Bedienungs- und Bauanleitung MIDI-CV-Interface MCV1 Version 1: nur MIDI-Kanal mit 4-poligem DIP-Schalter einstellbar, Refererenztonhöhe 36 (andere Tonhöhe gegen Aufpreis im EPROM) abgesetzte CV/Gate-Buchsen (frei verdrahtet) nur ohne Gehäuse erhältlich Inhaltsverzeichnis Seite Inhalt 1 Inhaltsverzeichnis 2 Einleitung 3 Bedienungsanleitung MCV1 6 Einstellen des MIDI-Kanals 7 Bauanleitung MCV1 7 Allgemeine Bausatz-Hinweise 8 Schaltungsbeschreibung 12 Schaltbild 13 Aufbau 15 Bestückungsplan 16 Bauteileliste 17 Test 18 Anpassung für "switched trigger" (Moog-Synthesizer) 19 Literaturhinweise MIDI-TO-CV-INTERFACE MCV1 Wer heute mit elektronischen Instrumenten (Synthesizer, Orgel, Expan- der, Sound-Sampler, Tastaturen, Drumbox, Effektgeräte, Mischpulte usw.) Musik machen will, kommt an MIDI nicht mehr vorbei. Ist man im Besitz eines eines älteren monophonen Synthesizers ohne MIDI-Inter- face, so steht man vor dem Problem, dass dieser nicht über MIDI angesteuert werden kann. Häufig möchte man das Instrument wegen seines guten Klanges - gerade die älteren analogen Synthesizer sind für ihren exzellenten Klang bekannt - auch weiterhin benutzen, kann es aber in das MIDI-System nicht integrieren, weil es nicht in der Lage ist, MIDI-Daten zu empfangen. Hier schafft MCV1 Abhilfe. MCV1 ist ein einstimmiges MIDI-to-CV- Interface, mit welchem ältere monophone Synthesizer, die nach der 1V/Oktave-Norm arbeiten (z.B. Mini-Moog, verschiedene Modular-Systeme z.B. von Moog, Roland, Voice-Card-System) und einen Gate-Pegel von +5V benötigen, über MIDI angesteuert werden können. Die Verbindung zu MIDI erfolgt über eine Standard-MIDI-In-Buchse, die sich auf der Platine des MCV1 befindet. Über eine MIDI-Thru/Out-Buchse können weitere MIDI-Geräte angesteuert werden. Der MIDI-Empfangskanal von MCV1 ist mit einem 4-poligen DIP-Schalter einstellbar. Die Verbindung von MCV1 zum Analogsynthesizer erfolgt über 2 Klinken- buchsen 6.3mm für CV (1V/Oktave) und Gate (0/+5V). Es kann zwischen einer Version mit positivem Gate-Signal (d.h. +5V bei gedrückter Taste, 0V bei nicht gedrückter Taste) oder negativem Gate-Signal (d.h. 0V bei gedrückter Taste, +5V bei nicht gedrückter Taste) gewählt werden. Geben Sie bitte bei der Bestellung die gewünschte Version an. Falls Ihr Gerät mit dem sogenannten "switched trigger" (die meisten Moog-Synthesizer) arbeitet, so ist in der Anleitung eine Anpassung für diese Trigger-Art angegeben. Gegen DM 10.- Aufpreis liefern MCV1 auch in der "switched trigger"-Version. MCV1 empfängt in der Software-Standard-Version 1.0 MIDI-Note-On und Note-Off Befehle und leitet hieraus die CV-Spannung und den Gate- Zustand ab, mit welchen der Synthesizer versorgt werden muss, um die den MIDI-Daten entsprechende Töne zu erzeugen. Der MIDI-Code für die Anschlagdynamik wird dabei nicht berücksichtigt und ist ohne Belang. In der erweiterten Version 2.0, die gegen Aufpreis erhältlich ist, werden auch Pitch-Bend-Daten bei der Erzeugung der CV-Steuerspannung berücksichtigt. Da nur ein Spannungsbereich von 0...+5V zur Verfügung steht, werden Pitch-Bend-Daten, die einer Spannung ausserhalb dieses Bereichs entsprechen, nicht berücksichtigt (dies tritt z.B. beim tiefsten Ton mit gleichzeitig negativen oder beim höchsten Ton mit positiven Pitch-Bend-Daten auf). Normalerweise wird MCV1 mit MIDI-Code 36 als Referenzton für 0V CV geliefert (d.h. einem MIDI-Tonhöhen-Wert von 36 - dies ist das tiefe 'C' auf einer normalen 5-Oktaven-Tastatur - entspricht eine CV- Ausgangsspannung von 0V). Auf Wunsch kann gegen DM 20.- Aufpreis auch eine geänderte Software mit einem anderen Referenzpunkt für 0V geliefert werden (bitte gewünschten MIDI-Tonhöhen-Code für 0V angeben). Der maximale Tonumfang beträgt 5 Oktaven, entsprechend einem Steuerspannungsumfang von 0...+5V. Die Stromversorgung von MCV1 erfolgt über ein externes Steckernetzteil stammen. Die benötigten 3 Spannungen werden auf der MCV1-Platine erzeugt. BEDIENUNGSANLEITUNG FERTIGMODUL MCV1 Falls Sie das MIDI-CV-Interface MCV1 als Fertigmodul von uns bezogen haben, so bitten wir Sie, die folgenden Hinweise bei der Benutzung zu beachten. Auch für den fertig aufgebauten und geprüften Bausatz gelten diese Bedienungshinweise. Bitte beachten Sie, dass wir nur im Orginalzustand befindliche Module innerhalb der 14-tägigen Rückgabefrist gegen Kaufpreiserstattung zurücknehmen können. In irgendeiner Form veränderte Module (z.B. bereits eingebaute und wieder ausgebaute Module) können nicht zurück- genommen werden! Dies gilt auch für Garantiereparaturen innerhalb der 6-monatigen Garantiezeit. Normalerweise wird MCV1 an die anderen Geräte (MIDI-System, Synthesizer mit 1V/Oktave und Gate Steuereingängen) über Steckver- bindungen (5-polige MIDI-Buchse, Klinkenbuchsen für CV und Gate) angeschlossen. Falls Sie das MCV1 in Ihr Gerät fest einbauen wollen, prüfen Sie unbedingt vor dem Einbau, ob Ihre Kenntnisse ausreichend sind und ob MCV1 für die MIDI-Nachrüstung Ihres Gerätes geeignet ist! 1. Stromversorgung: Die Stromversorgung des MCV1 erfolgt über ein externes Steckernetzteil (ca. 12V nicht stabilisiert). Dieses ist im Lieferumfang von MCV1 nicht enthalten und muss ggf. separat bestellt werden. MCV1 wird in Betrieb genommen, indem das Kabel des Steckernetzteils in die dafür vorgesehene Buchse am MCV1 eingesteckt wird und das Netzteil selbst in eine Netzsteckdose eingesteckt werden. Ein zusätzlicher Netzschalter ist nicht vorhanden. Bitte beachten Sie die Hinweise bezüglich der Polung des Netzteilsteckers. Eine falsche Polung kann zwar keinen Schaden anrichten, da MCV1 mit einem Verpolungsschutz versehen ist, aber das Gerät arbeitet dann nicht. Das verwendete Netzteil muss in der Lage sein, mindestens 300 mA Strom bei 9V zu liefern. Beim Einstecken des Netzteils muss die Gate-Leuchtdiode kurz auf- leuchten und dann verlöschen. Andernfalls ist das Netzgerät nicht richtig gepolt, liefert nicht genügend Strom oder es liegt ein Defekt am MCV1 vor. Alle im folgenden beschriebenen Verbindungen müssen bei ausgeschalte- tem MCV1 hergestellt werden. 2. MIDI-Anschluss Verbinden Sie die MIDI-In-Buchse (dies ist die 5-polige Buchse direkt neben der Netzteilbuchse) über ein geeignetes MIDI-Kabel mit dem MIDI- Ausgang Ihres MIDI-Steuergerätes (MIDI-Keyboard, Synthesizer o.ä.). An der mit "MIDI-Out" bezeichneten Buchse erscheint das MIDI-Eingangs- signal in unveränderter Form (MIDI-Thru-Funktion). Die Buchse wurde als MIDI-Out bezeichnet (obwohl sie MIDI-Thru-Funktion hat!), da die MCV1-Hardware prinzipiell in der Lage ist, die Daten auch in ver- änderter Form (z.B. gefiltert) auszugeben. An die MIDI-Out-Buchse können Sie weitere Geräte anschliessen (z.B. ein weiteres MCV1), die mit den gleichen MIDI-Daten wie das MCV1 angesteuert werden sollen. 3. Verbindung zum CV/Gate-Synthesizer Die Verbindung zum monophonen Synthesizer erfolgt über die beiden 6.3mm-Klinkenbuchsen "CV" und "Gate". An der CV-Buchse steht die Tonhöhen-Steuerspannung mit 1V/Oktave zur Verfügung. 0V-Referenzpunkt (d.h. der MIDI-Tonhöhencode für 0V Steuerspannung) ist normalerweise 36, dies entspricht dem tiefen 'C' auf einer normalen 5-Oktaven-Tastatur. Gegen DM 20.- Aufpreis können Sie eine spezielle Software mit einem anderen Referenzpunkt (bitte angeben) erhalten. An der Gate-Buchse steht die Gate-Spannung (0/+5V) zur Verfügung. Je nach gelieferter Version ist dies ein positives Gate-Signal (d.h. +5V bei gedrückter Taste, 0V bei nicht gedrückter Taste) oder negatives Gate-Signal (d.h. 0V bei gedrückter Taste, +5V bei nicht gedrückter Taste). Sie sollten die gewünschte Version bei Ihrer Bestellung angeben, andernfalls liefern wir die positive Gate-Version. Ob Sie ein positives oder negatives Gate-Signal benötigen, entnehmen Sie bitte den Unterlagen zu Ihrem CV-Synthesizer. Bitte beachten Sie, dass über den Gate- oder Triggereingang Ihres Gerätes keinesfalls eine Spannung von über +5V auf das MCV1 gelangen darf. Dies kann MCV1 zerstören! Falls Ihr Gerät einen sogenannten "switched trigger"-Eingang besitzt, so müssen Sie eine Anpassung gemäss den Angaben am Ende der Anleitung vornehmen. Gegen Aufpreis liefern wir auch das auf "switched trigger" umgebaute MCV1-Modul. Die Gate-Leuchtdiode zeigt an, ob gerade ein Gate-Signal anliegt. Mit Ihr kann die einwandfreie Funktion des MCV1 (z.B. ob auf dem richtigen MIDI-Kanal empfangen wird) auch ohne angeschlossenen CV-Synthesizer überprüft werden. 4. Einstellung des MIDI-Kanals Die Einstellung des MIDI-Kanals erfolgt mit dem 4-poligen DIP-Schalter ("Mäuseklavier") auf der MCV1-Platine. Welche Einstellung dabei welchem MIDI-Kanal entspricht, entnehmen Sie bitte der Übersicht auf einer der folgenden Seiten. Beachten Sie bitte, dass der MIDI-Kanal nur einmal nach dem Einschalten des Gerätes abgefragt wird. Ein Verändern der Schalterstellung während das MCV1 eingeschaltet ist, ändert nicht den MIDI-Empfangskanal. Um diesen zu ändern muss das MCV1 nach Verändern der Schalterstellung neu eingeschaltet werden. Der 4-polige DIP-Schalter für den MIDI-Kanal ist das einzige Bedienungselement des MCV1. 5. Checkliste für die Fehlersuche Falls Ihr MCV1 nicht auf Anhieb korrekt arbeitet, so überprüfen Sie bitte nochmals folgende Punkte: 1. Ist die Stromversorgung in Ordnung (LED muss beim Einschalten kurz aufleuchten und dann verlöschen)? Eventuell Steckernetzteil umpolen! 2. Sind die Verbindungen zum MIDI-Sender und zum Synthesizer in Ordnung? Auch die Masseverbindung zum Synthesizer muss hergestellt werden (über mindestens einen der Masseanschlüsse der Klinkenbuchsen)! 3. Ist der richtige MIDI-Kanal am MCV1 eingestellt? Leuchtet die Gate- LED auf, wenn das steuernde MIDI-Gerät Daten auf dem eingestellten MIDI-Kanal sendet? Sendet der MIDI-Sender auf dem richtigen Kanal? Überprüfen Sie sicherheitshalber auch das verwendete MIDI-Kabel und die einwandfreie Funktion des MIDI-Senders. 4. Liegen die gesendeten Tonhöhen im richtigen Bereich (normalerweise MIDI-Tonhöhe 36 bis 97, d.h. 5 Oktaven Umfang beginnend beim tiefen C auf einer 5-Oktaven-Tastatur). 5. Leuchtet die Gate-Leuchtdiode richtig auf, aber das nachgerüstete Gerät spielt nicht mit, so liegt mit grosser Wahrscheinlichkeit ein Verkabelungsfehler zwischen MCV1 und dem CV-Synthesizer vor. Achten Sie bitte auch darauf, welche Gate-Spannung Ihr Gerät benötigt oder ob es eventuell einen "switched trigger" benmötigt. 6. Falls die Spreizung ("scale") nicht genau mit Ihrem Synthesizer übereinstimmt (erkennbar an zunehmender Verstimmung, je weiter man sich vom Referenzpunkt wegbewegt), so können Sie diese mit dem Wendeltrimmpotentiometer korrigieren. Bei Fertiggeräten justieren wir die Spreizung auf genau 1.00V/Oktave ein. Ein Fehler am MCV1-Modul ist sehr unwahrscheinlich, da vor dem Versand alle Fertigmodule 100% geprüft werden. Falls die oben angegebene Checkliste dennoch auf einen Fehler des MCV1 schliessen lässt, so senden Sie bitte das Modul zur Überprüfung an uns ein. 6. Kurzbeschreibung der Software Trifft am MCV1 ein Note-On-Befehl ein, so wird geprüft, ob der Befehl auf dem am MCV1 eingestellten MIDI-Kanal gesendet wurde. Weiterhin wird geprüft, ob die Tonhöhe zwischen der Referenztonhöhe (normalerweise 36) und der oberen Grenze der Tonhöhe (= Referenz- tonhöhe + 5 Oktaven) liegt. Stimmen MIDI-Kanal und Tonhöhe mit den Forderungen überein, so wird am CV-Ausgang eine Steuerspannung erzeugt, die der empfangenen Tonhöhe entspricht, der Gate-Ausgang wird aktiviert (+5V oder 0V je nach Version) und die Gate-Leuchtdiode leuchtet auf. Andernfalls wird der Befehl ignoriert. Trifft am MCV1 ein Note-Off-Befehl (bzw. Note-On mit Velocity 0) ein, so wird überprüft, ob dies dem zuletzt empfangenen und vom MCV1 umgesetzten Note-On-Befehl entspricht. Ist dies der Fall, so wird der Gate-Ausgang deaktiviert (0V oder +5V je nach Version) und die Gate- LED verlöscht. Die letzte Steuerspannung bleibt erhalten (wichtig für lange Release-Zeiten). Andernfalls wird der Befehl ignoriert. Trifft am MCV1 ein gültiger Note-On-Befehl ein, obwohl das Gate bereits gesetzt ist, so wird die der neuen Tonhöhe entsprechende Steuerspannung am CV-Ausgang erzeugt und das Gate-Signal wird kurz deaktiviert und sofort wieder aktiviert (zu kurz, um an der LED erkennbar zu sein!), d.h. es wird bei jeder Tonhöhenänderung ein neues Gate-Signal erzeugt. Falls Sie dies nicht wünschen, so können wir gegen DM 20.- Aufpreis eine "Legato"-Software liefern, d.h. in dieser Version wird bei Tonhöhenänderung das Gate-Signal nicht neu erzeugt, sondern bleibt aktiv ohne kurz deaktiviert zu werden. Dies entspricht älteren CV- Synthesizern, die nicht über einen sog. "new pitch detector" verfügten. Pitch-Bend-Daten werden in der Software-Version V1.0 nicht verarbeitet. In der erweiterten Software V2.0 werden auch Pitch-Bend- Daten berücksichtigt. Einstellung des MIDI-Kanals am MCV1 Die folgende Tabelle zeigt Ihnen die Einstellung des MIDI-Kanals. Beachten Sie bitte, dass je nach Einbau des DIP-Schalters die Stellungen Off und On vertauscht sein können! Entscheidend ist immer, ob der jeweilige Schalter "off" (aus) oder "on" (ein) ist. BAUANLEITUNG MIDI-TO-GATE-INTERFACE MCV1 (Universelles MIDI-Interface für die Nachrüstung von monophonen Synthesizern, die mit 1V/Oktave-Steuerspannung arbeiten) Allgemeine Hinweise zu unseren Bausätzen Unsere Bausätze setzen Elektronik-Kenntnisse voraus. Als Bausatzkunde sollten Sie alle elektronischen Bauteile und deren Funktion kennen, Erfahrung bei Bestücken und Löten von Platinen besitzen und mit Messgeräten (Multimeter, Oszilloskop) umgehen können. Für Laien oder Elektronik-Anfänger sind unsere Bausätze nicht geeignet! Bitte prüfen Sie unbedingt vor dem Zusammenbau an Hand der Bauanlei- tung, ob Ihre Kenntnisse für den Aufbau und Test des Bausatzes ausreichend sind. Wir bieten aus diesem Grund alle unsere Bausätze auch als Fertiggeräte, bzw. Fertigmodule mit 6 Monaten Garantie- anspruch und 14 Tagen Rückgaberecht an. Bei Bausätzen können wir aus verständlichen Gründen keine Garantie gewähren. Falls Sie vor dem Aufbau des Bausatzes feststellen, dass Ihre Kennt- nisse hierzu nicht ausreichend sind, so können Sie den ungeöffneten Bausatz zurücksenden und gegen Aufzahlung des Differenzpreises das Fertigmodul erwerben oder den Bausatz gegen Rückerstattung des Kauf- preises (ohne Versandkosten) innerhalb 14 Tagen zurückgeben. Dies gilt nicht mehr für bereits geöffnete, teilweise oder ganz aufgebaute Bausätze. Aus unserer Erfahrung kommt häufig die Reparatur eines fehlerhaft aufgebauten Bausatzes auf Grund der zur Reparatur benötigten Arbeitszeit teurer als der Differenzpreis zwischen Bausatz und Fertiggerät! Überlegen Sie also bitte bevor Sie den Aufbau beginnen, ob nicht eventuell das Fertiggerät für Sie geeigneter wäre. Beachten Sie bitte unbedingt die in der Anleitung angegebenen Aufbau- hinweise. Falls in einem Bausatz ein defektes Bauteil enthalten ist, welches nicht durch Ihre Schuld zerstört wurde oder von Anfang an defekt war, leisten wir natürlich kostenlosen Ersatz. Bei Halbleitern ist dies - wie allgemein üblich - leider nicht möglich. In Bagatellfällen sind wir jedoch grosszügig und werden Sie wegen eines defekten Bauteils nicht nochmals zur Kasse bitten. Alle unsere Bausätze sind sorgfältig geprüft und funktionieren bei korrektem und sorgfältigem Aufbau auf Anhieb. Falls Sie bei einem Bausatz trotz Ihrer Elektronik-Kenntnisse einmal nicht mehr weiter kommen, steht Ihnen unser Reparaturservice gegen Erstattung von Arbeitszeit und Ersatzteilen zur Verfügung. Wir hoffen, dass der Bausatz Ihren Wünschen entspricht und auf Anhieb funktioniert. Für Anregungen und konstruktive Kritik sind wir jeder- zeit dankbar. Schaltungsbeschreibung Falls Sie die Schaltungsdetails nicht interessieren, so können Sie gleich bei Aufbau und Test weiterlesen. MIDI ist eine genormte Schnittstelle für Musikinstrumente und Zubehör, ganz ähnlich der RS232-Schnittstelle im Computerbereich. Über die MIDI-Schnittstelle werden alle zum Spiel benötigten Informationen in serieller Form (31,25 kBaud, 1 Startbit, 8 Datenbits, ein Stopbit) übertragen. Hierzu gehören u.a. die Informationen Tonhöhe und Länge der an einer Tastatur (Keyboard) gedrückten Tasten mit Anschlagsdynamik und eventuell Tastendruck bei bereits gedrückter Taste (note on, note off, velocity, after touch) Werte eventuell vorhandener zusätzlicher Spielhilfen (Sustain-Pedal, Modulationsrad, Pitch-Bender, Laustärkeregler etc.) Programm-Nummer (zum synchronen Umschalten der Programme verschiedener Geräte, auch Effektgeräte, Mischpulte und Lichtsteuerungen) Real-Time-Daten (Taktinformationen zur Synchronisation von Sequenzern, elektronischen Schlagzeugen usw. (MIDI-Clock, start, stop, song position pointer etc.) sowie einer Reihe weiterer Informationen (active sensing, all notes off, system exclusive, breath controller etc.) die teil- weise nicht genormt und von Hersteller zu Hersteller unter- schiedlich sind. MIDI kennt 16 Kanäle, jeder Sender oder Empfänger kann auf einem oder mehreren MIDI-Kanälen diese Daten senden oder empfangen. Ein detail- liertes Eingehen auf die MIDI-Norm soll jedoch nicht Aufgabe dieser Anleitung sein. Falls Sie sich hier weiter informieren möchten, so sind entsprechende Literaturhinweise am Ende der Anleitung angegeben. MCV1 verarbeitet von allen MIDI-Informationen nur die Note-On- und Off-Befehle und setzt sie in entsprechende CV-Spannungen, bzw. Gate- zustände um. In der erweiterten Software-Version V2.0 werden auch die Pitch-Bend-Daten bei der Erzeugung der Steuerspannung berücksichtigt. Bisher scheiterte ein Nachbau von MIDI-fähigen Geräten und Nachrüstungen im Hobbybereich an dem beträchtlichen Aufwand (Computersystem mit CPU, RAM, ROM, serieller Schnittstelle und benötigter Software), der hierfür nötig ist. Seit dem Erscheinen preiswerter Microcontroller (z.B. SAB8031, SAB80535) und MIDI-Spezial- ICs (z.B. E510) hat sich hier einiges geändert. Bevor auf die Schaltung des MCV1 im Detail eingegangen wird soll hier hier das Prinzip kurz beschrieben werden. Über den in der MIDI-Norm obligatorischen Optokoppler (CNY17 II, IC6) gelangt das MIDI-Signal auf den seriellen Eingang (P3.0) des Micro- controllers (SAB8031/51, IC1). Das Programm (im EPROM 2764 ge- speichert, IC2) reagiert auf Note-On und Note-Off-Befehle auf dem mit S1.1...S1.4 einstellbaren MIDI-Kanal. Es errechnet aus den MIDI- Informationen die entsprechende Analogspannung (zunächst in digitaler Form) und den Gatezustand. Die Analogspannung wird in digitaler Form auf dem 8-Bit-Port 1 (P1) ausgegeben, welcher mit den Digitaleingängen des 8-Bit-Digital-Analogwandlers ZN426 (IC4) verbunden ist. An dessen Analogausgang erscheint eine Spannung, die proportional zu dem an dem Port P1 anliegenden Digitalwert ist. Über einen Operationsverstärker (TL061, IC5) mit einstellbarer Verstärkung (mit dem Potentiometer P1 veränderbar) wird die Spreizung ("scale") der CV-Spannung eingestellt (bitte verwechseln Sie nicht den Microprozessor-Port P1 mit dem Bauteil Potentiometer P1). Der Gate-Zustand wird gleichzeitig auf den Portleitungen P3.6 (Gate- Ausgang) und P3.7 (Gate-Zustands-Anzeige über Leuchtdiode) ausgegeben. Je nach eingesetzter Software ist der Gate-Ausgang P3.6 high-aktiv (d.h. +5V bei gedrückter Taste) oder low-aktiv (d.h. 0V bei gedrückter Taste). Die Schaltung soll nun noch etwas genauer erläutert werden. Das Herzstück des MSC1 ist der Microcontroller SAB8031/51 (siehe Schaltbild). Dieser enthält im wesentlichen folgende Komponenten: 8 Bit-Mikroprozessor 128 Byte RAM 4 Ports zu je 8 Bit (P0.0...P3.7) serielle Schnittstelle mit programmierbarer Baudrate 2 16-Bit-Zähler/Zeitgeber SAB 8031 und 8051 unterscheiden sich nur dadurch, dass der 8051 ein maskenprogrammiertes 4k-Byte-ROM besitzt, der 8031 ist ROM-los. Falls ein 8051 verwendet wird, so wird das interne ROM über den Anschluss "EA" (Pin 31) abgeschaltet, sofern das Programm in einem externen EPROM gespeichert ist. Eine ausführliche Beschreibung des Bausteins 8031/8051 würde den Rahmen dieser Bauanleitung sprengen. Hier verweisen wir bei Interesse auf entsprechende Literatur (z.B. Siemens Datenbuch zum SAB 8051/31, oder Otmar Feger/Die 8051 Mikrocontroller-Familie, Verlag Markt&Technik, ISBN 3-89090-360-6 oder Klaus-Peter Köhn, Die Familie 8051, Franzis-Verlag, ISBN 3-7723-9771-9). Nur die zum Schaltungs- verständnis notwendigen Eigenschaften des 8051 sollen hier erwähnt werden. Da der 8051 keine separaten Anschlüsse für Adress- und Datenbus besitzt, werden hierfür die Ports 0 und 2 verwendet. Port 0 arbeitet hierbei gemultiplexter Daten- und Adressbus für die 8 niederwertigen Bits. Über Port 2 werden die höherwertigen Adressen ausgegeben. Das 8-fach Latch 74HC573 (funktionsgleich zu dem bekannteren 74LS373, jedoch mit anderer Pin-Belegung) übernimmt bei der fallenden Flanke des ALE-Signals (Adress Latch Enable) die 8 niederwertigen Adressen vom Port 0. Die höherwertigen Adressen liefern P2.0...P2.4. Geht ALE wieder auf "high", so arbeitet P0 als Datenbus. Das Programm steckt in IC 2 (EPROM 2764). Ohne ein entsprechend programmiertes EPROM tut sich in der Hardware überhaupt nichts. Im der EPROM-Software steckt ein entscheidender Teil der Entwicklungs- arbeit des MCV1. Falls Sie geeignete Entwicklungswerkzeuge (Assembler, EPROM-Brenner, EPROM-Simulator, Emulator etc.) und natürlich entsprechende Programmier-Kenntnisse besitzen, so können Sie MCV1 selbst für Ihre Anwendung programmieren. Durch den universellen Aufbau ist MCV1 für sehr viele Aufgaben im MIDI-Bereich einsetzbar. Der 8051/31 besitzt eine komplette serielle Schnittstelle (Ein- und Ausgang), wie sie für MIDI benötigt wird. Durch Verwendung eines 12MHz-Taktes lässt sich der interne Baudratengenerator softwaremässig auf die für MIDI benötigten 31.25 kHz einstellen. Der Eingang der seriellen Schnittstelle ist P3.0 (RxD), der Ausgang P3.1 (TxD). Die MIDI-Eingangsschaltung ist rund um den Optokoppler IC6 (CNY17 II) aufgebaut. Der Eingangswiderstand R3 begrenzt den Leuchtdiodenstrom, die Diode D2 schützt die LED im Optokoppler vor negativen Eingangs- spannungen. Der Ausgang des Optokopplers (Open Collector) ist mit dem seriellen Eingang P3.0 und über einen Pull-Up-Widerstand (R2) mit +5V verbunden. Die MIDI-Out-Buchse wird über die obligatorischen 220-Ohm-Widerstände (R4, R5) an P3.1 und +5V angeschlossen. Q1, C1 und C2 sind die 8051-Standardbeschaltung des Taktoszillators gemäss Herstellerangaben. R1 und C3 erzeugen das Reset-Signal beim Einschalten. Der EA-Pin wird an Masse gelegt, um bei Verwendung eines 8051 das interne ROM abzuschalten (bei EA = 1 würde beim 8051 das interne maskenprogrammierte ROM verwendet). Beim 8031 ist der EA- Anschluss ohne Bedeutung, er besitzt kein internes ROM. Die Portanschlüsse P1.0...P1.7 sind mit den Digitaleingängen des Digital-Analog-Konverters (DAC) ZN426 (IC4) verbunden. An seinem Analog-Ausgang erscheint eine Spannung, welche proportional zum Digitalwert (P1.0...P1.7) und der Referenzspannung am Referenzeingang (RIN) ist. Der ZN426 stellt eine hochkonstante, temperaturstabile Referenzspannung von +2,5V an seinem Referenzausgang (ROUT) zur Verfügung, welcher gemäss Herstellerangaben mit R6 und C3 beschaltet und mit dem Referenzeingang verbunden wird. Da der Analogspannungsbereich des ZN426 nur von 0...+2.5 reicht und zudem nicht einstellbar ist, wird die Ausgangsspannung des DAC mit dem Operationsverstärker IC5 verstärkt. Die Verstärkung des als Elektro- meterverstärker geschalteten TL061 ist mit dem Trimmpotentiometer P1 einstellbar, um den gewünschten Spannungsbereich 0...+5V (entsprechend 5 Oktaven Tonumfang) zu erhalten. P1 ist als 25-Gang-Wendeltrimm- potentiometer ausgeführt, um eine exakte Justierung der Spreizung ("scale") der CV-Spannung zu ermöglichen. Über die Port-Anschlüsse P3.2...P3.5 werden die Schalter S1.1...S1.4 abgefragt. Da die Port-Eingänge des 8051 intern über Widerstände mit +5V verbunden sind, erübrigen sich Pull-Up-Widerstände an den Port- eingängen. Ist der betreffenden Schalter offen, so liegt "1" (="high") an, andernfalls "0" (="low"). S1.1...S1.4 dienen zur Einstellung des MIDI-Kanals (1...16). Beim Einschalten des Gerätes fragt die Software die Stellung der 4 Schalter ab und interpretiert dies als MIDI-Kanal-Nummer. S1.1 hat hierbei die niedrigste Wertigkeit (1), S1.4 die höchste (8). Ein offener Schalter wird als "1", ein geschlossener Schalter als "0" inter- pretiert. Die MIDI-Kanal-Nummer 1...16 ergibt sich durch Addition von 1 zu dem erhaltenen Digitalwert 0...15, da die Zählung bei MIDI von 1...16 geht (siehe auch "Einstellung des MIDI-Kanals"). Der Port-Anschluss P3.6 liefert das Gate-Signal. Um im "1"-Zustand ausreichend Spannung zu liefern, ist er zusätzlich über den Pull-Up- Widerstand R7 mit +5V verbunden. Der Port-Anschluss P3.7 dient zur Ansteuerung der Gate-Anzeige in Form der Leuchtdiode D5. Diese wird über den Vorwiderstand R9 angesteuert und ist an der anderen Seite mit +5V verbunden. Diese Art der Ansteuerung ist wegen des erforderlichen LED-Stroms günstiger, da die 8051-Portleitungen im "0"-Zustand mehr Strom ziehen können als im "1"- Zustand. Die LED leuchtet auf, wenn der Portanschluss P3.7 auf "0" liegt, bei "1" bleibt die LED dunkel. Die +5V-Versorgung für den gesamten Digitalteil der Schaltung wird aus der nicht stabilisierten Netzteilspannung von ca. 9...12V, welche an Bu3 anliegt, über die Schutzdiode D1 und den integrierten Spannungs- regler 7805 (IC7) erzeugt. MCV1 benötigt neben den +5V für den digitalen Schaltungsbereich (einschliesslich DAC ZN426, IC4) auch noch eine negative und eine höhere positive Spannung für die Versorgung des Operationsverstärkers TL061 (IC5). Würde der TL061 nur mit 0/+5V versorgt, so könnte er an seinem Ausgang nur eine Spannung im Bereich von ca. +1...+4V liefern, da die Ausgangsspannungen immer typ. 1V unter/über den positiven/negativen Versorgungsspannungen liegen. Er muss also mindestens mit -1V/+6V versorgt werden. Um hier ein wenig Reserve zu haben, wird er jedoch mit -3V/+7.5V versorgt. Die +7.5V werden aus direkt der Netzteilspannung vor dem 5V-Spannungs- regler IC7 über den Vorwiderstand R8 und die 7.5V-Zenerdiode D6 erzeugt. C7 dient als Siebelko für die +7.5V-Versorgung. Das Netzteil muss im belasteten Zustand mindestens noch +9V liefern, damit die +7.5V-Versorgung gewährleistet ist. Die negative Hilfsspannung wird über einen Schaltungstrick aus dem ALE-Signal des Microprozessors gewonnen. Das ALE-Signal ist ein ständig erscheinendes Rechtecksignal, da es die Übernahme der nieder- wertigen Adressen in das Latch IC2 steuert. Über eine negative Spannungs-Verdopplerschaltung aus C5, D3, D4 und C6 wird aus dem ALE- Signal eine Spannung von ca. -5V im unbelasteten Zustand erzeugt. Durch Belastung mit dem TL061 sinkt diese eine wenig ab und wird mit der Zenerdiode D7 auf ca. 3V stabilisiert. Diese Spannung ist sehr wenig belastbar und reicht gerade für die negative Versorgung des TL061 (typ. 0.5 mA Versorgungsstrom) aus. Aus diesem Grund darf der TL061 auch nicht gegen einen Vergleichstypen mit höheren Versorgungs- strom (uA741, TL081, TL071 etc.) ausgetauscht werden, da dann die negative Versorgungsspannung zusammenbricht! Schaltbild MCV1 Aufbau Die MCV1-Elektronik wird auf einer einseitigen Platine untergebracht. Durch ein ausgefeiltes Computer-Layout sind nur 2 Drahtbrücken (-U und Gate, siehe Bestückungsplan) erforderlich, sowie 2 weitere Leitungen (J1 und J2 für CV und Gate), wenn die Klinkenbuchsen für CV und Gate verwendet werden. Wenn Sie die Schaltung an Hand des Bestückungsplans und der Bauteile- liste aufbauen, so dürften eigentlich keine Schwierigkeiten auf- tauchen, wenn Sie die folgenden Hinweise beachten: Verwenden Sie einen Lötkolben geringer Leistung mit einer feinen Lötspitze (kein 100-Watt-Lötprügel!) Verwenden Sie nur dünnes Elektronik-Lötzinn (max. 1mm Durchmesser) und keinerlei Zusätze (wie etwa Lötfett, Löthonig etc.) Überprüfen Sie vor dem Bestücken die Platine auf etwaige Fehler (Leiterbahnunterbrechungen, Kurzschlüsse). Es kommt leider immer wieder vor, dass beim Platinenhersteller Fehler passieren, die in dessen Endkontrolle übersehen werden. Aus Kostengründen sind die Platinen nicht elektronisch geprüft (sonst könnten wir unsere günsti- gen Preise nicht mehr halten). Fehlerhafte, unbestückte Platinen werden kostenlos umgetauscht. Verwenden Sie für die integrierten Schaltungen unbedingt Fassungen, die ICs niemals direkt einlöten (ausgenommen der Spannungsregler IC5). Prüfen Sie vor dem Einlöten Tantalkondensatoren auf eventuelle Kurz- schlüsse mit dem Ohmmeter oder Durchgangsprüfer (aus unserer Erfahrung hat etwa jeder 500. Tantal-Kondensator einen Kurzschluss). Vergessen Sie kein Bauteil und keine Lötstelle. Erzeugen Sie beim Löten keine Kurzschlüsse zwischen Leiterbahnen und/oder Lötpunkten (aus unserer Erfahrung ist dies mit Abstand der häufigste Fehler bei den uns zur Reparatur eingesandten Baugruppen). Erzeugen Sie keine kalte Lötstelle. Löten Sie bis das Zinn den Lötpunkt ganz ausfüllt. Achten Sie auf das seitenrichtige Einlöten bzw. Einstecken (ICs) gepolter Bauteile (Dioden, Leuchtdioden, gepolte Kondensatoren, ICs, etc.) Gehen Sie beim Aufbau am besten nach der Höhe der Bauteile vor: Drahtbrücken - Widerstände und Dioden - IC-Fassungen - DIP-Schalter - Trimmpotentiometer - Kondensatoren - Stiftleisten - Leuchtdioden - Quarz - Print-Buchsen - Spannungsregler mit Kühlkörper Stecken Sie die ICs erst nach dem Aufbau in die vorgesehenen Fassungen, nachdem Sie zuvor die korrekten Spannungsversorgungen zunächst ohne eingesteckte ICs überprüft haben. Gehen Sie vor, wie im Abschnitt 'Test' beschrieben. Achten Sie unbedingt auf das seiten- richtige Einstecken der ICs! Ein seitenverkehrt eingestecktes IC wird mit grosser Wahrscheinlichkeit beim Einschalten zerstört! Werden die Klinkenbuchsen BU4 und BU5 verwendet, so müssen zwischen den zwei 3-poligen Anschlussfeldern ST1 und ST2 zwei Leitungen (J1 und J2 für CV und Gate) gezogen werden, die das CV- und Gate-Signal von ST1 zu den Klinkenbuchsen führen. Über ST2 befinden sich noch weitere Lötpunkte, die die Verwendung eines Stereo-Klinken-Steckers für beide Signale (Gate und CV) ermöglichen, indem Gate und CV auf die beiden Anschlüsse einer der beiden Stereo-Klinkenbuchsen geführt wird. Werden die Klinkenbuchsen nicht benötigt, so entfallen diese beiden Leitungen. CV und Gate werden dann (zusammen mit Masse) direkt an ST1 abgenommen. Die Leuchtdiode D5 (D5') kann (alternativ) an 2 Stellen vorgesehen werden. D5 wird direkt neben R9 eingebaut, wenn die Klinkenbuchsen BU4 und BU5 nicht benötigt und CV/Gate direkt an ST1 abgenommen werden. D5' wird zwischen den beiden Klinkenbuchsen eingelötet, wenn diese für die Entnahme von CV und Gate vorgesehen werden. Die Beinchen der LED werden dann um 90° abgebogen, so dass zwischen den beiden Klinken- buchsen die optische Gate-Anzeige gut von aussen zu erkennen ist. Werden die Klinkenbuchsen nicht benötigt, so kann der hintere Teil der Platine abgesägt werden, so dass die Platine bei direktem Einbau nochmals kleiner wird. Die MCV1-Platine kann beim Einbau in das nachzurüstende Gerät oder in ein eigenes kleines Gehäuse an geeigneter Stelle mit 4 Abstandbolzen montiert werden. Auf der Platine sind hierfür geeignete Bohrungen vorgesehen. Bestückungsplan MCV1 Bauteileliste MCV1 R1 Kohleschicht-Widerstand 10k, 5% R2 Kohleschicht-Widerstand 2k2, 5% R3, R4, R5 Kohleschicht-Widerstand 220 Ohm, 5% R6, R8, R9 Kohleschicht-Widerstand 390 Ohm, 5% R7 Kohleschicht-Widerstand 1k, 5% P1 Wendeltrimmpotentiometer 25-Gang, 10k C1, C2 Kondensator 22pF, keramisch, Raster 2.5mm C3 Tantalelko 6.8...10uF/16V, Raster 2.5mm C4 Kondensator 10nF, keramisch, Raster 2.5mm C5, C6 Elko, 100...470uF/10V, stehend, Raster 2.5mm C7, C8 Tantalelko 1.5...6.8uF/16V, Raster 2.5mm C9, Ce (4x) Tantalelko 1.5...6.8uF/16V, Raster 2.5/5mm oder Kondensator 10...100nF, keramisch, Raster 2.5/5mm X1 Quarz 12MHz D1 Diode 1N4001...4007 D2, D3, D4 Diode 1N4148 D5 (D5') Leuchtdiode 3 oder 5mm Durchmesser D6 Zener-Diode 7.5V (ZPD7V5) D7 Zener-Diode 3V (ZPD3V0) IC1 Single-Chip-Computer SAB8031 oder SAB8051 IC2 EPROM 2764, Programmversion MCV1 IC3 74HC573, 74HCT573 IC4 ZN426E-8 IC5 TL061 IC6 Optokoppler CNY17/II IC7 5V-Spannungsregler 7805 S1.1...S1.4 DIP-Schalter 4-polig BU1, BU2 5-polige DIN-Buchse, Printversion BU3 Kleinspannungsbuchse, Printversion BU4, BU5 6.3mm (Stereo-)Klinkenbuchse, Printversion ST1,ST2 3-polige Stiftleiste 1-reihig, Raster 2.54mm 1 IC-Fassung 40-polig 1 IC-Fassung 28-polig 1 IC-Fassung 20-polig 1 IC-Fassung 14-polig 2 IC-Fassung 8-polig 2 Blankdrahtstücke (für Drahtbrücken unter IC5, S1.1...S1.4) (z.B. Abschnitte der Widerstände) 2 Abschnitte isolierte Litze (für J1, J2) 1 Kühlkörper für IC7 mit Montagematerial 1 Platine MCV1 1 Steckernetzteil 9...12V unstabilisiert / 300 mA (nicht im Liefer- umfang von MCV1 enthalten, muss ggf. separat bestellt werden) Test Wenn Sie alle Hinweise im vorhergehenden Abschnitt beachtet haben, so müsste die Schaltung eigentlich auf Anhieb funktionieren. Schliessen Sie zum Test das externe Stecknetzteil an und überprüfen Sie (noch ohne eingesteckte ICs!), ob die +5V (mit max. 5% Toleranz) und die +7.5V (10% Toleranz) anliegen. Falls nicht, so kann ein Kurzschluss oder ein falsch gepolter oder defekter Entkopplungskondensator die Ursache sein. Auch bei falsch gepoltem Netzteil liegen die Ver- sorgungsspannungen nicht korrekt an. Die -3V können noch nicht anliegen, da hierzu der SAB8051 erforderlich ist, der das ALE-Signal liefert. Setzen Sie nun die ICs seitenrichtig bei abgeschalteter Versorgung in die Fassungen. Schliessen Sie das Netzteil wieder an und überprüfen Sie die -3V-Versorgung (20% Toleranz erlaubt). Beim Einstecken des Netzteils muss die Gate-LED kurz aufleuchten (Reset-Routine), andernfalls liegt ein Fehler vor (z.B. LED seitenverkehrt, Kurzschluss, Bauteil defekt). Stellen Sie am DIP-Schalter den gewünschten MIDI-Kanal ein und verbinden Sie die MIDI-In-Buchse des MCV1 mit einem geeigneten MIDI- Sender. Wenn nun der MIDI-Sender auf dem von Ihnen am MCV1 eingestel- lten Kanal sendet, so muss die Kontroll-Leuchtdiode D5 (bzw. D5') immer dann aufleuchten, wenn ein Note-On-Befehl das Gate-Signal aktiviert. Der korrespondierende Note-Off-Befehl (d.h. Loslassen der Taste) muss die LED zum erlöschen bringen, da das Gate-Signal deaktiviert wird. Ist dies der Fall, so kann nun die CV-Spannung justiert werden. Hierzu drückt man auf dem Steuerkeyboard zunächst die Referenz-Taste (normalerweise 'C' mit MIDI-Code 36) und überprüft, ob die CV-Spannung möglichst genau 0 V ist. Weicht die Spannung hiervon ab (z.B. 0.03 V), so notiert man diesen Wert. Nun drückt man eine Taste 5 Oktaven höher und justiert CV mit P1 möglichst genau auf 5.00 V (bzw. 4.00 V wenn nur eine 4-Oktaven-Tastatur zur Verfügung steht). Falls die Spannung beim Drücken der Referenztaste nicht genau 0.00 V war, so muss die Spannung nun auch entsprechend höher oder niedriger sein (z.B. 5.03 V). Entscheidend ist, dass die Differenz möglichst genau 5.00 V (bzw. 4.00 V bei 4 Oktaven) ist! Nach dieser Justierung ist das MCV1 betriebsbereit. Lesen Sie nun bitte bei der Bedienungsanleitung (am Anfang der Anleitung) weiter. Falls die Schaltung nicht wie gewünscht arbeitet und sie sonst keinen Fehler feststellen können, so überprüfen Sie bitte, ob der Oszillator des Microcontrollers schwingt (12 MHz Signal an Pin 18 und 19) und ob an Pin 9 (Reset) der Pegel nach dem Einschalten kurz auf +5V liegt und dann auf 0V abfällt. Überprüfen Sie sicherheitshalber die Platine nochmals auf etwaige Kurzschlüsse oder Leiterbahnunterbrechungen. Kontrollieren Sie, ob das EPROM richtig gebrannt ist (Aufkleber) und ob alle ICs seitenrichtig eingesteckt sind. Falls Sie bei der Fehlersuche nicht weiterkommen, so steht Ihnen unser Reparaturservice zur Verfügung, wobei wir die benötigte Arbeitszeit, sowie eventuell benötigte Ersatzteile in Rechnung stellen. Umbau auf "switched trigger" Einige Synthesizer (insbesondere die meisten Moog-Synthesizer) arbeiten nicht mit einer Gate-Spannung, sondern mit einem sogenannten "switched trigger". Die Hüllkurvengeneratoren werden hier nicht durch einen Spannungsimpuls gestartet, sondern durch einen Schaltkontakt. Um einen Synthesizer mit "switched trigger" mit dem MCV1 anzusteuern, sind 2 zusätzliche Bauteile erforderlich: ein Widerstand (ca. 10k, unkritisch) und ein npn-Universal-Transisitor (z.B. BC547). Das Schaltbild hierzu finden Sie unten. Die Zusatzschaltung kann z.B. direkt an der Gate-Klinkenbuchse vorgesehen werden. Literaturhinweise Datenbuch Microcontroller SAB8031/8051 (User's Manual), Fa. Siemens, München Microcontrollers Data Book/Handbook, Fa. Advanced Micro Devices (AMD), München MC-Baustein-Mitteilungen (MC Components Info) zu SAB 8051, herausgegeben von Siemens AG, Bereich Bauelemente WIS MCB Systemberatung, Balanstr. 73, 8000 München 80 Otmar Feger, Die 8051 Mikrocontroller-Familie, Verlag Markt&Technik, Haar bei München, ISBN 3-89090-360-6 Klaus-Peter Köhn, Die Familie 8051, Franzis-Verlag, München ISBN 3-7723-9771-9 Otmar Feger, Applikationen zur 8051 Mikrocontroller-Familie, Verlag Markt&Technik, Haar bei München, ISBN 3-89090-657-5 Datenblatt E510, Doepfer-Musikelektronik, Lochhamer Str. 63, 8032 Gräfelfing, Tel (089) 85 55 78 Matthias Marras, MIDIrigent, ELRAD Heft 10/1987, Seite 63-66, Heise- Verlag, Hannover Robert Langer, Drum-to-MIDI-Interface, ELRAD Heft 7+8/88, Heise- Verlag, Hannover Matthias Marras, MIDI-Basspedal, ELRAD Heft 9/88, Heise-Verlag, Hannover Dieter Doepfer, MIDI-Anschluss für Tastaturen, Funkschau Heft 12/88, Franzis-Verlag, München Hans Langhofer und Dieter Doepfer, Steuerzentrale für Synthesizer, Funkschau Heft 20/88, Seite 57 ff. und 89ff., Franzis-Verlag, München Jürk Habel und Dieter Doepfer, MIDI-Interface für Oldtimer, Funkschau Hefte 9/89, 10/89 und 11/89, Franzis-Verlag, München Philipp, MIDI-Kompendium II, Verlag Kaphel & Phillip, ISBN 3-925020-00-4 Richard Aicher, Das MIDI-Praxis-Buch, Signum-Verlag, München, 1987 ISBN 3-924767-12-2