Sound
May 2015 12

USB MIDI-контроллер на Arduino

From Sandbox
image

В очередной раз играя на гитаре и управляя звуком через Peavey ReValver и прочие Amplitube, задумался о приобретении MIDI-контроллера. Фирменные устройства, вроде Guitar Rig Kontrol 3, стоят около 13 000 рублей, и обладают только напольным исполнением. То есть оперативно менять положения нескольких регуляторов весьма проблематично.

Различные контроллеры DJ направленности выглядели интереснее за счет обилия фейдеров и энкодеров. Решено было совместить приятное с полезным и сделать MIDI-контроллер самому.

Начальные требования: 2-7 фейдеров, столько же роторных потенциометров/энкодеров, около 10 кнопок, подключение по USB.

Далее стал выбирать компоненты. Arduino выбрал по причине наличия, в принципе можно использовать ту же ATmega32u4, STM, либо другой контроллер. Фейдеры и кнопки нашел в местном радиомагазине. Энкодер и потенциометры уже были когда-то куплены. Тумблеры нашел в гараже. Корпус решил изготовить из верхней крышки DVD плеера.

Комплектующие:
  • Arduino UNO R3 1 шт.
  • Фейдеры сп3-25а 5 шт.
  • Рот. потенциометры 3 шт.
  • Энкодер 1 шт.
  • Кнопки pbs-26b 16 шт.
  • Крышка от DVD 1 шт.
  • Тумблеры 2шт.


Сначала согнул корпус и пропилил в нем бормашиной отверстия под фейдеры:

image

Затем просверлил отверстия для тумблеров и рот. потенциометров, разметил положение кнопок. Так как сверла на 19 (да и соответствующего патрона для дрели) у меня не было, то отверстия для кнопок сверлил на 13, а затем увеличивал разверткой.



Основа готова, теперь можно думать, как подключать все это добро к Arduino. Во время изучения данного вопроса наткнулся на замечательный проект HIDUINO. Это прошивка для ATmega16u2 на борту Arduino, благодаря которой устройство определяется как USB-HID MIDI device. Нам остаётся только отправлять данные MIDI по UART со скоростью 31250 бод. Чтобы не захламлять исходники дефайнами с кодами MIDI событий, я воспользовался этой библиотекой.

Так как я использовал Arduino, то решил сделать шилд, к которому уже и будут подключаться вся периферия.
Схема шилда:

image

Как видно из схемы кнопки подключил по матричной схеме. Задействованы встроенные подтягивающие резисторы ATmega328, поэтому логика инверсная.

Инициализация кнопок
   for(byte i = 0; i < COLS; i++){      //--Конфигурируем строки мтрчн клвтр как выходы
        pinMode(colPins[i], OUTPUT);     //--подаём на них лог. 1
        digitalWrite(colPins[i], HIGH);  
      }                                        
    for(byte i = 0; i < ROWS; i++){      //--Конфигурируем столбцы мтрчн клвтр как входы--------- 
        pinMode(rowPins[i], INPUT);      //--включаем встроенные в мк подтягивающие резисторы--
        digitalWrite(rowPins[i], HIGH); 
      } 

Считывание значений
  for(byte i = 0; i < COLS; i++)                                                                    //-Цикл чтения матричной клавиатуры----- 
    {
      digitalWrite(colPins[i], LOW);                                                                //--На считываемый столбец выставляем 0---
      for(byte j = 0; j < ROWS; j++)                                                                //--Построчно считываем каждый столбец--
        {                                                                                           //--И при нажатой кнопке передаём ноту--
          dval=digitalRead(rowPins[j]);
          if ( dval == LOW && buttonState[i][j] == HIGH ) MIDI.sendNoteOn(kpdNote[j][i],127,1); 
          if ( dval == HIGH && buttonState[i][j] == LOW ) MIDI.sendNoteOff(kpdNote[j][i],127,1);
          buttonState[i][j] = dval;
        }
       digitalWrite(colPins[i], HIGH);  
    }   



Забыл разместить на печатке диоды, пришлось подпаивать к кнопкам.

Потенциометры подключены через мультиплексор 4052b к вводам АЦП.

Считывание положений потенциометров
  for(byte chn = 0; chn < 4; chn++)        //-Цикл чтения значений потенциометров
   {
     set_mp_chn(chn);                      //--Задаём параметры мультиплексора
     val=analogRead(0) / 8;                //--Считываем значение с канала X
     if (abs(val-PrVal[chn]) > 5)          //--Если текущее значение отл. от прошлого
       {                                   //--больше чем на 5, то посылаем новое значение
       MIDI.sendControlChange(chn,val,1);  
       PrVal[chn]=val;
       }
     val=analogRead(1) / 8;                //--Считываем значение с канала Y аналогично X
     if (abs(val-PrVal[chn+4]) > 5)
       { 
       MIDI.sendControlChange(chn+4,val,1); 
       PrVal[chn+4]=val;
       }
   }  


Энкодер повесил на аппаратное прерывание.

Считывание энкодера
void enc() // Обработка энкодера
{
  currenttime=millis();
  if (abs(ltime-currenttime)>50) //  антидребезг
   {
    b=digitalRead(4);
    if (b == HIGH && eval<=122) eval=eval+5;
      else if (b == LOW && eval>=5) eval=eval-5;
    MIDI.sendControlChange(9,eval,1); 
    ltime = millis();
   }
   
}


Печатную плату развёл в Sprint layout, Затем изготовил старым добрым ЛУТ'ом с использованием самоклеющейся плёнки и хлорного железа. Качество пайки страдает от ужасного припоя.

Готовый шилд:




Для заливки прошивки в ATmega32u4 я кратковременно замыкал 2 пина ICSP, затем использовал Flip. В дальнейшем подключил к этим пинам кнопку.



Прошивка работает, осталось прикрутить стенки и лицевую панель. Так как я размечал все по месту, то на рисование панели времени ушло больше, чем на всё остальное. Выглядело это так:
  • 1. В качестве фона картинки выставлялась миллиметровка
  • 2. Размечались отверстия
  • 3. Полученное выводилось на печать
  • 4. Вырезались все отверстия
  • 5. Откручивались и снимались все элементы
  • 6. Устанавливалась панель, устанавливались на места все кнопки/потенциометры
  • 7. Отмечались несоответствия шаблона и корпуса
  • 8. Переход к пункту 2, пока все отверстия не совпадут

Панель изготовлена из миллиметрового ПЭТ, покрытого плёнкой с принтом и ламинированием, отверстия вырезались лазером по cdr файлу. У иркутских рекламщиков все это обошлось мне всего в 240 рублей.



Боковые стенки выпилил из фанеры.

Вид устройства на текущий момент:





Стоимость комплектующих:
  • Arduino UNO R3 320 р.
  • Фейдеры сп3-25а 5х9=45 р.
  • Рот. потенциометры + ручки 85 р.
  • Энкодер 15 р.
  • Кнопки pbs-26b 16х19=304 р.
  • Панель 240 р.
  • Мультиплексор 16 р.
  • Фанера, текстолит, тумблера, корпус от DVD — в моём случае бесплатно.

Итого: 1025 руб.

Контроллер справляется с возложенными на него задачами и рулит звуком практически в любой программе аудио обработки.

В планах покрыть фанеру морилкой и вырезать из оргстекла нижнюю крышку. Так же добавить порт расширения для подключения напольного контроллера.

Код для Arduino и печатка на гитхабе: https://github.com/vlr-baik/MyMidi

Материалы по теме


+36
68.4k 255
Comments 48