COLD GROUND STUDIO

Midibox Hardwarecontroller

home / technisches / Midibox

Neubau der Elektronik meines MIDI-Controllers

beim Löten
beim "Hardware-Debugging" der Hauptplatine vor dem Einbau.



Hardware

Die Hardware beruht, wie schon in der alten Version, zum sehr großen Teil auf dem Entwurf von Thorsten Klose (http://www.ucapps.de). Das besondere ist, dass ich es mal wieder übertrieben habe und gleich 6 (geplant waren gar 7) solcher Module in Reihe aufgebaut habe.
Ich gehe davon aus, dass die meisten, die das hier lesen sowieso das Midibox-Projekt Und Thorsten Kloses Seiten kennen. Ich werde daher nicht auf jedes Detail eingehen. Was MIOS, MIOS-Studio etc. ist kann man dort nachlesen. Ebenso die Schematics.

Hardware-Architektur
Hardware schematisch

Grundsätzliches zum Hardwareentwurf


Der eigentliche Hardware-Neu-Entwurf geht bis 2002 zurück und basiert noch auf der alten Variante mit 16F877 Microcontrollern.
Im Gegensatz zu Thorstens Layouts habe ich mit SMD-Bauteilen gearbeitet, wo immer das möglich und sinnvoll war. (z.B. gibt die Spannungsregler LM317 auch als SMD-package aber das TO-220 Gehäuse konnte auf der Oberseite platzsparender angeordnet werden.)
SMD wurde aus zwei Gründen gewählt:
1. Wollte ich zwei Motorfadermodule auf 200mm x 50mm bringen. Das war nur mit SMD wirklich möglich.
2. Finde ich SMD cooler und lässt sich was ICs betrifft im allgemeinen schneller löten.

SMD hat sich für das MIDIBox-Projekt aber nicht bewährt!

Abgesehen vom Platzbedarf gibt es nur Nachteile. Die Shiftregister und Multiplexer lassen sich schneller Löten als ihre DIP-Pendants. Das wars aber auch schon. SMD-Widerstände und -Kondensatoren sind immer etwas fummelig, allerdings entfällt das Bohren, Knicken und Abschneiden - bleibt vom Aufwand also gleich. Alles andere lässt sich schlechter Löten. PLCC-Gehäuse von PIC bespielsweise. Hier musste ich jeden Pin nach dem Löten nachmessen.
Das entscheidente KO-Kriterium ist aber das Hardware-Debugging. Es ist alles kleiner. Man kann schlechter messen und es ergeben sich manchmal beim Selberätzen oder auch beim Löten kleine fast unsichtbare Brücken. Und das bei einem Projekt mit mehr als 80 Buttons, 80 LEDs, 34 Motorfader, 72 Potis. *nerv*

Die Nummerierung der Module (== Id des PICs beim Brennen) wurde folgendermassen gewählt:
Nummer 1 - das erste Modul. Modul mit Id 0 wollte ich vermeiden um versehentliches Aufspielen der Software mit MIOS-Studio zu verhindern. Danach kommen Modul 2, 3 und 4. Modul 9 ist das letzte, die Id sollte einstellig sein. Das davor hat dann logischerweise die Nummer 8. Es könnten also noch 3 Module dazwischen geschoden werden. Vielleicht baue ich noch mal ein Motorfadermodul. Aber eigentlich lohnt es sich für die beiden Masterfader nicht wirklich. Zumal ich eh nur einen benutze.

MIDIBOX 1 und 2:


Die ersten beiden Module mit je einem PIC18f452 kümmern sich um je 8 Motorfader. Am ersten Modul sind zusätzlich noch die Menu-Buttons angeschlossen. Da die Kommunikation von Modul zu Modul unidirectional per MIDI erfolgt musste das so sein, weil ein hinteres Modul keine Nachrichten zu einem weiter vorn in der Kette senden kann.
Beide Module sind zusammen auf einer Platine angeordnet. Bei der MIDI-Verbindung auf einer Platine wurde auf eine "richtige" MIDI-Verbindung verzichtet und nur TX des einen PICs mit RX des anderen verbunden.

MIDIBOX 3 und 4:


Diese beiden Module sind analog zu Modul 1 und 2. Es fehlt lediglich die Funktionalität für Button-Input.

Die Layouts für die Motorfadermodule wurden mit Eagle Free (Größe 100mm x 50mm) erstellt und dann im Graphikprogramm zur entgültigen Größe von 200mm x 50mm zusammengebaut. Damit entsprechen jeweil zwei neue Motorfadermodule zusammen auf einer Platine genau der Größe eines alten Motorfadermoduls.
Genaugenommen existieren 4 verschiedene Varianten der Motorfadermodule (100mm x 50mm).

Motorfader-Modul Oberseite Motorfader-Modul Unterseite
Motorfader-Modul 3/4 Oberseite und Unterseite, zum Vergleich jeweils eine alte Motorfaderansteuerung

Ein komplettes Motorfadermodul ohne Buttons als Ausgangsentwurf
Ein linkes Modul ohne Buttons und ohne richtigen MIDI-Out
Ein linkes Modul mit Buttons und ohne richtigen MIDI-Out
Ein rechtes Modul ohne Optokoppler.

MIDIBOX 8 und 9:


Hier sind auf einer größeren Platine zwei PICs verbaut die sich mit diversen Shiftregistern und Multiplexern je um 40 Buttons mit LEDs und 40 Potis (bzw. unmotorisierte Fader) kümmern. Modul 9 als letztes Glied in der Kette steuert die zwei Display an. So kann Modul auch Information von allen anderen Modulen anzeigen.
Das Layout dafür werde ich nicht veröffentlichen. Hauptsächlich weil es falsch ist. So habe ich diverse Pins der PICs verwechselt (ist auch blöd dass AN3 gleich RA3 ist, aber AN4 an Pin RA5 liegt...), was nur mit Kratzen und neu verkabeln und mit Softwareänderungen behoben werden konnte. Dazu kam noch eine vergessene Massenbrücke und ein paar Stellen wo die Leiterbahnen ungüstig dicht nebeneinander verlaufen. (letzteres ist allerdings nur für Selberätzer von Belang).

Modul 8/9 Oberseite Modul 8/9 Unterseite
Platine für Modul 8 und 9
(die Kabel von PIC zu den Displays auf der Unterseite sind notwendig, weil ich die Leiterbahnen beim Auslöten eines defekten PICs zerstört habe...)


Veränderungen der Hardware gegenüber den originalen Entwürfen

Bauteile

- Bei vielen Bauteilen wurden einfach die SMD-Varianten genommen.
- Manche Bauteile des Originalentwurfs waren leider nicht als SMD-Package verfügbar, hier musste ich auf Ersatztypen ausweichen.
- Statt diskrete Widerstände für die Pull-Ups bei den Buttons habe ich 4-fach-R-Netzwerke verlötet. (viel eleganter!)
- Die TC4427 wurden bis auf Modul 1 durch pinkompatible MIC4427 ersetzt. Der Grund dafür war, dass die SMD-Varianten der TC4427 nur ca. halb so viel Leistung verbraten können, wie die DIP-Typen. Ich hatte diesbezüglich mehrere Probleme. Ein paar TC4427 sind mir abgeraucht, ebenso mehrfach ein ansteuerndes 74HC595. (latch up?) Die MIC4427 im SOT
- einige Bauelements entsprechen denen der Original-MIDIBox-Designs.
- wo sowieso Brücken hinmußten habe ich gleich bedrahtete Widerstände statt 0805er benutzt.

Schaltung

Die Schaltung entspricht im wesentlich Thorstens Entwürfen. Jedoch habe ich nur genau das benutzt was ich brauche. Z.B. keine Midi-Aktivitäts-LED. Zusätzlich habe ich beim Motorfader-Modul diverse 100n-Kondensatoren zwischen Versorgungsspannung und Masse bei dem H-Brücken gelötet. Auch den Widerstand am LM317 musste ich verändern, da ich 10V für die Motorfader brauchte. Die Ansteuerungsleitungen zu dem Multiplexern wurden auch vertauscht, aber nicht mit Absicht...