konwerter RS232 - Midi.pdf - komputer - wsl.prs

Asynchroniczny konwerter RS232<−>Midi

P R O J E K T Y

Asynchroniczny konwerter

RS232<−>Midi

AVT−842

W†artykule prezentujemy

uk³ad, ktÛry umoøliwia

wspÛ³pracÍ standardowych

interfejsÛw RS232 i MIDI.

Nie wszystkie zagadnienia, ktÛ-

re mog³yby byÊ proste, takimi

w³aúnie s¹. Tak ma siÍ sprawa

z†interfejsem MIDI i†interfejsem

szeregowym w†PC. Mimo øe oba

interfejsy s¹ szeregowe, to nie

moøna w†prosty sposÛb przekazy-

waÊ informacji z†jednego interfej-

su do drugiego. Nie chodzi tu

o†rÛønice parametrÛw elektrycz-

nych charakteryzuj¹cych oba stan-

dardy.

Podstawowy problem tkwi

w†szybkoúci transmisji, z†jak¹ MI-

DI przekazuje informacjÍ (31250

bodÛw). Jest ona niemoøliwa do

uzyskania w†standardzie RS232

PC-ta. Najbliøsze wartoúci to

28800 lub 38400 bodÛw.

PragnÍ w†niniejszym projekcie

przedstawiÊ dwukierunkowy kon-

werter szybkoúci transmisji szere-

gowej, umoøliwiaj¹cy pod³¹czenie

urz¹dzenia MIDI do PC-ta poprzez

port szeregowy.

syÊ proste, ale nie kaødy moøe

sobie na to pozwoliÊ - duøy

problem bÍd¹ mieli np. w³aúci-

ciele laptopÛw.

Wraz z†projektem publikowany

jest programowy driver, pracuj¹cy

pod Windows 3.xx i†Windows 95/

98, ktÛry przesy³a informacje MI-

DI z†portu i†do portu szeregowego

z†prÍdkoúci¹ 38400 bodÛw. Z†po-

wyøszego projektu wykorzystamy

tylko driver. FunkcjÍ konwertera

szybkoúci transmisji szeregowej

bÍd¹ pe³niÊ dwa mikroprocesory

jednouk³adowe 89C2051 wyposa-

øone w†nadajnik i†odbiornik do

transmisji szeregowej.

W†uk³adzie zamiast wymagane-

go (dla zapewnienia standardu

RS232) uk³adu MAX232 zastoso-

wa³em bramki CMOS 4011. To

rozwi¹zanie nie tylko upraszcza

uk³ad i†obniøa koszt, ale jest

dopuszczalne we wszystkich obec-

nie stosowanych komputerach.

Prawie wszystkie modele powyøej

AT akceptuj¹ na wejúciu RS232

sygna³y TTL. Ta w³aúciwoúÊ po-

zwala nam na dokonanie uprosz-

czenia.

Nie bÍdÍ w†niniejszym artyku-

le zamieszcza³ szczegÛ³Ûw doty-

cz¹cych MIDI, poniewaø juø by³y

publikowane w†EP, a†zaintereso-

wanym polecam obejrzenie inter-

netowej strony: http://godot.tu-

niv.szczecin.pl/~mjaskula/tomi/

music.html#midi .

Rys. 1. Sposób komunikowania się

procesorów w urządzeniu.

Oprogramowanie

W†Internecie na stronie http:/

/www.cistron.nl/~nctnico/

midi.htm opublikowano projekt

o†nazwie ìUltra cheap MIDI in-

terfaceî, w†ktÛrym, aby uzyskaÊ

poø¹dan¹ prÍdkoúÊ transmisji sze-

regowej, zaproponowano zmianÍ

czÍstotliwoúci pracy generatora

taktuj¹cego uk³ad portu szerego-

wego na dodatkowo zainstalowa-

nej karcie COM. Rozwi¹zanie do-

Elektronika Praktyczna 12/99

Asynchroniczny konwerter RS232<−>Midi

Konwersja szybkoúci transmisji

z†niøszej na wyøsz¹ nie przedsta-

wia problemu. Zupe³nie inaczej

jest, gdy chcemy przejúÊ z†wy-

øszej na niøsz¹, poniewaø pojawia

siÍ nadmiar danych. Aby nie

utraciÊ informacji, naleøy zastoso-

waÊ bufor. Informacje MIDI nie s¹

przesy³ane ci¹gle, ale raczej cyk-

licznie i dlatego nie jest wyma-

gane stosowanie bufora o†duøej

pojemnoúci. W†zupe³noúci wystar-

cza wewnÍtrzna pamiÍÊ mikropro-

cesora (ok. 100 bajtÛw).

TrochÍ inaczej moøe byÊ

w†przypadku transmisji tzw. ìSys-

tem Exclusiveî, kiedy to przesy-

³ane s¹ dane w†trybie ci¹g³ym.

Nie mogÍ zagwarantowaÊ, øe pod-

czas takiej transmisji z†komputera

do kaødego urz¹dzenia MIDI za-

stosowany bufor bÍdzie wystar-

czaj¹cy.

Komunikacja

mikroprocesorÛw

Port P1 mikroprocesorÛw jest

uøywany do dwukierunkowego

przesy³ania danych, zaú linie P3.2,

P3.3, P3.4, P3.5 stanowi¹ magis-

tralÍ steruj¹c¹ ( rys. 1 ). Komuni-

kacja miÍdzy procesorami odbywa

siÍ w trybie hand-shake. Mikro-

procesor, ktÛry odebra³ bajt z†por-

tu szeregowego, wpisuje go do

portu P1, a†nastÍpnie generuje

przerwanie w†drugim mikroproce-

sorze poprzez podanie stanu nis-

kiego na wejúciu INT0 (w M1) lub

INT1 (w M2). NastÍpnie oczekuje

potwierdzenia przez niski poziom

sygna³u na wyjúciach P3.4 (M2)

lub P3.5 (M1), øe bajt zosta³

odczytany.

Jedno z†przerwaÒ musi mieÊ

wyøszy priorytet, gdyø dwa pro-

cesory mog³yby zg³osiÊ ø¹danie

przerwania w†tym samym czasie.

Nast¹pi³oby wtedy nieskoÒczenie

d³ugie oczekiwanie kaødego z nich

na potwierdzenie otrzymania baj-

tu. Priorytet ma INT0 w†M1, ktÛre

jest wyzwalane ujemnym zboczem

sygna³u z wyjúcia P3.2 mikropro-

cesora M2.

Rys. 2. Schemat elektryczny konwertera.

Opis programu

Wys³anie bajtu przez M1 roz-

poczyna w†M2 obs³ugÍ procedu-

ry przerwania INT0, ktÛra wpi-

suje wartoúÊ otrzymanego bajtu

do bufora okrÍønego procedur¹

put ( list. 1 ). NastÍpnie, jeøeli nie

jest ustawiony bit busy , wywo-

Elektronika Praktyczna 12/99

Asynchroniczny konwerter RS232<−>Midi

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej.

³ywana jest procedura send , ktÛ-

ra inicjuje wysy³anie bajtu z†bu-

fora okrÍønego do portu szere-

gowego MIDI. Bufor okrÍøny zre-

alizowany jest w†obszarze pa-

miÍci okreúlonym przez sta³e

wskp , wske . Zmienna pocz jest

wskaünikiem okreúlaj¹cym adres,

pod ktÛry zostanie wpisany na-

stÍpny otrzymany bajt z†M1.

Zmienna kon wskazuje bajt, ktÛ-

ry jako pierwszy ma byÊ wys³a-

ny przez port szeregowy M2.

Bufor jest pusty, gdy oba wskaü-

niki s¹ sobie rÛwne.

Procedura put wpisuje kolejny

bajt do bufora oraz zwiÍksza

wartoúÊ zmiennej pocz . Jeøeli war-

toúÊ wskaünika pocz ìdogoniî

wartoúÊ kon , to jest ustawiany bit

full , ktÛry oznacza zape³nienie

bufora. PrÛba kolejnego wpisania

bajtu do bufora jest sygnalizowa-

na úwieceniem siÍ diody ìER-

RORî. Jest to informacja, øe na-

st¹pi³o przepe³nienie bufora i†utra-

ta danych. Skasowanie úwiecenia

diody nastÍpuje po wyzerowaniu

mikroprocesora.

Procedura send najpierw

sprawdza, czy nie jest ustawiony

bit emp . Jeøeli nie, to z†bufora

jest pobierany bajt wskazany przez

kon i†wpisywany do rejestru SBUF

portu szeregowego inicjuj¹c trans-

misjÍ MIDI. NastÍpnie zwiÍkszana

jest wartoúÊ wskaünika kon i†usta-

wiany bit busy , informuj¹cy

o†transmisji szeregowej w†toku. Je-

øeli bufor jest pusty, to ustawiany

jest bit emp .

Kiedy ca³y bajt zostanie wys³a-

ny, mikroprocesor wywo³uje pro-

cedurÍ przerwania portu szerego-

wego z†ustawionym bitem ti . Pro-

cedura ta w†przypadku gdy bufor

List. 1.

;RS232-MIDI-M1-strona RS

$MOD51

;Podlaczenia

;M1 M2

;p1.0 p1.0

;p1.1 p1.1

;p1.2 p1.2

;p1.3 p1.3

;p1.4 p1.4

;p1.5 p1.5

;p1.6 p1.6

;p3.2 p3.2

;p3.3 p3.3

;p3.4 p3.4

;p3.5 p3.5

;M1 p3.0 RS232 IN

;M1 p3.1 RS232 OUT

;M2 p3.0 MIDI IN

;M2 p3.1 MIDI OUT

;M2 p3.7 LED ERROR

;adresy zmiennych w M2

pocz EQU 021h ;wskaznik poczatka bufora

kon EQU 022h ;wskaznik konca bufora

wskp EQU 023h ;adres poczatka bufora

wske EQU 080h ;adres konca bufora+1

;20h - bajt pomocniczy adresowany bitowo

full

nop

sjmp loop

;************Bufor okrezny***********************************

;kon-adres nast.bajtu do wyslania

;pocz-tutaj wpisz otrzymany bajt

put:

;wpisuje bajt do bufora

jnb full,pu0

clr p3.7

;ERROR LED

ret

pu0: mov r0,pocz

mov @r0,a

;wpisz do bufora

mov a,pocz

inc a

cjne a,#wske,pu1

mov a,#wskp

pu1: cjne a,kon,pu2

setb full

;bufor pelny

ret

pu2: mov pocz,a

;uaktualnij pocz

clr emp

;bufor nie pusty

ret

send:

;wysyla bajt do MIDI

jnb emp,se1

;zakoncz-bufor pusty

ret

se1: mov r0,kon

mov SBUF,@r0 ;wyslij bajt

setb busy

EQU 000h ;bufor pelny

emp

EQU 001h ;bufor pusty

;wysylanie w toku

busy

EQU 002h ;RS w toku

clr full

mov a,kon

inc a

cjne a,#wske,se2

mov a,#wskp

se2: mov kon,a

cjne a,pocz,se3

setb emp

;************************ poczatek programu ***********************

program:

org 000h

;RESET

jmp inic

org 003h

;INT0

;bufor pusty

jmp inte

org 023h

se3: ret

sint:

;MIDI

jmp sint

;reset procedure

inic: ;inicjalizacja

;konfiguracja MIDI

mov scon,#01010000b ;set-RS 1st mode, RXD activation

mov tmod,#00100010b ;t1->M1,M0=10-tryb2, t0-M1,M0=01>tryb2

;gate1,C/T1,M1,M0,gate0,C/T0,M1,M0

mov pcon,#10000000b ;transmision rate smod=1

mov th1,#254 ;f=(fosc*2^smod)/(384*(256-th1)) ==31250

;fosc=12MHz

;przerwanie MIDI

jb ri,sin1

;bajt wyslano do MIDI

clr ti

;clear int poiter

jb emp,sine

acall send

;wyslij nast.bajt z bufora

reti

sine: clr busy

;wyslano wszystkie bajty

reti

sin1: ;bajt otrzymano z MIDI

jnb p3.4,sin1 ;czekaj az wysle poprzedni

mov p1,SBUF

clr ri

clr p3.3 ;int1 in M1

sin2: jb p3.4,sin2 ;potwierdzenie otrzymania bajtu

setb p3.3

mov tl1,th1

mov tcon,#01000000b ;T1-on tf1,tr1,tf0,tr0,ie1,it1,ie0,it0

mov IP,#00000000b;priorytet —PT2,PS,PT1,PX1,PT0,PX0

mov IE,#10010001b;maska EA,EAD,ET2,ES,ET1,EX1,ET0,EX0

clr busy

setb emp

clr full

mov pocz,#wskp

mov kon,#wskp

loop:

nop

;bajt wyslano do M1

reti

inte:

;przerwanie INT0

mov p1,#255

mov a,p1

clr p3.5

acall put

jb busy,inte1

acall send

inte1: setb p3.5

reti

;petla glowna

nop

end

Elektronika Praktyczna 12/99

Asynchroniczny konwerter RS232<−>Midi

List. 2.

;RS232-MIDI-M1-strona RS

$MOD51

;Podlaczenia

;M1 M2

;p1.0 p1.0

;p1.1 p1.1

;p1.2 p1.2

;p1.3 p1.3

;p1.4 p1.4

;p1.5 p1.5

;p1.6 p1.6

;p3.2 p3.2

;p3.3 p3.3

;p3.4 p3.4

;p3.5 p3.5

;M1 p3.0 RS232 IN

;M1 p3.1 RS232 OUT

;***************** poczatek programu ***********************

program:

org 000h

loop: nop

;petla glowna

nop

inc r1

cjne r1,#00,loop1

setb p3.7

loop1: sjmp loop

sint:

jb ri,sin1

;bajt wyslano do RS

clr ti

;clear int poiter

setb p3.4

reti

sin1: ;bajt otrzymano z RS

jnb p3.5,sin1 ;czekaj az wysle poprzedni bajt

movc B,SBUF

clr ri

mov p1,B

clr p3.7

;RESET

jmp inic

org 013h

;INT1

jmp inte

org 023h

;MIDI

jmp sint

;reset procedure

inic: ;inicjalizacja

;konfiguracja MIDI

mov scon,#01010000b ;set-RS 1st mode, RXD activation

mov tmod,#00100010b ;t1->M1,M0=10-tryb2, t0-M1,M0=01>tryb2

;gate1,C/T1,M1,M0,gate0,C/T0,M1,M0

mov pcon,#10000000b ;transmision rate smod=1

mov th1,#254 ;f=(fosc*2^smod)/(384*(256-th1)) ==38400

;fosc=14.7456MHz

;LED control

mov r1,#01

clr p3.2 ;int0 in M2

sin2: jb p3.5,sin2 ;potwierdzenie otrzymania bajtu

setb p3.2

;bajt wyslano do M2

mov B,#255

mov p1,B

reti

inte:

mov p1,#255

mov SBUF,p1

clr p3.4

mov tl1,th1

mov tcon,#01000100b

;odebrano bajt

;T1-on tf1,tr1,tf0,tr0,ie1,it1,ie0,it0

mov p1,B

reti

mov IP,#00000100b

;priorytet —PT2,PS,PT1,PX1,PT0,PX0

mov IE,#10010100b

;maska EA,EAD,ET2,ES,ET1,EX1,ET0,EX0

mov r1,#00

end

jest pusty zeruje bit busy , a†w†in-

nym przypadku inicjuje wysy³anie

kolejnego bajtu wywo³uj¹c proce-

durÍ send .

Pojawienie siÍ bajtu danych

w†M1 jest sygnalizowane úwiece-

niem diody sterowanej z wyjúcia

P3.7. Dioda úwieci przez oko³o

3ms, a†czas podtrzymania nalicza-

ny jest w†pÍtli g³Ûwnej programu.

CzÍstotliwoúÊ transmisji da-

nych portu szeregowego mikro-

procesora zaleøy od czÍstotliwoúci

pracy jego oscylatora. W†obu mik-

roprocesorach port szeregowy pra-

cuje w†trybie drugim (rejestr

tmod ), a†czÍstotliwoúÊ w†tym try-

bie moøemy obliczyÊ ze wzoru:

f tr = (f osc *2 smod )/(384*(256-t h1 ))

gdzie:

f tr - szybkoúÊ transmisji [bodÛw/s]

f osc - czÍstotliwoúÊ kwarcu

smod - bit w†rejestrze pcon

t h1 - bardziej znacz¹cy bajt zegara

W†mikroprocesorze M1 przyj¹-

³em f osc =14,756MHz i†t h1 =254, zaú

w†M2 f osc =12MHz i†t h1 =254.

ìDodaj nowy sprzÍtî, a†nastÍpnie

rÍcznie (opcja Nie ) wybieramy

Kontrolery video, düwiÍku i†gier

i† Z†dysku instalujemy driver. Pro-

gram instaluj¹cy zapyta jeszcze

o†port COM. W†Windows 3.xx

w†Panelu Sterowania wybieramy

ikonÍ Drivers . Naciskamy na przy-

cisk Add i†wybieramy sterowniki

nie bÍd¹ce na liúcie. Wpisujemy

úcieøkÍ dostÍpu, sk¹d program

instaluje driver. Wszelkich pÛü-

niejszych zmian moøemy dokonaÊ

w†programie system.ini w†sekcji

[cbxt3.drv], ktÛra po zainstalowa-

niu domyúlnie przyjmuje nastÍpu-

j¹ce wartoúci:

SysExWait=40

comport=1

Buffersize=10240

MIDIINPersistence=50

SysExWait - czas w†[ms] ocze-

kiwania systemu na odebranie

ca³ej paczki danych SystemExclu-

sive , po ktÛrym nast¹pi przes³anie

otrzymanych informacji do pro-

gramu MIDI.

comport - numer portu COM.

Buffersize - rozmiar bufora da-

nych potrzebnego do przesy³ania

paczek danych SystemExclusive .

Moøe przyjmowaÊ wartoúci od 1

do 65535.

MIDIINPersistence - okreúla

liczbÍ bajtÛw, ktÛre driver odczy-

ta zanim odda kontrolÍ Systemo-

wi Windows. WartoúÊ ta nie do-

tyczy przesy³ania paczek danych

SystemExclusive .

W†kaødym programie muzycz-

nym, przy wyborze Urz¹dzenia

MIDI, driver ten pojawi siÍ jako:

ìYamaha CBX-T3 1.3î, oczywiúcie

wtedy, gdy wystÍpuje zadeklaro-

wany port COM w†komputerze

i†jest nie wykorzystywany w†da-

nej chwili przez inne urz¹dzenie.

Aby uruchomiÊ sterownik po-

trzebny bÍdzie instrument MIDI,

ktÛry jest w†stanie generowaÊ

i†czytaÊ komunikaty MIDI. Zmon-

towany uk³ad nie wymaga øad-

nych regulacji, wiÍc jeøeli nie

pope³niliúmy b³Ídu, powinien od

razu dzia³aÊ poprawnie. Podajemy

mu zasilanie i†pod³¹czamy miÍ-

dzy instrument a†port szeregowy.

W†komputerze uruchamiamy pro-

gram muzyczny i†ustawiamy zain-

stalowany sterownik w† MIDI Se-

tup jako wejúciowy i†wyjúciowy.

WiÍkszoúÊ programÛw muzycz-

nych (Cubase, CakeWalk) ma kon-

trolki sygnalizuj¹ce otrzymywanie

i†wysy³anie komunikatÛw MIDI.

Poczas naciskania na klawiaturÍ

instrumentu, w czasie w³aúciwej

pracy sterownika kontrolka po-

winna siÍ zaúwieciÊ. NastÍpnie

sprawdzamy, czy pod³¹czony in-

strument reaguje na rozkazy wy-

sy³ane z†programu muzycznego.

PamiÍtajmy o†ustawieniu takiego

samego kana³u MIDI.

Uruchamianie

Montaø elektryczny nie wyma-

ga szczegÛ³owego omÛwienia.

Schemat montaøowy znajduje siÍ

na rys. 3 .

Najpierw naleøy zainstalowaÊ

driver w†PC-cie. W†Windows 95

w†Panelu Sterowania wybieramy

Elektronika Praktyczna 12/99

Asynchroniczny konwerter RS232<−>Midi

Jeøeli nie nastÍpuje transmis-

ja, to w†lokalizacji b³Ídu pomog¹

nam diody sterownika. Migaj¹ca

dioda D4 informuje, øe M1 po-

prawnie odczytuje informacje

z†komputera. Dioda D2 zapala

siÍ, kiedy przekazywane s¹ ko-

munikaty MIDI z†do³¹czonego in-

strumentu, ale miganie nie gwa-

rantuje poprawnoúci odczytu in-

formacji przez M2. Kiedy bÍd¹

problemy w†przesy³aniu informa-

cji w†tym kierunku, to proponujÍ

zmieniÊ program w†mikroproce-

sorze M2 tak, aby bit portu P3.7

ustawiany by³ jak w†M1. Wtedy

zapalaj¹ca siÍ dioda upewni nas,

øe mikroprocesor poprawnie od-

czytuje informacje z†instrumentu.

Nie musimy mieÊ oscyloskopu,

aby stwierdziÊ, czy nastÍpuje

transmisja - wystarczy zwyk³y

miernik, najlepiej cyfrowy ze

wzglÍdu na wysok¹ impedancje

wejúciow¹. NapiÍcie przy

wystÍpuj¹cej transmisji nieznacz-

nie rÛøni siÍ od napiÍcia w†sta-

nie statycznym. W†ten sposÛb

moøemy okreúliÊ przyczynÍ b³Íd-

nej pracy sterownika sprawdzaj¹c

kolejno miejsca w torze transmis-

ji sygna³u. Mierz¹c napiÍcie na

nÛøkach XTAL2 mikroprocesorÛw

moøemy takøe sprawdziÊ popra-

wnoúÊ dzia³ania oscylatorÛw. Na-

piÍcie to nie powinno byÊ bliskie

zasilania lub zera. Kiedy nastÍ-

puj¹ przek³amania w†informacjach

dochodz¹cych z†instrumentu do

komputera - co moøe siÍ obja-

wiaÊ przez np. odczytywanie nie

tych düwiÍkÛw przy-

porz¹dkowanych klawiszom, ktÛ-

re naciskamy na klawiaturze in-

strumentu - moøna prÛbowaÊ do-

braÊ inn¹ wartoúÊ rezystora R8 (z

zakresu 470

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1: 6,8k

Ω

R3, R4, R5: 470

R6, R7, R9: 220

Ω

R10, R11: 5,6k

F/25V

C2, C3, C4: 470nF

C5, C8: 10

F/10V

C6, C7, C9, C10: 33pF

Półprzewodniki

M1, M2: AT89C2051

zaprogramowane

U1: 4011

U2: 7805

D1: dioda Zenera 5,1V/100mW

D2, D3, D4: diody LED

D5: BAVP17 (1N4148)

Q1: CNY17

M1: mostek 1A/50V

Różne

L1: TS2/6

RS232: gniazdo do druku DB9M

X1: 14,7456MHz

X2: 12MHz

), podci¹gaj¹-

cego napiÍcie na transoptorze.

WartoúÊ, ktÛra jest dobrana

(820

) zapewnia poprawn¹ trans-

misjÍ dla wiÍkszoúci transopto-

rÛw typu CNY17. Transoptor ten

pracuje na granicy swojego pas-

ma i†najlepszy by³by transoptor

PC900 firmy Sharp, ktÛry jest

stosowany w†wiÍkszoúci profesjo-

nalnych urz¹dzeÒ MIDI.

Uk³ad zmontowa³em na dwÛch

p³ytkach, osobno niestabilizowa-

ny, popularny zasilacz sieciowy

z†wyjúciem 9..12[V] DC i†osobno

stabilizator z†reszt¹ uk³adu.

Piotr SwadŸba

pswadzba@friko6.onet.pl

Elektronika Praktyczna 12/99

R2: 82k

R8: 820

Kondensatory

C1: 470

..2k

konwerter RS232 - Midi.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: