Не ЖЖ

Поскольку прошивка готова, и датчики настроены, нужно продвигаться к следующему этапу: 3D печать корпуса панели управления и кнопок. Эскиз расположения кнопок и светодиодов на плате у меня был, на его основе и разрабатывал модель корпуса.

Сначала сделал модель самой печатной платы, чтобы по ней проверять правильность расположения отверстий в корпусе и правильность размеров кнопок. Потом нарисовал корпус, кнопки, и объединил всё в сборку. Очень удобно всё это делать в Компас 3D: делаешь сам корпус временно невидимым, и можешь проверять, как кнопки располагаются относительно микровыключателей, запаянных на плату. Как раньше без таких программ жили — решительно непонятно.

Вроде норм. Единственное место, которое мне не нравится — это расположение левой «стрелки» вплотную к экрану. Надо было разнести ещё миллиметра на 3. Но уже поздно; расположение элементов определяется платой, а её я переделывать совершенно точно не буду.

Теперь надо прицениться к печати этого корпуса и 22-х кнопок (16 на Ø10 мм, и 6 на Ø15 мм).

Взрыв-схема сборки панели управления выглядит так:

Сегодня вечером после работы я закончил работу над прошивкой MIDI-баяна. Даже не верится. Реализовал все функции, которые хотел:

• Полная поддержка готово-выборной левой клавиатуры. На механизм переключателя установлен свой собственный датчик, и контроллер при включении сам определяет текущий режим. Само собой, переключение режимов тоже определяется. В готовом режиме басы и аккорды играют в разные MIDI каналы, которые можно настраивать совершенно независимо. Т.е. на бас можно настроить звук контрабаса, а на аккорды — гитару или, например, фортепиано. В режиме выборной клавиатуры вся левая рука играет в один канал (что логично). Само собой, канал для выборки настраивается независимо от каналов баса и аккордов.
• Особенность конструкции левой клавиатуры моего баяна в том, что басы там играют октавами. Т.е. при нажатии одной клавиши баса механизм открывает два клапана: одна нота в контроктаве и одновременно с ней та же нота в большой октаве. Для баяна это хорошо, т.к. добавляет красок в басовый звук. А вот для MIDI инструмента — это уже недостаток, т.к. далеко не каждый инструмент будет хорошо звучать с октавами в басах. Поэтому я сделал спец-режим «запрет октав в басах». Если он включен, то контроллер игнорирует нажатия более высоких басовых нот, если уже нажата соответствующая низкая нота. Само собой, датчики должны быть настроены так, чтобы датчик низкой ноты срабатывал чуть-чуть раньше, чем датчик высокой ноты.
• Работа меха регистрируется дифференциальным датчиком давления, который измеряет разницу между давлением внутри герметичного корпуса и давлением снаружи. Также есть режим игры с выключенным датчиком давления; в этом случае громкость звука настраивается через меню настроек.
• Имеется возможность сохранения 6 вариантов настроек всех MIDI-каналов (правая рука, бас, аккорд и выборка) — т.н. «пресетов». Каждый пресет включается своей кнопкой; текущий пресет обозначается соответствующим горящим светодиодом. (См. заметку про дизайн панели управления.) Запоминание настроек происходит интуитивно просто: как только все звуки настроены как надо, достаточно нажать и удерживать кнопку соответствующего пресета. После обнаружения длительного нажатия, соответствующий светодиод сначала быстро заморгает, обозначая, что «сейчас будет записан выбранный пресет». Если в течение 3-х секунд после начала моргания кнопку не отпустить, то пресет запишется в энергонезависимую память (EEPROM). По похожему алгоритму запоминаются радиостанции в некоторых автомагнитолах.
• Поскольку настроек у MIDI каналов много, и перебирать их через меню не всегда удобно, реализованы 4 настраиваемых кнопки быстрого доступа к настройкам. Если в момент редактирования нужного параметра нажать и удерживать кнопку быстрого доступа, то эта кнопка станет связана с этим самым параметром. И для повторного изменения данного параметра достаточно будет один раз коротко нажать эту кнопку быстрого доступа (и сразу можно будет менять параметр «стрелочками»). Очень удобно.
• Если контроллер обнаруживает, что настройки звука изменились, то светодиод текущего пресета начинает медленно мигать, показывая, что имеются несохранённые изменения. Эти изменения можно сохранить либо в текущем пресете, либо в любом другом. А можно и не сохранять.
• Имеется встроенная ритм-машина, которая может работать в двух режимах:
  • ручной — когда при каждом нажатии басовых клавиш проигрывается один звук ударных инструментов (например барабан «бочка»), а при нажатии аккордов — другой звук (например «тарелка»).
  • автоматический — когда проигрываются заранее запрограммированные мелодии (в данный момент у меня сделаны 5 штук: 2 метронома (3/4 и 4/4) и 3 простых ритма). Автоматический режим может стартовать либо по кнопке на панели управления, либо при первом нажатии любой басовой клавиши.
• Имеется «упрощенный» режим выбора некоторых настроек, адаптированный специально для синтезатора ATEMP MIDI HW Synth. В этом режиме значения параметров, не реализованные в синтезаторе, просто пропускаются; выбрать можно только то, что поддерживается синтезатором. В основном это касается выбора дополнительных банков инструментов.
• Все настройки сохраняются с энергонезависимой памяти, и при следующем включении инструмент восстанавливает то состояние, в котором он был выключен.

Когда закончу работу над механической частью (герметизация технических отверстий в корпусе и крепление декоративной решетки правой клавиатуры), запишу видеоролик с демонстрацией этого всего.

С момента публикации предыдущей заметки было сделано весьма много. Но работа велась исключительно над прошивкой, поэтому никаких фотографий или видео пока нет. (Какое-то видео запишу потом, когда всё сделаю; это будет видеопрезентация моего MIDI-баяна.)

А пока докладываю о том, что было сделано за всё это время:

• В библиотеку работы со светодиодами я добавил режим медленного мигания светодиода. Пригодится для того, чтобы показывать, что данные текущего пресета (настроек тембров и прочих звуковых параметров) были изменены, но еще не сохранены в EEPROM.
• Добавил глобальную настройку «Общая громкость» — чтобы можно было вручную настраивать громкость одновременно для всех активных MIDI-каналов.
• Добавлено обновление значений громкости при включении/выключении датчика давления (значение общей громкости берется либо из датчика давления, либо из глобальной настройки соответственно).
• Сделано обновление значений громкости в каналах левой руки при переключении режима готовой/выборной клавиатуры.
• Сделано сохранение и восстановление глобальных настроек и пресетов в/из EEPROM (сохранение пресетов производится длительным нажатием кнопки соответствующего пресета, а глобальные настройки всегда автоматически сохраняются спустя 8 секунд с момента последнего изменения). В результате при включении баян приходит в то же состоянии, в каком он находился в момент выключения. Мне очень нравится, как всё получилось.
• Сделал функцию отправки всех настроек в синтезатор. Настройки отправляются либо при смене пресета, либо по нажатию спец-кнопки на панели управления.
• Добавил удобное переключения банков инструментов для синтезатора ATEMP. Для некоторых инструментов могут быть, а могут и не быть дополнительные варианты звучания; эти дополнительные варианты расположены в дополнительных т.н. «банках». В каких именно — описано в документации на синтезатор. Я сделал так, чтобы банки инструментов можно было менять только на те, в которых есть доп. инструменты; т.е. если для какого-то инструмента есть всего 3 варианта звучания, то для такого инструмента можно выбрать только один из этих 3-х вариантов (вместо того, чтобы перебирать все 127 возможных значений). Это на порядки упрощает поиск нужного тембра.
• Сделан экран редактирования глобальных настроек (общая громкость, режим «running sttatus» и проч.)
• Небольшой рефакторинг старого кода.

И в данный момент а баяне уже можно довольно комфортно играть, не тратя кучу времени на настройку звуков при каждом включении.

В исходниках уже 3910 строк; продолжаю работу над прошивкой.

Пока я нахожусь вдали от компьютера, приходят в голову разные мысли. Одна из них — это вопрос: способен ли будет мой баян перегрузить MIDI out порт командами в том случае, когда будут меняться настройки всех трёх активных midi каналов при нажатии кнопки «смена пресета». Для каждого канала надо будет установить примерно 15 параметров. Один параметр — это одна midi команда из 3-х байтов. Т.е. при смене пресета нужно будет отправить порядка 50 байт, и мне было интересно, сколько времени это может занять; будет ли эта задержка заметна во время игры.

А тут выдалось время на то, чтобы посчитать.

Скорость обмена данными у MIDI интерфейса — 31250 бод. То есть порядка 2900 байт в секунду. То есть порядка 1000 midi-команд в секунду. То есть мои несчастные 15 команд пролетят за 15 миллисекунд.

То есть можно вообще на этот счёт ни о чём не беспокоиться. Можно будет «щёлкать регистрами» во время игры сколько угодно. Главное, чтобы синтезатор был в состоянии обрабатывать команды с такой скоростью.

Очень хочется добраться до компа и продолжить доводить прошивку баяна до рабочего состояния, реализуя все задуманные функции.

В эти выходные я закончил настройку датчиков левой клавиатуры, начисто прикрутил плату датчиков, просверлил в деке отверстие, вывел жгут проводов от левой клавиатуры в герметичный объём, и подключил левую клавиатуру к общей схеме.

Можно играть обеими руками.

По механике — осталось герметизировать все отверстия и придумать, как крепить жгут проводов, идущий из одного полукорпуса в другой.

Черновая проверка датчика давления показала, что отработка нештатных ситуаций прошивкой работает отлично. 🙂 При одновременной работе датчика давления и большого количества музыкальных клавиш переполнялась внутренняя очередь MIDI-сообщений и прошивка вылетала в индикацию внутренней ошибки (баян перестаёт реагировать на внешние раздражители и высвечивает на светодиодах код ошибки). Видимо, очередь на 4 MIDI-сообщения была слишком маленькой; увеличил до 7. И слегка поменял внутреннюю логику разгребания этой очереди и отправки команд в синтезатор через MIDI-out порт.

Сейчас всё работает чётенько. 🙂

Но с прошивкой ещё возиться и возиться. Это для отладки электроники и механики там сейчас есть всё, что надо. А для игры не хватает ещё много чего. Продолжу работу над баяном после 15 августа. А пока другие дела.

В предыдущей заметке я высказывал опасение, что после настройки аккордов перестанет работать выборный режим для этих же нот. Так и получилось. 🙁

Я сегодня потратил часа 2, чтобы настроить датчики для режима аккордов. И когда я переключил на выборку, то для 9 нот из 12 была сбита настройка выборки: магниты пролетали мимо датчиков, и в крайнем положении рычагов ноты не звучали.

Это потому, что, как оказалось, в разных случаях при нажатии клавиш рычаги опускаются на разную глубину:

• ниже всего рычаги опускаются в режиме выборки;
• при нажатии мажорных аккордов рычаги останавливаются чуть выше;
• при нажатии минорных аккордов рычаги останавливаются чуть выше, чем для мажорных;
• а при нажатии септаккордов и уменьшенных септаккордов — они вообще опускаются чуть-чуть.

Получается, что датчик должен ловить магнит в довольно большом диапазоне расстояний. Одиночный магнит с такой задачей не справляется, и пришлось наклеить ещё по одному магниту на каждый «аккордовый» рычаг (см. рис. 1). И только после этого начали как надо работать и аккорды, и выборка.

Сегодня я с этим возился аж до полуночи. Завтра на свежую голову тщательно проверю ещё раз все датчики и буду прикручивать плату датчиков в рабочем положении. После этого просверлю отверстие в левой деке и, пожалуй, продену в него провод. (Операция эта условно-необратимая, потому что потом я припаяю к концу провода разъём, и вытащить провод обратно уже будет нельзя.

Если повезёт, то завтра я смогу сыграть на баяне обеими руками, но без меха (потому что внутренний объём пока будет негерметичен). Герметизировать всё буду уже потом, завтра не успею.

Почти настроены. Выборный режим полностью работает (см. видео ниже).

Несмотря на то, что в выборном режиме все датчики работают нормально, нужно будет дополнительно настраивать 12 датчиков, которые работают в режиме готовых аккордов. Дело в том, что в выборном режиме рычаги нажимаются «глубже», т.е. опускаются ниже на плату. А в режиме готовых аккордов те же рычаги останавливаются раньше. И часть датчиков (бОльшая часть) не срабатывает. Их надо будет поднимать над платой, и ловить промежуточное положение, чтобы они звучали и в крайнем положении рычага для выборного режима, и в крайнем положении для готового. Очень надеюсь, что такое положение поймать удастся. Иначе придётся на эти 12 рычагов переклеивать магниты, чтобы они были двойные.

Внешний вид настроенных датчиков — на рис. 1. Видно, что никакой одинаковостью тут не пахнет и близко. Каждый датчик надо подгибать персонально, много раз вынимая плату для работы с датчиками и засовывая обратно для проверки.

Процесс весьма трудоёмкий. Места между рычагами крайне мало, все подгибания ножек датчиков надо делать так, чтобы оставаться в одной плоскости.

Дело, можно сказать, вообще не двигалось, пока я не нашёл способ фиксировать плату в одном и том же положении, не прикручивая её шурупами. (Прикручивать буду в самом конце, когда буду уверен, что все датчики работают как надо и дальнейшая коррекция положения платы уже точно не нужна). Положение «ближе-дальше» определяется шириной картонной проставки, временно (а может и не временно) приклеенной перед платой, между бортиком и платой (см. рис. 1). А положение «вправо-влево» определяется «приметами на местности»; в данном случае — центр крепёжного отверстия платы должен точно совпадать с краем проставки.

Эта проставка на рис. 1 — уже третья, шириной 5 мм. Предыдущие 2 (7 мм и 6 мм) оказались слишком широкими, не позволяющими правильно выставить дальний ряд датчиков. В текущем положении далчики ближнего ряда слишком высовываются вперёд, но эту проблему можно решить подгибкой ножек.

Процесс очень небыстрый. Вчера за 2 часа я настроил только половину басов. Т.е. 12 датчиков дальнего ряда. 12 — потому что в этом баяне басы играют октавами, т.е., например, одновременно с самым левым рычагом на рис. 1 (Фа контр октавы) нажимается и 13-й рычаг (Фа большой октавы).

Эта особенность механизма, кстати, является проблемой для MIDI инструмента. Далеко не каждый вариант басового звука будет хорошо звучать октавами. Поэтому в прошивке буду делать отключаемый режим программного запрета на октавы в басах; т.е. если нижняя басовая нота уже звучит, то контроллер не будет отправлять в синтезатор команду включения верхней басовой ноты даже если соответствующий датчик сработал. (Придётся израсходовать 2 байта ОЗУ на запоминание текущего состояния 12-ти нижних басовых нот.)

В прошедшие выходные я окончательно смонтировал и распаял платы правого полукорпуса.

Декоративную решетку пока прикрутить не получится, т.к. она будет упираться в плату датчиков 1-го и 2-го рядов (см. рис. 1). Как я ни старался опустить её как можно ниже, всё равно пришлось её поднять над рычагами так, что она в результате не помещается в штатные габариты этой части баяна. Положение платы выверено очень точно; если её опустить вниз хотя бы на 0.5 миллиметра, то некоторые рычаги клапанов среднего ряда по ней уже будут стучать, что недопустимо. Ну вот такой у меня баян, ничего с этим не поделать.

Придётся декоративную решётку тоже поднимать миллиметра на 2-3. Буду изобретать какие-нибудь прокладки между решеткой и корпусом баяна.

А пока решетки нет — плату панели управления пришлось прилепить на внешнюю поверхность корпуса. С этим можно будет прожить до тех пор, когда будет прикручена решетка. Потом прилеплю на саму решётку. (Клею на 2-сторонний скотч, естественно.)

Вот так выглядит правый полукорпус изнутри:

Герметизировать отверстие для проводов я пока не стал; на тот случай, если вдруг придётся зачем-нибудь всё разбирать.

Но разъёмы (MIDI-out и питание) я уже герметизировал. Обернул каптоновым скотчем — получилась как-бы опалубка, которую я залил термоклеем. В результате все щели в разъёмах перекрыты. При самой финальной сборке останется дополнительно герметизировать отверстие MIDI разъёма, и всё. Отверстие разъёма питания герметизировать е буду, т.к. мне кажется, что этот разъём и так уже достаточно плотно сидит в корпусе на резьбе.

Думал я, что вчера и сегодня буду работать над левым полукорпусом. Но не получилось. Оба вечера я играл на правой половинке: разучиваю «The Cat» Джимми Смита. Очень,очень затягивающее занятие. Но надо будет хотя бы завтра вечером начать работу над левой клавиатурой.