Motore passo-passo controllato via MIDI con un chip di sintesi digitale diretta (DDS): 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Hai mai avuto una cattiva idea di dover SOLO trasformare in un mini progetto? Beh, stavo scherzando con uno schizzo che avevo fatto per Arduino Due finalizzato a fare musica con un modulo di sintesi digitale diretta (DDS) AD9833… e ad un certo punto ho pensato "ehi, forse dovrei montare un motore/driver questo". E quell'idea è esattamente ciò che ha scatenato questo piccolo progetto basato su breadboard.

In questo progetto sarà incluso un codice per l'utilizzo di MIDI-over-USB per controllare un Arduino Due e l'invio di onde quadre tra un modulo AD9833 e il driver stepper. Ci saranno anche uno schema e le istruzioni di base per collegarlo a un Arduino Due.

Forniture:

Cosa ti servirà per questo progetto:

Arduino Due

NOTA: Il codice è scritto per il Due, ma dovrebbe funzionare e/o essere adattato anche per lo Zero. Utilizza la libreria MIDIUSB di Arduino, che richiede una porta USB nativa.

Tagliere senza saldatura + ponticelli

Modulo Breakout AD9833

A4988 Stepper Driver (o simile)

Motore passo-passo NEMA 17 (o simile)

- Alimentazione 24V (nota, ho scelto questo valore di 24 Volt perché era maggiore della tensione nominale del motore passo-passo. La tua implementazione potrebbe essere diversa se usi un motore più grande)

Passaggio 1: breadboard

L'idea alla base di questo è che il circuito integrato per la sintesi digitale diretta genererà un'onda quadra per pilotare il pin "passo" del driver del motore passo-passo. Questo driver passo-passo sposterà quindi il motore alla frequenza udibile specificata. La direzione del motore è in qualche modo arbitraria purché passi alla frequenza corretta.

L'approccio che preferisco adottare con il breadboard è eseguire prima i pin di alimentazione e le masse e poi iniziare a eseguire tutte le altre connessioni non di alimentazione.

Terreno:

- Collegare i pin AGND e DGND del modulo AD9833 alla guida GND sulla breadboard.

- Collega i due pin GND sullo Stepper Driver alla guida GND

- Portalo su uno dei pin GND di Arduino Due

Potenza 3,3 V:

- Collega il Pin VDD dello Stepper Driver al V+ Rail della breadboard

- Collega il Pin VCC del Modulo AD9833 al V+ Rail della breadboard

- Portalo al pin 3.3V di Arduino Due

Alimentazione 24V:

- Collegare il pin VMOT all'alimentatore 24 V CC (a seconda della scelta del motore, potrebbe essere necessario eseguire una guida di alimentazione più alta o più bassa)

Connessione da modulo a modulo:

- Collegare il pin OUT del modulo AD9833 al pin STEP del driver del motore

Connessioni del driver passo-passo:

- Collegare le connessioni del motore passo-passo ai Pin 2B/2A/1A/1B. La polarità non è così importante, purché le fasi del driver corrispondano a quelle del motore passo-passo.

- Collega i Pin RESET e SLEEP insieme e portali al Due Pin 8 di Arduino.

- Collega il Pin DIR al Rail 3.3V

Connessioni del modulo AD9833:

- Collega SCLK al pin SCK di Arduino Due. Si noti che questo pin si trova sull'intestazione ICSP maschio a 6 pin vicino al microcontrollore, non sulle normali intestazioni femminili esterne.

- Collegare il pin SDATA al pin MOSI del Due. Si noti che questo pin si trova sull'intestazione ICSP maschio a 6 pin vicino al microcontrollore, non sulle normali intestazioni femminili esterne.

- Collega l'FSYNC all'Arduino Due Pin 6 (questo è il pin Chip Select per questo progetto)

Ora che la breadboard è completamente assemblata, è il momento di dare un'occhiata al codice!

Passaggio 2: programmazione e configurazione MIDI

Lo sketch.ino allegato prenderà gli ingressi USB-MIDI attraverso la porta USB nativa di Arduino Due e li utilizzerà per pilotare l'AD9833. Questo chip ha un DAC che funziona a 25 MHz con 28 bit di risoluzione in frequenza (overkill totale per ciò che è necessario qui) e gran parte del codice qui lo sta configurando per eseguire ed emettere un'onda quadra.

Nota: ci sono due porte USB. Uno viene utilizzato per la programmazione della scheda e l'altro verrà utilizzato per le comunicazioni MIDI-over-USB

Nota che questo schizzo non funzionerà così com'è su Arduino Uno: questo progetto è specifico per la sua necessità di USB nativo in Arduino Due o dispositivi simili

Opzioni di personalizzazione:

- Ci sono 2 modalità, che possono essere impostate da una definizione di macro del preprocessore. Se "#define STOPNOTES" viene lasciato intatto, lo stepper si fermerà tra le note. Ciò non è sempre desiderato (ad esempio, suonare arpeggi veloci), quindi per modificare questo comportamento, è sufficiente eliminare o commentare l'istruzione #define e lo stepper verrà eseguito continuamente una volta riprodotto.

- Uso una tastiera MIDI economica da 2 ottave con questa che ha un pulsante di ottava su/giù, ma nel caso in cui non disponi di questa opzione, puoi spostare di ottava la traduzione di frequenza inferiore moltiplicando o dividendo per potenze di 2.

La conversione da MIDI a frequenza viene eseguita con questa riga nella funzione playNote:int f_out = (int)(27.5*pow(2, ((float)midiNote-33)/12));

- Tendo a usare il mio PC per l'interfacciamento tramite USB MIDI - puoi farlo dal tuo software Digital Audio Workstation (DAW) preferito. Se non ne hai uno, è abbastanza facile configurare questo sistema utilizzando LMMS, una piattaforma open source gratuita. Una volta installato e funzionante, imposta semplicemente Arduino Due come dispositivo di output MIDI e, se stai utilizzando una tastiera MIDI USB, impostalo come input.

Passaggio 3: test e sperimentazione

È ora di suonare il tuo motore passo-passo!

Come affermato, l'intera idea alla base di questo era una specie di esperimento a braccio, quindi con tutti i mezzi, fai qualche esperimento tu stesso!