Wiring

オシレーターの調整

なんとかオシレーターの調整を完了したが、仕様の共通化は失敗した。

波形は、オシレーターの差分をPWMに変換したもの。



次のフロントパネル固定仕様のスタックが可能な基板で実績を積んで、コンデンサーの設定を確定したいところ。

試作2号機の配線を行う

Ports

#define LEDorg 44 // LED on D44
#define LEDorg_ON (CORE_PIN44_PORTSET = (1<<22))
#define LEDorg_OFF (CORE_PIN44_PORTCLEAR = (1<<22))

#define LED2org 48 // LED on D48
#define LED2org_ON (CORE_PIN48_PORTSET = (1<<9))
#define LED2org_OFF (CORE_PIN48_PORTCLEAR = (1<<9))

#define LEDlav 45
#define LEDlav_ON (CORE_PIN45_PORTSET = (1<<23))
#define LEDlav_OFF (CORE_PIN45_PORTCLEAR = (1<<23))

#define LED2lav 49
#define LED2lav_ON (CORE_PIN49_PORTSET = (1<<4))
#define LED2lav_OFF (CORE_PIN49_PORTCLEAR = (1<<4))


#define LEDvol 28 // LED on D28 Switching the "LED in Eyeball"
#define LEDvol_ON (CORE_PIN28_PORTSET = (1<<16))
#define LEDvol_OFF (CORE_PIN28_PORTCLEAR = (1<<16))

#define LEDvol2 13 // Switching the BIAS
#define LEDvol2_ON (CORE_PIN13_PORTSET = (1<<5))
#define LEDvol2_OFF (CORE_PIN13_PORTCLEAR = (1<<5))

#define LEDvol3 2 // Switching the Audio Levels
#define LEDvol3_ON (CORE_PIN2_PORTSET = (1<<0))
#define LEDvol3_OFF (CORE_PIN2_PORTCLEAR = (1<<0))

#define LED0 0 // Switching the Sequence Start Indicator
#define LED0_ON (CORE_PIN0_PORTSET = (16<<0))
#define LED0_OFF (CORE_PIN0_PORTCLEAR = (16<<0))

#define CS01 29
#define CS01_ON (CORE_PIN29_PORTSET = (1<<18))
#define CS01_OFF (CORE_PIN29_PORTCLEAR = (1<<18))

#define LDAC01 33
#define LDAC01_ON (CORE_PIN33_PORTSET = (1<<24))
#define LDAC01_OFF (CORE_PIN33_PORTCLEAR = (1<<24))

#define CS02 31
#define CS02_ON (CORE_PIN31_PORTSET = (1<<10))
#define CS02_OFF (CORE_PIN31_PORTCLEAR = (1<<10))

#define LDAC02 14
#define LDAC02_ON (CORE_PIN14_PORTSET = (1<<1))
#define LDAC02_OFF (CORE_PIN14_PORTCLEAR = (1<<1))

#define CS03 47
#define CS03_ON (CORE_PIN47_PORTSET = (1<<8))
#define CS03_OFF (CORE_PIN47_PORTCLEAR = (1<<8))

#define LDAC03 46
#define LDAC03_ON (CORE_PIN46_PORTSET = (1<<21))
#define LDAC03_OFF (CORE_PIN46_PORTCLEAR = (1<<21))

#define CS04 15
#define CS04_ON (CORE_PIN15_PORTSET = (1<<0))
#define CS04_OFF (CORE_PIN15_PORTCLEAR = (1<<0))

#define LDAC04 16
#define LDAC04_ON (CORE_PIN16_PORTSET = (1<<0))
#define LDAC04_OFF (CORE_PIN16_PORTCLEAR = (1<<0))

#define CS05 20
#define CS05_ON (CORE_PIN20_PORTSET = (1<<5))
#define CS05_OFF (CORE_PIN20_PORTCLEAR = (1<<5))

#define LDAC05 21
#define LDAC05_ON (CORE_PIN21_PORTSET = (1<<6))
#define LDAC05_OFF (CORE_PIN21_PORTCLEAR = (1<<6))


#define SCK01 30
#define SCK01_ON (CORE_PIN30_PORTSET = (1<<19))
#define SCK01_OFF (CORE_PIN30_PORTCLEAR = (1<<19))

#define SD01 32
#define SD01_ON (CORE_PIN32_PORTSET = (1<<11))
#define SD01_OFF (CORE_PIN32_PORTCLEAR = (1<<11))

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////

reading = digitalReadFast(4); // Sequencer Start/Stop switch

if (reading == HIGH && previous == LOW && millis() - time2 > debounce) {
if(state4 == HIGH)
state4 = LOW;
else
state4 = HIGH;
time2 = millis();
}

digitalWriteFast(0, !state4); // Sequence Start/Stop indicator out
previous = reading;

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

if(addr1a == 11 || addr1a == 13 || addr1a == 17 || addr1a == 21 || addr1a == 22 || addr1a == 25 || addr1a == 27 || addr1a == 28 || addr1a == 29){
LEDvol3_OFF;
}
else{
LEDvol3_ON;
}; //Driving MAX4603 SW01/03/04 level control

if(addr1a == 15 || addr1a == 30 || addr1a == 31){
LEDvol2_OFF;
}
else{
LEDvol2_ON;
}; //Driving MAX4603 SW02 bias control
// || addr1a == 32 pending

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

if((state==0) && (button_State3 == LOW)) // Check if cal switch (eye ball shape) is released
{
state=1;
timer=0;
}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

if ((vol_vd > 4)&&(vol_vd < 2048)) {LEDvol_ON;} else {LEDvol_OFF;} // LED (in the eye ball) "ON" if value in range

オシレーターのスタビリティー

8分あまりと短尺ではあるが、電源投入後のオシレーターのスタビリティーをチェックした。

オーディオボードのピン配列について

オーディオボード側の通信端子のポートアサインは以下のように設定されている。



こちらは、MCU側の実体配線図。



その内訳は、、、

# 1, 2, 3, 5 　　　フリー
# 4, 6, 8　　　　　アナログスイッチの制御端子、SW2(未設定) SW1(未設定) SW3&4(未設定) の切り替えを行う。
# 14, 12, 15, 7 　　DAC　LD1(D33) LD2(D14) LD3(D46) LD4(16)　にアサイン。
# 20, 18, 16, 9 　　DAC　CS1(D29) CS2(D31) CS3(47) CS4(15)　にアサイン。
# 10, 11 　　　　　D2(LEDvol2) D13(LEDvol3)　にアサイン
# 17, 19 　　　　　DI(D32) SCK(D30)　にアサイン

SW1〜4のアナログスイッチはD13/D2と並列化してもよいだろう。なお、MCU側の空き端子、D0/D5/D6　が使用可能。

ソフトウエア側のポートアサインの設定は、、、


#define buttonPin05 5 // Button Pin on D5
#define button_State5 (CORE_PIN5_PINREG & (1<<7))

#define buttonPin06 6 // Button Pin on D6
#define button_State6 (CORE_PIN6_PINREG & (1<<4))

#define LEDorg 44 // LED on D44
#define LEDorg_ON (CORE_PIN44_PORTSET = (1<<22))
#define LEDorg_OFF (CORE_PIN44_PORTCLEAR = (1<<22))

#define LED2org 45 // LED on D45
#define LED2org_ON (CORE_PIN45_PORTSET = (1<<23))
#define LED2org_OFF (CORE_PIN45_PORTCLEAR = (1<<23))

#define LEDlav 48
#define LEDlav_ON (CORE_PIN48_PORTSET = (1<<9))
#define LEDlav_OFF (CORE_PIN48_PORTCLEAR = (1<<9))

#define LED2lav 49
#define LED2lav_ON (CORE_PIN49_PORTSET = (1<<4))
#define LED2lav_OFF (CORE_PIN49_PORTCLEAR = (1<<4))

#define CS01 29
#define CS01_ON (CORE_PIN29_PORTSET = (1<<18))
#define CS01_OFF (CORE_PIN29_PORTCLEAR = (1<<18))

#define LDAC01 33
#define LDAC01_ON (CORE_PIN33_PORTSET = (1<<24))
#define LDAC01_OFF (CORE_PIN33_PORTCLEAR = (1<<24))

#define CS02 31
#define CS02_ON (CORE_PIN31_PORTSET = (1<<10))
#define CS02_OFF (CORE_PIN31_PORTCLEAR = (1<<10))

#define LDAC02 14
#define LDAC02_ON (CORE_PIN14_PORTSET = (1<<1))
#define LDAC02_OFF (CORE_PIN14_PORTCLEAR = (1<<1))

#define CS03 47
#define CS03_ON (CORE_PIN47_PORTSET = (1<<8))
#define CS03_OFF (CORE_PIN47_PORTCLEAR = (1<<8))

#define LDAC03　　 46
#define LDAC03_ON (CORE_PIN46_PORTSET = (1<<21))
#define LDAC03_OFF (CORE_PIN46_PORTCLEAR = (1<<21))

#define CS04 15
#define CS04_ON (CORE_PIN15_PORTSET = (1<<0))
#define CS04_OFF (CORE_PIN15_PORTCLEAR = (1<<0))

#define LDAC04 16
#define LDAC04_ON (CORE_PIN16_PORTSET = (1<<0))
#define LDAC04_OFF (CORE_PIN16_PORTCLEAR = (1<<0))

#define CS05 20
#define CS05_ON (CORE_PIN20_PORTSET = (1<<5))
#define CS05_OFF (CORE_PIN20_PORTCLEAR = (1<<5))

#define LDAC05 21
#define LDAC05_ON (CORE_PIN21_PORTSET = (1<<6))
#define LDAC05_OFF (CORE_PIN21_PORTCLEAR = (1<<6))


に変更すること。

VCOの稼働試験・その他

実験環境を構築したものの、期待していたFranklin/Butler型発振器は全く動かず、試作は失敗に終わった。



で、全く期待していなかったColpits型発振器の方は両チャンネルとも難なく動作している。　観測された波形は綺麗なもので、出力される差分のクロックも安定していた。



「謎パーツを実験材料にしたコルピッツ型オシレーター」がマトモに動いてしまう皮肉。



ただし全くの無問題というわけではなく、アンテナを接続した際の周波数ドリフトが大きいのと、シミュレーションで得られたよりも2倍の発振周波数のリザルトが出た。

周波数のドリフトは10kHz程だが、Vari-Capの変化幅では修正が追いつかないため、発振器のCの時定数を変更することになる。　

実験の結果から、アンテナの容量は大凡50から100pF程度と見るべきで、リファレンス側のオシレーターの時定数をこれに合わせて設定しなければならない。

やはり、14pinのDIPパッケージは差し替えられて便利なのと、代替品がたくさん見つかったので、しばらくはこのパーツを使って製作を行うことにしよう。



THATSがピン互換の製品を作っていたのを知らなかったが、いろいろと試してみる価値はありそう。



実際にはケースの影響によってアンテナ側の発振周波数の更なる変動が予想されるため、回路の動作を確認する実験環境とは別に楽器を模した試験環境を用意したほうが良さそうだ。

ID292基板（黄色）のスイッチ回路にバイアス電源を短絡してしまう重大なミスを発見。　おまけに、検証の過程で健全なアナログスイッチを2素子も破損するというマヌケをやらかす。　



オシレーターが稼働しないというのも論外。

失敗が確定した黄色いID-292専用基板は、赤いAdd-On基板の動作試験を行うプラットフォームとして使用することにした。

セコい話だが、経費節約のため事前に黄色からオシレーター周りの部品を引剥して赤に再実装する予定。　高価なOpAmpICが勿体無いのでこれらも引剥して別の基板で再利用を行う。

基板を仮組みして試してみたが、スタックした状態でID-292への実装は出来なかった。　

AddOn基板をスタック出来るケースの条件はHammond/1455K以上の厚みが必要。

念のため同じ回路を搭載している基板をチェックしたが、これらの基板には修正が掛かっていたようで、短絡事故は発生しなかった。

基板のラインアップを整理する

基板のラインアップを整理すると、

1）ID-292への実装を前提として、基本機能を全部載せしたスタンドアロン基板と　



2）それ専用のDAC拡張基板　



3）1455Kのトップパネル直付仕様のMCUとロータリーエンコーダーを搭載した基板　



4）1455K/75mmスロット仕様のVCO基板　



5）1455K/75mmスロット仕様のDAC基板



6）1455Nのフロントパネル直付仕様のロータリーエンコーダーとVCOを搭載した基板　



7）6番にスタック可能なMCU基板　



8）1455N/100mmスロット対応のDAC基板　



といったラインアップとなっている。

ケースとの組み合わせは、ID-292には１）のメインボードのみが対応。

1455Kには、1　と　2　の組み合わせ、or　3 / 4 / 5　の組み合わせ。

1455Nには　6 / 7 / 8　の組み合わせで対応する。

基板のデザインをリファインする

Hammond/1455シリーズのスロットに合わせて、基盤の設計仕様を変更することにした。

まず、大型の筐体1455Nシリーズはスロットの内寸100mmに基盤のサイズを合わせていたが、MCUとRGBロータリーエンコーダーの実装に難があった。　この問題を解決するために、同一基板に組み込んでいたRGBロータリーエンコーダとMCUを分離し、操作系をまとめた新たな基盤を作成、これをフロントパネルに直接取り付ける手法に設計方針を転換した。



MCU基板は、不要なロータリーエンコーダーのランドを取り除く一方で、LEDの駆動回路はそのまま残すことにした。　フロントパネルに取り付ける操作系をまとめた基板にスタックできるように、コネクタや取付け穴の寸法を合わせて設計を行っている。



フィジカルインターフェイスを実装した基板の空きスペースを有効活用するため、余白の部分にリファレンス用のオシレーターを追加している。　デモジュレーターの実装はオプション扱いで、復調機能を持たせたアンテナ側のオシレーターをリファレンス基板にスタックすることも可能。　MCU基板と合わせて、3層に基板をスタックする。



オーディオ基板は従来通りにスロットインを使って筐体に固定する。

一方、一回り小さな1455Kのスロット規格/75mmに合わせて、オーディオ基板とオシレーター基板をリファインすることにした。



MCU基板はID-292専用のものを転用するか、100mm規格のMCU基板を使用することができる。　基板の固定はフロントパネルにロータリーエンコーダーを使って行う。　100mm規格のMCU基板を使用する場合は、75mm規格のオーディオ/オシレーター基板と組み合わせて運用することになる。



1455Kは本来ID-292の代替品として考えていたために、スペースの余裕があまり無い。　100mm規格のMCU基板を使用する場合は、アナログ系列とデジタル系列の回路を分離することが目的だが、100mm規格のアナログ系基板はそのままでは実装することが出来ない。　この問題をクリアするために75mm規格の基板を新調することになった次第。

ID-292専用基板の改装その他

１）ID-292専用基板の幅をギリギリまで拡張して、リードタイプのダイオードが取り付けられるようにプリントパターンを変更してみた。



ケースのキャパシティの余裕をみて上下数ミリ分のエリアを拡張しただけなのだが、結果的に配線の自由度が格段に上がった。



RGBロータリーエンコーダー周りの表面実装ダイオードにタイト過ぎる配置を行った結果、実装の難易度が高くなってしまった。　対応策としてリードタイプのダイオードが使用出来るようにプリントパターンをスペースに余裕をもたせた配置に改良を行った。



この改良は、Hammond系のケースに実装する基板にも行うことにしている。



２）Sequencerの2音ポリフォニック化を行った。



前半の4アドレスはモノフォニック、後半の4アドレスは2音ポリフォニックで伴奏トラックを再生できる。メモリーのキャパが限界なので、Step数は最大1024に制限することになった。　なお、ポリフォニックの2音はモノフォニック×２といった構成なので、Sequenceは別々のファイルに記述することになる。

ダミーで良いので読み出しファイルを準備しないと、Sequencerの機能そのものがストップしてしまう点に注意すること。

３）大型筐体専用基板の構成を変更した。　



これはデバイス毎に実装を行う不便を解消するための方策で、この基盤を使うことでRGBロータリーエンコーダーやタクトスイッチを一括して取り付けることが出来る。

オシレーターの調整に使用するVRTの配線が面倒だ。　どうせなら、、、ということで、リファレンス側のオシレーターを基板に実装することにした。



オシレーター回路の周辺は実装面の裏側一面ににシールドが行われているので、基板をスタックすることが可能だ。

いっそのことMCU基板もスタックしちゃえということで、こちらも基盤の設計を変更している。



MCU基板上からRGBロータリーエンコーダーを廃止、LEDの駆動出力のみを実装している。

このコンセプトでは基板を3層にスタックするので、取り付け加工前にケース側のクリアランスを検討する必要がある。