SOC Dokumentacia

Stredná priemyslená škola Elektrotechnická Prešov

Plzenská 1, Prešov

STREDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOSŤ

č. odboru: 12

Elektrotechnika a hardware

MIDI Controller

2013

riešitelia

Matej Semančík

Prešov

ročník štúdia : štvrtý

Stredná priemyslená škola Elektrotechnická Prešov

Plzenská 1, Prešov

STREDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOSŤ

č. odboru: 12

Elektrotechnika a hardware

MIDI Controller

2013

riešitelia

Matej Semančík

Prešov Zriaďovateľ

ročník štúdia : štvrtý

Prešovský samosprávny kraj školiteľ Mgr. Ján Benko, PhD.

Čestné vyhlásenie

Vyhlasujem, že celú prácu stredoškolskej odbornej činnosti na tému „Názov

práce“ som vypracoval/a samostatne, s použitím uvedenej literatúry. Som si vedomý

zákonných dôsledkov, ak v nej uvedené údaje nie sú pravdivé.

Prešov, 15. január 2013 ..........................................

vlastnoručný podpis

Obsah

Úvod ...................................................................................................................................... 5

1 Cieľ a metodika práce ...................................................................................................... 6

2 Teoretická časť ................................................................................................................. 8

2.1 MIDI ....................................................................................................................... 8 2.1.1 MIDI Správa .................................................................................................... 8 2.1.2 Spôsob posielania MIDI správ ...................................................................... 10

3 Vlastná práca .................................................................................................................. 11

3.1 Doska plošného spoja ........................................................................................... 14 3.2 Program pre Arduino ............................................................................................ 16

3.2.1 Triedy ............................................................................................................ 16

4 Praktická časť práce ...................................................................................................... 17

4.1 Funkčné modely, technické zariadenia a iné súčasti práce ................................... 17

4.1.1 Plošný spoj ..................................................................................................... 17 4.1.2 Konštrukcia .................................................................................................... 17

5 Výsledky .......................................................................................................................... 20

6 Závery práce ................................................................................................................... 21

Zhrnutie .............................................................................................................................. 22

Prílohy ................................................................................................................................ 23

5

Úvod

V dnešnej dobe sa dá drahá hudobná technika ľahko nahradiť lacnejšími alternatívami,

mám na mysli mixéry, prehrávače a iné zariadenia, ktoré sa používajú pri mixovaní hudby

– na festivaloch, diskotékach a iných podujatiach. Dá sa nahradiť počítačmi, je to

univerzálne a hlavne lacnejšie. Existuje veľa aplikácií, ktoré sa zameriavajú práve na

mixovanie hudby, poskytujú všetko, čo poskytuje drahý profesionálny hardware – CD

prehrávače, mixážny pult, atď., taktiež tu odpadá nevýhoda množstva káblov. Medzi takéto

aplikácie patrí napríklad Traktor (Native Instruments), Virtual DJ (Atomix Productions)

ale aj open-source aplikácie, ako napríklad Mixxx. Celé spracovanie zvuku prebieha

v aplikácii a výsledkom je už len výstup zvukovej karty. Je to v podstate celý mixážny

pult, len v digitálnej podobe. Tu sa ale naskytá otázka – ako ovládať takýto program ?

Hardware sme nahradili softwarom, predtým sme mali ruky, fyzické tlačidlá,

potenciometre, enkódery. Teraz máme to isté, len virtuálne. Myš je dosť obmedzujúca keď

príde na ovládanie takýchto aplikácií, hlavne, ak treba robiť viac vecí naraz. Práve pre túto

potrebu sa začali vyrábať MIDI controllery. Ich jedinou úlohou je ovládať takéto aplikácie.

Fyzicky sa podobajú na mixážny pult, no fungujú iba ako ovládač, nemajú väčšinou žiadne

audio vstupy/výstupy (až na tie prepracovanejšie), všetko čo je potrebné je iba USB port na

pripojenie k PC a niekedy aj sieťový adaptér. Ako tému som si vybral výrobu takéhoto

MIDI controllera, pretože ma táto tématika zaujíma. Vždy som si chcel vyskúšať

mixovanie hudby, no výbava je drahá, aj preto veľa ľudí siahne po takomto riešení.

V podstate im stačí len PC a MIDI controller.

6

1 Cieľ a metodika práce

Mojou úlohou je vytvoriť MIDI controller, „mozgom“ celého zariadenia bude Arduino

UNO R3 s osadeným procesorom ATmega328. Arduino som si zvolil práve preto, že som

ho mal k dispozícii už dlhšiu dobu. Je ľahko programovateľné cez USB port a poskytuje

široké spektrum využitia. Arduino osadím na dosku plošného spoja, navrhnutú v EAGLE.

Arduino bude po sériovej linke komunikovať s počítačom, na ktorom pobeží Serial-MIDI

konvertor – ten prepošle dáta zo sériovej linky do virtuálneho MIDI portu počítača, takže

aplikácia používajúca MIDI controller s ním bude vedieť komunikovať. Je to trochu

zložitejšie, ale nakoľko Arduino UNO sa nevie správať ako plug-and-play zariadenie,

budem to riešiť pravdepodobne takto. Ďalšou možnosťou je preprogramovať sériový

prevodník na Arduine (integrovaný obvod zabezpečujúci sériovú komunikáciu s

počítačom, Atmega 16U2), tak, aby sa správal ako plug-and-play MIDI zariadenie. Na to

je však potrebný externý programátor.

Controller bude mať viacero ovládacích prvkov. Na rozšírenie digitálnych vstupov

použijem paralelno-sériové posuvné registre 74HC165N, na rozšírenie analógových

vstupov použijem analógové multiplexory/demultiplexory HCF4051BE, controller bude

tiež obsahovať 2 rotačné enkódery, na ich obsluhu použijem hardvérové prerušenia v

Arduine. Celý MIDI controller bude osadený v plechovo-drevenom pulte, ovládacie prvky

budu osadené na vrchnej plechovej doske, v ktorej budú vyrezané diery na tlačidlá a

ostatné súčiastky pomocou CNC. Tá sa osadí na drevenú konštrukciu, na zadnej strane

bude vyrezaná diera pre USB port Arduina, ktoré bude osadené na plošnom spoji vnútri

pultu.

Ako aplikáciu pre mixovanie hudby používam Traktor 2 od Native Instruments, je to moja

osobná preferencia a každý ju ma inú, existuje veľa iných platených, či freeware/open-

source aplikácií, ktoré dokážu pracovať s MIDI, no všetky pracujú na rovnakom princípe.

Pre tlačidlá/klávesy je správne použiť Note On/Off MIDI správy. Jedna sa pošle pri

stlačení a druhá pri pustení tlačidla. Pre potenciometre a iné súčiastky, ktoré nevyžadujú

takúto funkcionalitu sa používa Control Change správa. Posiela sa iba raz a nesie so sebou

určitú hodnotu (potenciometra, akým smerom sa otáča enkóder, atď). V aplikácii si už len

namapujeme jednotlivé tlačidlá, potenciometre, resp. MIDI správy na určitú funkciu danej

aplikácie, väčšinou v MIDI nastaveniach. Preto je MIDI controller univerzálne zariadenie.

Dá sa použiť na ovládanie hociakej aplikácie podporujúcej MIDI, stačí si len priradiť

7

jednotlivé ovládacie prvky controllera na funkcie v aplikácii, ako je napríklad začatie

hudobnej stopy, alebo zapnutie filtra tlačidlom, potenciometre sa dajú namapovať na

ekvalizér alebo intenzitu efektu a podobne.

8

2 Teoretická časť

2.1 MIDI

MIDI je skratkou pre Musical Instrument Digital Interface, čo sa dá preložiť ako

digitálne rozhranie pre hudobné zariadenia.

MIDI sa skladá z 2 hlavných častí:

1. Jazyk, pozostávajúci z MIDI správ alebo príkazov

2. Detaily elektrického prenosu, posielania a príjimania týchto správ a príkazov

MIDI sa používa v rôznych zariadeniach. MIDI zariadenie je hocičo, čo má MIDI

rozhranie, ako napríklad MIDI klávesy, syntetizátory, MIDI controllery alebo počítačové

USB MIDI rozhranie.

MIDI neprenáša zvuk samotný, MIDI slúži iba na prenos informácií. MIDI zariadenia si

posielajú informácie o tom, aké tlačidlo/kláves bol stlačený a akou silou (využívané pri

klávesách), akú hodnotu má potenciometer, všeobecne - informácie o ovládacom prvku

daného zariadenia. Druhé zariadenie tieto informácie prijíma a podľa nich vykonáva ďalšie

úkony, napríklad zahraje tón o určitej výške alebo zmení vlastnosť zvuku, atď. Ďalej si

zariadenie vymieňajú informácie potrebné na ich synchronizáciu alebo nastavenie –

napríklad príkaz na vyresetovanie stavu všetkých tlačidiel.

Všetky MIDI zariadenia komunikujú výlučne sériovo a rýchlosťou 31250 baudov (bit/s).

Pre MIDI sa štandardne používa 5-pinový MIDI konektor, avšak, vie komunikovať aj cez

USB, keďže USB je schopné sériovej komunikácie.

4 ... +5V

2 ... GND

5 ... sériový výstup

ostatné piny sú nepripojené

Obr. 1 - MIDI konektor

2.1.1 MIDI Správa

MIDI správa sa skladá z 2 a viac bajtov, pričom prvý bajt je stále stavový bajt (status byte),

ten sa stále začína 1, napr. 10010000, a preto môže mať dekadickú hodnotu 128-255. Za

ním nasledujú dátové bajty, začínajú sa na 0, takže ich hodnota sa pohybuje v rozmedzí 0 –

127.

9

2.1.1.1 Stavový bajt

Stavový bajt hovorí o type správy, ktorá sa posiela, napr. číslo 144 – 10010000 - Note On

(stlačili sme tlačidlo), 128 – 10000000 – Note Off (pustili sme tlačidlo). Stavový bajt je

rozdelený na 2 časti – 2 krát po 4 bity, prvé 4 bity označujú typ správy, posledné 4 bity

označujú MIDI kanál, takže napríklad 10010001 bude znamenať že sa pošle Note On na

kanáli 2. MIDI ma celkovo 16 kanálov, na ktorých sa môže prenášať správa.

Obr. 2 – Príklady stavového bajtu

Existuje viacero typov správ, medzi tie, ktoré budeme používať patrí Note On, Note Off

a Control Change. Každá z nich sa začína iným stavovým bajtom.

Note On/Off budeme používať pri tlačidlách. Note On sa začína hodnotou 144 (Kanál 1)

a podľa toho, na akom kanáli sa posiela, môže mať najvyššiu hodnotu 159 (kanál 16). Note

Off má číslo 128 až 143 podľa kanálu. Control Change budeme používať pri

potenciometroch a enkóderoch. Stavový bajt pre Control Change sa začína číslom 176,

max. hodnota je 191 na kanáli 16. Všetky MIDI správy budeme posielať na prvom kanáli.

2.1.1.2 Dátový bajt

Dátový bajt obsahuje dáta danej správy, podľa toho, o aký typ správy ide. Pri tlačidlách

alebo klávesách (Note On/Off) sa posielajú min. 2 dátové bajty, pričom prvý obsahuje

číslo noty/tlačidla a druhý silu stlačenia v rozsahu 0-127. Pri Control Change sa posielajú 2

dátové bajty, prvý obsahuje číslo ovládacieho prvku (potenciometra) a druhý jeho hodnotu

v rozsahu 0-127. Dátové bajty môžu mať najvyššiu hodnotu 127, pretože hodnota 128 by

už znamenala, že sa jedná o stavový bajt.

Obr. 3 - Príklad MIDI správy po stlačení klávesy – nota číslo 5 a plná sila (127)

10

2.1.2 Spôsob posielania MIDI správ

V prvých verziách programu sme tlačidlá riešili cez Control Change, ale ukázalo sa to ako

veľmi nespoľahlivé. Pretože tačidlo bolo aktivované len raz a druhé zariadenie, resp.

aplikácia bežiaca na PC stále počítala s tým, že tlačidlo sme stlačili len raz, nedali sa

využiť funkcie spojené s držaním tlačidla. Preto sme začali používať Note On/Off. Keď je

tlačidlo stlačené, pošle sa Note On správa a aplikácia vie, že tlačidlo bolo stlačené. Keď

tlačidlo pustíme, pošle sa Note Off. To sprístupňuje napríklad použitie Shift tlačidla na

MIDI controlleri. Pre potenciometre a enkódery stačí použiť Control Change, keďže sa tam

hodnota mení iba jednorázovo.

11

3 Vlastná práca

Na začiatku sme si začali zháňať informácie o našom projekte na internete. Nainštalovali

sme si virtuálne MIDI rozhranie, Serial-MIDI konvertor a začali sme pracovať na

programe pre Arduino. Najprv sme si zapojili pár tlačidiel cez demultiplexor k Arduinu a

začali sme testovať MIDI komunikáciu s PC. Po dlhom skúšaní a zisťovaní informácií na

rôznych fórach sme dospeli k univerzálnej funkcii pre posielanie MIDI správ z Arduina.

void MidiTX(unsigned char StatusByte, unsigned char Note, unsigned char Val)

{

Serial.write(StatusByte);

Serial.write(Note);

Serial.write(Val);

}

Táto funkcia pošle dáta cez serial reprezentované ako bajty, ak by sme použili funkciu

print(), správa by nebola v správnom formáte. Prijatie správne formátovanej MIDI správy

signalizuje Serial-MIDI konvertor zablikaním indikačných svetielok na zeleno.

Ďalej sme skúšali zapojenie tlačidiel cez paralelno-sériový posuvný register, napísali sme

si vlastný kód a vyskúšali sme registre zreťaziť. Všetko fungovalo ako malo, takže sme sa

na tlačidlá rozhodli použiť registre a na potenciometre demultiplexory, nakoľko sú

analógové.

Ak sme chceli použiť enkódery, museli sme použiť hardvérové prerušenia na Arduine.

Arduino UNO ich má len 2 na pine 2 a 3. Hardvérové prerušenia sme použili kôli tomu,

aby bolo čítanie z enkóderov presné, nakoľko sa hodnoty menia veľmi rýchlo. Enkóder

generuje signál s obdlžníkovým priebehom. Keďže sme použil 2 enkódery, 1 pin

z obidvoch enkóderov sme napojil na pin prerušenia a prerušenia sme nastavili na

vzostupnú alebo zostupnú hranu.

12

Enkóder generuje takýto priebeh:

Obr. 5 – Signál generovaný enkódermi

Z obrázku je vidieť, ako enkóder generuje signál z dvoch pinov (A a B) pri točení

v rôznych smeroch. Priebehy sa dajú zameniť, ak vymeníme piny, taktiež to záleží od typu

enkódera. Prerušenie sme nastavili na vzostupnú hranu, po prerušení sa spustí nami

deklarovaná funkcia, v ktorej zistíme stav druhého pinu, ak je na obidvoch pinoch rovnaký

potenciál, znamená to, že otáčame enkóderom proti smeru hodinových ručičiek, ak nemajú

rovnaký potenciál, znamená to opak. Poďľa toho vieme zistiť, kedy sme enkóderom otočili

a vieme poslať MIDI správu, ak sa enkóder otáča proti smeru hod. ručičiek, posielame

Control Change s hodnotou 0, ak sa točí v smere hod. ručičiek, posielame Control Change

s hodnotou 127.

13

Ďalej nasledoval návrh celého zariadenia:

Obr. 6 – Návrh zariadenia

Na návrh sme použili Adobe Photoshop, pričom sme sa snažili priblížiť čo najviac finálnej

podobe zariadenia. Taktiež sme vypracovali vektorový návrh, ktorý slúžil na CNC rezanie

do vrchnej plechovej časti zariadenia, na tento návrh sme použili voľne dostupný program

Inkscape, výsledný dokument obsahuje presné rozmery na desatiny milimetra, takže

rezanie bolo presné, dokument sme exportovali tak, aby sa dal použiť v AutoCAD-e,

nakoľko to vyžadovali vo firme, kde prebiehalo rezanie.

Obr. 7 – Vektorový návrh, určený na rezanie

14

3.1 Doska plošného spoja

Neoddeliteľnou súčasťou tohto zariadenia je doska plošného spoja. Na návrh sme použili

Eagle, na plošnom spoji je vyhradené miesto pre Arduino, ktoré sa zasunie priamo na piny

na plošnom spoji. Na doske plošného spoja sú umiestnené všetky integrované obvody

spolu s obvodom pre enkódery, ktorý zabezpečuje presnejšie čítanie – RC filter. Plošný

spoj je navrhnutý tak, aby sme šetrili leptací roztok, takže tam, kde je voľné miesto sú

medené plochy, ktoré sú zároveň spojené so zemou.

Obr. 8 – Doska plošného spoja

Na obrázku je znázornená doska plošného spoja. Bola navrhovaná obojstranne, na obrázku

su znázornené len spodné cesty, cesty ktoré nie sú znázornené sú pospájané prepojkami na

spodnej strane plošného spoja. K týmto cestám patrí napájanie integrovaných obvodov,

výstup z posuvných registrov a cesta pre jeden adresovací pin demultiplexorov.

Hodnoty rezistrov pri tlačidlách nie sú podstatné, rezistory slúžia iba na pripojenie tlačidiel

na zem, takže pri stlačení tlačidná nenastane skrat, pretože medzi pinom a zemou je

rezistor.

15

Obr. 9 – Logická schéma zapojenia

16

3.2 Program pre Arduino

Program sme rozdelili do viacerých súborov pre prehľadnosť programu - napísali sme si

hlavičkové súbory pre jednotlivé triedy. Máme vytvorené triedy pre tlačidlá

a potencimetre. Program pozostáva z 3 súborov – mixer.cpp, button.h a pot.h.

Súbor mixer.cpp je hlavný súbor programu pre Arduino, stará sa o vytvorenie všetkých

objektov, nastavenia pinov, prerušení a je v ňon hlavná slučka programu, ktorá sa opakuje

až do odpojenia napájania Arduina.

Na začiatku sa spustí funkcia void setup(), v nej sa vytvoria všety objekty a priradia sa im

parametre, ako napr. ID objektu, piny, alebo spôsob akým budú pracovať. Taktiež sa tu

zapína sériová komunikácia. Baud rate sme volili väčší ako pre MIDI(31250), kôli rezerve.

Serial-MIDI konvertor bežiaci na PC sa už o správny prenos informácií do virtuálneho

MIDI rozhrania postará. Po skončení tejto funkcie nasleduje funkcia void loop(), ktorá sa

už stará o celý chod zariadenia, kontroluje zmeny na ovládacích prvkoch zariadenia, volá

jednotlivé metódy daných objektov a čo je hlavné - posiela MIDI správy po sériovej linke.

3.2.1 Triedy

Triedy sú napísané v 2 súboroch – button.h pre tlačidlá a pot.h pre potenciometre.

Trieda pre tlačidlá obsahuje 1 metódu boolean changed(), ktorá vyhodnocuje, či bolo

tlačidlo stlačené, resp. či sa zmenila jeho hodnota (napätie na pine), mení hodnotu

stavového bajtu a hodnoty, ktorá sa má poslať. Vracia hodnotu typu boolean, na základe

ktorej vie algoritmus v hlavnej slučke či má/nemá poslať MIDI správu. Pri tejto triede si

vieme špecifikovať, ako sa tlačidlo bude správať – či bude mať funkcionaltu držania

tlačidla (Note ON/Note OFF pri stlačení a pustení), alebo sa budú posielať iba Control

Change správy pri stlačení tlačidla.

Trieda pre potenciometre má tiež 1 metódu – boolean changed(), funguje rovnako ako pri

predošlej triede, tzn. že kontroluje zmenu hodnoty potenciometra a na základe toho mení

objektu jeho hodnotu, podľa toho, či je potenciometer lineárny alebo logaritmický – dá sa

to špecifikovať pri vytváraní objektu. Logaritmické potenciometre prepočítavame na

lineárne, avšak nie je to veľmi spoľahlivé, pretože hodnoty sa často veľmi rýchlo menia

v rôznych odchylkách, čo spôsobuje posielanie zbytočných MIDI správ, preto sa snažíme

používať iba lineárne potenciometre. Túto funkcionalitu sme ale v triede ponechali pre

každý prípad.

Celý zdrojový kód: viď Príloha A

17

4 Praktická časť práce

4.1 Funkčné modely, technické zariadenia a iné súčasti práce

4.1.1 Plošný spoj

Na výrobu plošného spoja sme použili metódu nažehľovania. Na laserovej tlačiarni sa

vytlačí návrh plošného spoja na mastný papier (vieme ho nájsť v niektorých časopisoch),

tento návrh sa potom nažehlí klasickou žehličkou na medenú dosku plošného spoja. Potom

sa dá celá doska vymočiť vo vode a neskôr pod tečúcou vodou zmyjeme papier z dosky,

pričom na doske ostanú nažehlené časti tvorené tonerom. Takto pripravená doska sa dá

vyleptať v roztoku na leptanie plošných spojov. Výsledkom je doska plošného spoja

pripravená na pájkovanie, takže sme osadili súčiastky a všetko napájkovali – piny pre

Arduino, pätice pre integrované obvody, rezistory a pätice pre piny súčiastok. RC filter pre

enkódery sme sa nekoniec nerozholi použiť, pretože s čítaním hodnôt z enkóderov nebol

žiadny problém.

Obr. 10 – Plošný spoj, už s osadeným Arduinom UNO

4.1.2 Konštrukcia

Pri výrobe sme začali vrchnou plechovou časťou, bola nám dodaná už nafarbená, avšak

farba zabraňovala vloženiu sčiastok, nakoľko diery boli vyrezané presne. Preto sme

odstránili farbu z otvorov. Potom sme osadili všetky súčiastky a upevnili ich. Tlačidlá sa

upevnili sami pomocou plastových vystupujúcich častí, potenciometre a enkódery sme

upevnili pomocou matíc dodaných s nimi. Potom sme pospájali všetky súčiastky káblom –

1 pin tlačidiel na +5V, potenciometre spojené tiež s +5V a zemou.

18

Obr. 11 - Vrchný plech s osadenými súčiastkami

Ďalej nasledovala výroba drevenej konštrukcie. Bočná drevená konštrukcia je vyrobená zo

štyroch kusov drevenej lišty, kt. na rohoch pospájaná samoreznými šrúbami. Na zadnej

strane je vyrezaný otvore pre USB kábel Arduina. Plošný spoj je upevnený na doske, ktorá

tvorí spodnú časť zariadenia.

Neskôr sme osadili čiapočky na potenciometre a vrchnú plechovú časť sme osadili do

drevenej konštrukcie, potom sme mohli začať spájať jednotlivé súčiastky s plošným

spojom. Na to sme použili prevažne vodiče z UTP kábla, ktoré sme napájkovali na piny po

štyroch. Piny sa potom zasunuli do pätíc v plošnom spoji.

19

Obr. 12 – Zapájanie do plošného spoja

20

5 Výsledky

Výsledkom tohto projektu je MIDI controller.

Obr. 13 – Finálna podoba zariadenia

21

6 Závery práce

Vyhotovili sme MIDI controller. Teraz ho stačí iba pripojiť k PC, zapnúť Serial-MIDI

konvertor a svoju obľúbenú hudobnú aplikáciu podporujúcu MIDI.

Všetky naše ciele boli splnené. MIDI Controller je funkčný a pripravený na použitie. Toto

zariadenie je možné použiť na rôznych hudobných akciách, ale hlavne aj pre vlastnú

potrebu.

Touto prácou sme dokázali, že aj drahšie komerčné zariadenia sa dajú pomerne ľahko

nahradiť vlastnými alternatívami.

22

Zhrnutie

Vytvorili sme MIDI Controller, zariadenie na ovládanie hudobného softvéru na PC

pomocou MIDI. Ako materiál sme použili kovový plech a drevo. Do plechu sú vyrezané

diery pre súčiastky – tlačidlá, potenciometre, enkódery, tie sú pripojené do plošného spoja,

na ktorom je osadené Arduino UNO. Arduino posiela po sériovej linke MIDI správy do

PC, kde sa o ich prevod postará Serial-MIDI konvertor, ktorý ich posiela do virtuálneho

MIDI rozhrania. Ovládacími prvkami tohto zariadenia vieme ovládať nami vybraný

softvér, ktorý podporuje MIDI komunikáciu – v našom prípade softvér na mixovanie

hudby.

23

Prílohy

Zoznam príloh:

Príloha A: Zdrojový kód programu

Príloha A: Zdrojový kód programu

//------------------------------------------------------------------------------- //mixer.cpp -- Matej Semančík, IV.S, SPŠE-PO //------------------------------------------------------------------------------- #include <math.h> #include "button.h" #include "pot.h" // Definicia tlacidiel int numButtons = 53; Button *buttons[53]; // Definicia potenciometrov int numPots = 8; Pot *pots[8]; // Enkodery piny int Enc1_A = 2; //Interrupt int Enc1_B = 4; int Enc2_A = 3; //Interrput int Enc2_B = 5; //Enkodery prerusenia void ENC1_CHANGE() { if(digitalRead(Enc1_A) == digitalRead(Enc1_B)) { MidiTX(176, 126, 0); } else { MidiTX(176, 126, 127); } } void ENC2_CHANGE() { if(digitalRead(Enc2_A) == digitalRead(Enc2_B)) { MidiTX(176, 127, 0); } else { MidiTX(176, 127, 127); } } //74HC165 posuvny register #define CLOCK 9 #define LOAD 10 #define DATA 11 //4051 (de)mux piny int A = 8; int B = 7; int C = 6; int DMX1_IN = A0; int DMX2_IN = A1; int DMX3_IN = A2; int DMX4_IN = A3; // Funkcia na posielanie MIDI sprav void MidiTX(unsigned char StatusByte, unsigned char Note, unsigned char Val) { Serial.write(StatusByte); Serial.write(Note); Serial.write(Val); }

// Obsluha multiplexora /* Nastavi jednotlive bitove vahy pinov pre vstupnu hodnotu 'ch', napr. pri ch=3 -> pin2 = 0, pin1=1, pin0=1 */ void multiplex(int ch, int pin0, int pin1, int pin2) { digitalWrite(pin0, bitRead(ch, 0)); digitalWrite(pin1, bitRead(ch, 1)); digitalWrite(pin2, bitRead(ch, 2)); } void setup() { Serial.begin(57600); // Enkodery pinMode(Enc1_A, INPUT); pinMode(Enc1_B, INPUT); pinMode(Enc2_A, INPUT); pinMode(Enc2_B, INPUT); digitalWrite(Enc1_A, HIGH); digitalWrite(Enc1_B, HIGH); digitalWrite(Enc2_A, HIGH); digitalWrite(Enc2_B, HIGH); attachInterrupt(0, ENC1_CHANGE, RISING); attachInterrupt(1, ENC2_CHANGE, RISING); // Posuvny register pinMode(CLOCK, OUTPUT); pinMode(LOAD, OUTPUT); pinMode(DATA, INPUT); digitalWrite(LOAD, HIGH); // Adresovacie piny pre multiplexor pinMode(A, OUTPUT); pinMode(B, OUTPUT); pinMode(C, OUTPUT); //Potenciometre for(int i=0; i<numPots; i++) { if(i < 8) { //pin, id, je linearny, multiplex, DEMUX 1 pots[i] = new Pot(DMX1_IN, i, LINEAR, i); } else if (i < 16) { pots[i] = new Pot(DMX2_IN, i, LINEAR, i-8); // DEMUX 2 } else if (i < 24) { pots[i] = new Pot(DMX3_IN, i, LINEAR, i-16); // DEMUX 3 } else if (i < 32) { pots[i] = new Pot(DMX4_IN, i, LINEAR, i-24); // DEMUX 4 } } //Tlacidla for(int i=0; i<numButtons; i++) { buttons[i] = new Button(i, HOLD); //id, toggle/hold } }

void loop() { //Potenciometre for(int i=0; i<numPots; i++) { multiplex(pots[i]->multiplex, C, B, A); if(pots[i]->changed()) { MidiTX(176, pots[i]->id, pots[i]->val); } } //Tlacidla - register digitalWrite(LOAD, LOW); digitalWrite(LOAD, HIGH); for(int i=0; i<numButtons; i++) { digitalWrite(CLOCK, HIGH); digitalWrite(CLOCK, LOW); buttons[i] -> val = digitalRead(DATA); if(buttons[i]->changed()) { MidiTX(buttons[i]->statusmsg, buttons[i]->id, buttons[i]->val*127); } } digitalWrite(CLOCK, HIGH); // -------------------------------------------- delay(5); /*Delay, zabranuje velmi rychlemu posielaniu MIDI sprav, niekedy to zahlcuje virtualne MIDI rozhranie, hlavne pri rychlych zmenach potenciometrov */ } //------------------------------------------------------------------------------- //button.h -- Matej Semančík, IV.S, SPŠE-PO //------------------------------------------------------------------------------- #ifndef Button_H #define Button_H #include "Arduino.h" #define TOGGLE 1 #define HOLD 0 #define NOTEON 144 #define NOTEOFF 128 #define CTRLCHANGE 176 class Button { public: int val, lastVal, id, statusmsg; boolean ena, toggleable; Button(int _id, boolean _toggleable); boolean changed(); }; Button::Button(int _id, boolean _toggleable) { id = _id; toggleable = _toggleable; statusmsg = 176;

ena = true; } boolean Button::changed() { if(toggleable) { if(ena == true && val == 1) { ena = false; return true; } else { ena = !val; return false; } } else if(!toggleable) { if(lastVal == val) { return false; } else if(val == 1 && ena == true) { ena = false; statusmsg = 144; return true; } else if(val == 0 && ena == false) { ena = true; statusmsg = 128; return true; } lastVal = val; } } #endif //------------------------------------------------------------------------------- //pot.h -- Matej Semančík, IV.S, SPŠE-PO //------------------------------------------------------------------------------- #ifndef Pot_H #define Pot_H #include "Arduino.h" #include <math.h> #define LOGARITHMIC 1 #define LINEAR 0 class Pot { public: unsigned long int val, lastVal; float valF; int pin, id, multiplex; boolean isLog; Pot(int _pin, int _id, boolean _isLog, int _multiplex); boolean changed(); }; Pot::Pot(int _pin, int _id, boolean _isLog, int _multiplex)

{ pin = _pin; id = _id; multiplex = _multiplex; isLog = _isLog; pinMode(pin, INPUT); } boolean Pot::changed() { if(!isLog) { val = analogRead(pin)/8; } else { valF = analogRead(pin)/128.0; val = pow(2, valF)/2; } if(val != lastVal) { lastVal = val; return true; } else return false; } #endif