny na zadní straně desky podle výše uvedeného obvodu.

Komponenty zvukového výstupu (R2, R3, C2, C3) a oddělovací kondenzátory (C1, C4) lze propojit drátem s plným jádrem (nebo přerušením kabelů komponent). Nyní lze provést zemnící a napájecí připojení z Arduina k čipu PSG (červené a černé vodiče, na obrázku).

Různé výstupy Pro Micro jsou připojeny k AY-3-8910 následovně (přiřazení pinů viz průvodce připojením):

Signál Arduino AY-3-8910 pin

DA0 D2 37 DA1 D3 36 DA2 D4 35 DA3 D5 34 DA4 D6 33 DA5 D7 32 DA6 D8 31 DA7 A0/D18 30 BC1 D10 29 BC2 MOSI/D16 28 BDIR MISO/D14 27 RESET# SCLK/D15 23 CLOCK D9 22 (přes R1, 75 ohmů)

Krok 5: Programování pomocí Arduino IDE

Pokud jste v Arduinu nováčci, vřele doporučuji vyzkoušet jeden z mnoha tutoriálů o základech. Průvodce připojením Sparkfunu poskytuje úplné podrobnosti. Můžete zkontrolovat, zda základní programování funguje, podle tutoriálu „Blinkies“. Arduinos může být trochu obtížné přesvědčit do režimu „bootloader“(kde můžete načíst nové skici), takže trocha praxe s jednoduchým příkladem je užitečná.

Jakmile budete spokojeni, stáhněte si soubor chiptunes.ino připojený k této stránce a vytvořte jej a nahrajte. (Zjistil jsem, že použití typu desky „Arduino/Genuino Micro“je pro tuto skicu v pořádku, pokud chcete přeskočit instalaci podpory desky Sparkfun).

Pamatujte také, že pokud používáte Mac, nastavení „Port“bude nutné změnit, jakmile skicu poprvé načtete. S „prázdným“Arduinem (nebo pomocí skici Blinky) se bude zobrazovat jako /dev/cu.usbmodemXXXX, jak je znázorněno na obrázku výše. Když je USB MIDI zařízení aktivní (jak ho používá skica chiptunes.ino), bude to /dev/cu.usbmodemMID1.

Krok 6: Testování a používání syntetizátoru

Jakmile je Arduino naprogramováno, vaše pracovní stanice by ho měla automaticky rozpoznat jako USB MIDI zařízení. Zobrazí se s názvem „Arduino Micro“- měli byste to vidět ve Správci zařízení v systému Windows nebo v aplikaci „Systémové informace“v systému Mac OS.

Na Macu můžete pomocí aplikace Audio MIDI Setup spustit základní test. Spusťte aplikaci a poté zvolte Okno -> Zobrazit MIDI Studio. Tím se otevře okno MIDI Studio - všechna vaše MIDI rozhraní se objeví v mírně náhodném uspořádání - což doufejme bude zahrnovat zařízení „Arduino Micro“. Pokud na panelu nástrojů kliknete na ikonu 'Test Setup' a poté kliknete na šipku dolů (viz obrázek) na zařízení Arduino Micro, aplikace odešle MIDI noty do syntetizátoru. (Nejsou nijak zvlášť ladní!) Syntezátor by v tuto chvíli měl vydávat nějaké náhodné zvuky.

Potom můžete přidat 'Arduino Micro' jako výstupní zařízení do MIDI nastavení vaší digitální zvukové pracovní stanice a začít hrát!

• Syntezátor reaguje na MIDI kanálech 1 až 4. Každý kanál má jiný zvuk (dobře, jinou obálku hlasitosti).
• MIDI noty mezi 24 a 96 (C1-C7) jsou akceptovány; poznámky mimo tento rozsah jsou ignorovány.

• MIDI kanál 10 přehrává zvuky bicích. Všimněte si čísel mezi 35 a 50 (viz

  www.midi.org/specifications-old/item/gm-level-1-sound-set) jsou přijímány.

• Na AY-3-8910 jsou tři hlasové kanály. Synchronizační firmware se pokusí přehrát naposledy odeslanou notu, přičemž stále hraje nejvyšší a nejnižší aktuálně požadované noty. Ostatní poznámky (obvykle střední tóny v akordu) jsou v případě potřeby odříznuty.

A to je asi tak všechno. Bavte se!

Krok 7: Poznámky pod čarou

O demo melodii

Demo melodie - slavná Mozartova árie Queen Of The Night - byla vytvořena poměrně rychle ze souboru MIDI, který jsem našel na internetu (https://www.midiworld.com/mozart.htm). Veškerou tvrdou práci odvedl někdo jiný!

Používám Presonus Studio One na počítači Mac a soubor MIDI byl importován do čtyř samostatných stop. Bylo zapotřebí malé množství úprav tam, kde jsou doprovodné noty vyšší než hlavní melodie, a odstranit některé z více závadných závad mezi notami.

Zvuk, který slyšíte v klipu, pochází přímo ze syntetizátoru, s pouhým dotykem ekvalizéru a sytosti, aby měl trochu pocit „low-fi“arkádového stroje.