สเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่ควบคุมโดย MIDI พร้อมชิป Direct Digital Synthesis (DDS) 3 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

เคยมีความคิดแย่ๆ ที่ต้องทำเป็นมินิโปรเจ็กต์ไหม? ฉันกำลังเล่นสเก็ตช์ที่ฉันสร้างขึ้นสำหรับ Arduino Due โดยมุ่งเป้าไปที่การสร้างเพลงด้วยโมดูล AD9833 Direct Digital Synthesis (DDS) … และเมื่อถึงจุดหนึ่งฉันก็คิดว่า "เฮ้ บางทีฉันควรจะติดตั้งสเต็ปเปอร์มอเตอร์/ไดรเวอร์ นี้". และความคิดนั้นก็เป็นสิ่งที่จุดประกายโครงการเล็กๆ ที่อิงจากเขียงหั่นขนมนี้

ในโครงการนี้จะมีโค้ดบางส่วนสำหรับการใช้ MIDI-over-USB เพื่อควบคุม Arduino Due และส่งคลื่นสี่เหลี่ยมระหว่างโมดูล AD9833 และไดรเวอร์สเต็ปเปอร์ นอกจากนี้ยังมีไดอะแกรมและคำแนะนำพื้นฐานสำหรับการเชื่อมต่อสิ่งนี้กับ Arduino Due

เสบียง:

สิ่งที่คุณต้องการสำหรับโครงการนี้:

Arduino Due

หมายเหตุ: รหัสนี้เขียนขึ้นสำหรับ Due แต่ควรใช้งานได้และ/หรือดัดแปลงสำหรับ Zero ด้วย มันใช้ไลบรารี MIDIUSB ของ Arduino ซึ่งต้องใช้พอร์ต USB ดั้งเดิม

เขียงหั่นขนม Solderless + จัมเปอร์

AD9833 โมดูลฝ่าวงล้อม

A4988 Stepper Driver (หรือเทียบเท่า)

NEMA 17 Stepper Motor (หรือคล้ายกัน)

- พาวเวอร์ซัพพลาย 24V (หมายเหตุ ฉันเลือกค่านี้ที่ 24 โวลต์ เพราะมันมากกว่าแรงดันไฟฟ้าของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่ระบุ การใช้งานของคุณอาจแตกต่างกันหากคุณใช้มอเตอร์ที่ใหญ่กว่า)

ขั้นตอนที่ 1: เขียงหั่นขนม

แนวคิดพื้นฐานเบื้องหลังนี้คือ IC การสังเคราะห์ทางดิจิตอลโดยตรงจะสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมเพื่อขับเคลื่อนพิน "ขั้นตอน" ของไดรเวอร์สเต็ปเปอร์มอเตอร์ ตัวขับสเต็ปเปอร์นี้จะเคลื่อนมอเตอร์ตามความถี่เสียงที่ระบุ ทิศทางของมอเตอร์ค่อนข้างจะเป็นไปตามอำเภอใจตราบเท่าที่มันก้าวไปที่ความถี่ที่ถูกต้อง

แนวทางที่ฉันชอบทำกับการทำ breadboarding คือการรันพินพาวเวอร์และกราวด์ก่อน จากนั้นจึงเริ่มรันการเชื่อมต่ออื่นๆ ที่ไม่ใช่พลังงานทั้งหมด

พื้น:

- เชื่อมต่อ AGND และ DGND Pins ของโมดูล AD9833 กับ GND Rail บนเขียงหั่นขนม

- เชื่อมต่อ GND Pins สองตัวบน Stepper Driver เข้ากับ GND Rail

- นำสิ่งนี้ไปยัง GND Pins ของ Arduino Due ตัวใดตัวหนึ่ง

3.3V พลังงาน:

- เชื่อมต่อ VDD Pin ของ Stepper Driver กับ V+ Rail. ของ breadboard

- เชื่อมต่อ VCC Pin ของ AD9833 Module กับ V+ Rail. ของ breadboard

- นำไปไว้ที่ 3.3V Pin. ของ Arduino Due

กำลังไฟ 24V:

- เชื่อมต่อพิน VMOT กับแหล่งจ่ายไฟ DC 24V (ขึ้นอยู่กับตัวเลือกของมอเตอร์ คุณอาจต้องการใช้รางจ่ายไฟที่สูงขึ้นหรือต่ำลง)

การเชื่อมต่อระหว่างโมดูลกับโมดูล:

- เชื่อมต่อพิน OUT จากโมดูล AD9833 เข้ากับพิน STEP ของไดรเวอร์มอเตอร์

การเชื่อมต่อไดร์เวอร์สเต็ปเปอร์:

- เชื่อมต่อการเชื่อมต่อ Stepper Motor กับพิน 2B/2A/1A/1B ขั้วไม่สำคัญ ตราบใดที่เฟสของไดรเวอร์ตรงกับขั้นตอนของสเต็ปเปอร์มอเตอร์

- เชื่อมต่อ RESET และ SLEEP Pins เข้าด้วยกัน และนำไปยัง Arduino Due Pin 8

- เชื่อมต่อ DIR Pin กับ 3.3V Rail

AD9833 การเชื่อมต่อโมดูล:

- เชื่อมต่อ SCLK กับขา SCK ของ Arduino Due โปรดทราบว่าพินนี้อยู่บนส่วนหัว ICSP ตัวผู้ 6 พิน ใกล้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ ไม่ใช่บนส่วนหัวของตัวเมียภายนอกทั่วไป

- เชื่อมต่อ SDATA Pin กับขา MOSI ของ Due โปรดทราบว่าพินนี้อยู่บนส่วนหัว ICSP ตัวผู้ 6 พิน ใกล้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ ไม่ใช่บนส่วนหัวของตัวเมียภายนอกทั่วไป

- เชื่อมต่อ FSYNC กับ Arduino Due Pin 6 (นี่คือพิน Chip Select สำหรับโครงการนี้)

เมื่อประกอบเขียงหั่นขนมเสร็จแล้วก็ถึงเวลาดูรหัส!

ขั้นตอนที่ 2: การเขียนโปรแกรมและการตั้งค่า MIDI

ภาพร่าง.ino ที่แนบมาจะใช้อินพุต USB-MIDI ผ่านพอร์ต Native USB ของ Arduino Due และจะใช้พวกมันเพื่อขับเคลื่อน AD9833 ชิปนี้มี DAC ที่ทำงานที่ 25MHz พร้อมความละเอียดความถี่ 28 บิต (รวมเกินสำหรับสิ่งที่จำเป็นที่นี่) และโค้ดส่วนใหญ่ในที่นี้กำหนดค่าให้ทำงานและส่งออกคลื่นสี่เหลี่ยม

หมายเหตุ: มีพอร์ต USB สองพอร์ต อันหนึ่งใช้สำหรับตั้งโปรแกรมบอร์ด และอีกอันจะใช้สำหรับการสื่อสาร MIDI-over-USB

โปรดทราบว่าสเก็ตช์นี้จะไม่ทำงานตามที่เป็นอยู่ใน Arduino Uno - โปรเจ็กต์นี้มีความต้องการเฉพาะสำหรับ Native USB ใน Arduino Due หรืออุปกรณ์ที่คล้ายกัน

ตัวเลือกการปรับแต่ง:

- มี 2 โหมดซึ่งสามารถตั้งค่าได้ด้วยคำจำกัดความมาโครตัวประมวลผลล่วงหน้า ถ้า "#define STOPNOTES" ยังคงไม่เสียหาย stepper จะหยุดระหว่างโน้ต สิ่งนี้ไม่เป็นที่ต้องการเสมอไป (เช่น การเล่น arpeggios แบบเร็ว) ดังนั้นหากต้องการเปลี่ยนพฤติกรรมนี้ เพียงลบหรือแสดงความคิดเห็นว่าคำสั่ง #define แล้ว stepper จะทำงานอย่างต่อเนื่องเมื่อเล่น

- ฉันใช้คีย์บอร์ด MIDI ขนาด 2 อ็อกเทฟราคาถูกที่มีปุ่มขึ้น/ลงคู่อ็อกเทฟ แต่ในกรณีที่คุณไม่มีตัวเลือกนั้น คุณสามารถเลื่อนการแปลความถี่ด้านล่างออกเทฟด้วยการคูณหรือหารด้วยยกกำลัง 2

การแปล MIDI เป็นความถี่เสร็จสิ้นด้วยบรรทัดนี้ในฟังก์ชัน playNote:int f_out = (int)(27.5*pow(2, ((float)midiNote-33)/12));

- ฉันมักจะใช้พีซีเพื่อเชื่อมต่อผ่าน USB MIDI - คุณสามารถทำได้จากซอฟต์แวร์ Digital Audio Workstation (DAW) ที่คุณชื่นชอบ หากคุณไม่มี การติดตั้งระบบนี้ค่อนข้างง่ายโดยใช้ LMMS ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มโอเพ่นซอร์สฟรี เมื่อติดตั้งและใช้งานแล้ว เพียงตั้งค่า Arduino Due เป็นอุปกรณ์เอาต์พุต MIDI และหากคุณใช้แป้นพิมพ์ USB MIDI ให้ตั้งค่านั้นเป็นอินพุต

ขั้นตอนที่ 3: การทดสอบและทดลอง

ได้เวลาเล่นสเต็ปเปอร์มอเตอร์ของคุณแล้ว!

ตามที่ระบุไว้ แนวคิดทั้งหมดที่อยู่เบื้องหลังนี้เป็นการทดลองแบบไม่ต้องผูกมัด ดังนั้นไม่ว่าอย่างไรก็ตาม ทำการทดลองของคุณเอง!