Hallo Forum,

um mögliche Nachfragen und Diskussionen zu meinem ABBUC-Hardware-Contest-Beitrag "MidiJoy" zu bündeln und auch nach dem Wettbewerb Fragen zu dem Interface und der Software zu klären, mache ich der Einfachheit halber hier mal einen neuen Thread auf. Ich beginne mit ein paar Posts zur Beschreibung und Benutzung des Programms, bevor dann genug Platz für Fragen und Kommentare ist.
Aktuellste Versionen etc. gibt es immer auf meiner Webseite, allerdings erst einmal leider nur auf Englisch, daher auch dieser Thread für Nutzer, die die Infos lieber auf Deutsch haben möchten. Das Programm selber wird, wie es die Regeln erfordern, erst nach dem ABBUC-Wettbewerb Ende Oktober verfügbar sein.
Wer nicht bis dahin warten will, kann sich auf YouTube ein Demo-Video eingestellt, das die Grundfunktion von MidiJoy demonstriert.

Viele Grüße,

Freetz

Einführung

MidiJoy ist eine Software, die das Atari-2600-to-PC-Interface von Sebastian Tomczak kompatibel mit den Atari 8-Bit-Rechnern macht. Das Interface emuliert ein USB-Midi-Gerät (serielles Midi ist optional ebenfalls möglich), das über ein Midi-Instrument oder ein PC/Mac-Sequencer Programm angesteuert werden kann, sofern dabei Midi-Daten ausgegeben werden können (z.B. mit dem bekannten Programm Ableton Live).
MidiJoy empfängt diese Daten über das Interface und spielt sie auf dem POKEY Soundchip ab.
Im Gegensatz zu dem meisten SIO-basierten Midi-Interfaces kann ein Atari mit MidiJoy quasi als Liveinstrument in Echtzeit benutzt werden und alle vier Kanäle können gleichzeitig genutzt werden. Dabei können alle POKEY-Parameter (AUDCTL, AUDC1-4) on-the-fly verändert und benutzerdefinierte Hüllkurven aktiviert werden. Die empfangene Musik kann dabei mitgeschnitten und für spätere Verwendung - auch in eigenen Programmen - gespeichert werden.

Das Interface

Das auf einem Teensy-Board (einer Arduino-Variante) basierende Interface empfängt die Midi-Daten per USB oder "klassischer" Midi-Schnittstelle und nutzt dann die Joystick-Ports des Atari, um die Daten dorthin zu übermitteln. Aufgrund des mächtigeren POKEY-Soundchips gegenüber dem TIA der 2600'er-Konsole musste das ursprüngliche Interface - für das alle Credits an Sebastian Tomczak gehen - sowie der Code für das Teensy-Board in einigen Punkten angepasst werden. Die folgenden Bilder zeigen das Design und die Verkabelung, die MidiJoy benutzt:

Zusammenbau

Im Gegensatz zur Anleitung von Sebastians Interface, kommt diese Variante ganz ohne Löten aus, die Teile können einfach nur in ein sog. Breadboard gesteckt werden. Dazu benötigt man:

- Ein Teensy 2.0 Board mit Stiftleite (in Deutschland gut bei Watterott zu bekommen)
- Zwei DB-9 breakout boards (weiblich) mit Breadboard-Kontakten (gut bei kooing.com zu bekommen)
- Ein full-size Breadboard
- 11 Kabelbrücken (m/m), um das Teensy-Board und die DB-9 ports zu verbinden
- Optional: zwei voll beschaltete serielle Verbindungskabel (m/w), wenn man das Breadboard nicht wie auf dem Bild direkt in den Atari stecken möchte/kann.

Hat man alle Komponenten beisammen, steckt man einfach das Teensy-Board zusammen mit den DB-9 Anschlüssen in das Breadboard. Vor der Verkabelung überprüfen, ob die DB-9 Anschlüsse in dem richtigen Abstand zueinander sind, dass sie ggf. anschließend direkt in den Atari passen. Dafür sind meistens auch die Schräubchen an den Rahmen der Schnittstellen zu entfernen.

Anschließend müssen nur noch die Verbindungen zwischen dem Teensy-Board und den DB-9 Anschlüssen hergestellt werden:

Code: Alles auswählen

Atari Player 1 Pin 1 ---> Teensy Port B0 (digital pin 0)
Atari Player 1 Pin 2 ---> Teensy Port B1 (digital pin 1)
Atari Player 1 Pin 3 ---> Teensy Port B2 (digital pin 2)
Atari Player 1 Pin 4 ---> Teensy Port B3 (digital pin 3)
Atari Player 1 Pin 6 ---> Teensy Port B7 (digital pin 4)
Atari Player 1 Pin 8 ---> Teensy Ground

Atari Player 2 Pin 1 ---> Teensy Port F4 (digital pin 19)
Atari Player 2 Pin 2 ---> Teensy Port F5 (digital pin 18)
Atari Player 2 Pin 3 ---> Teensy Port F6 (digital pin 17)
Atari Player 2 Pin 4 ---> Teensy Port F7 (digital pin 16)
Atari Player 2 Pin 6 ---> Teensy Port B6 (digital pin 15)

Die Verkabelung entspricht weitestgehend der von Sebastian Tomczaks Interface, es ist lediglich ein weiteres Kabel nötig und ich habe leicht veränderte Ausgänge des Teensy-Boards genommen, um die Leitungen für seriellen Ein- und Ausgang des Teensy-Boards frei zu halten, um hier den Anschluss eines seriellen Midi-Interfaces zu ermöglichen. Die hierfür nötigen Pins 7 und 8 (D2 und D3) können nach der hier beschriebenen Anleitung entsprechend genutzt werden. Es können dann sowohl USB- als auch "klassische" Midi-Geräte simultan benutzt werden.

Nachdem das Interface aufgebaut ist, muss die Arduino Entwicklungsumgebung zusammen mit der Teensyduino-Erweiterung auf dem Mac oder PC installiert werden. Mit diesem Programm kann dann das Teensy-Programm (eine abgespeckte bzw. leicht modifizierte Version von Sebastian Tomczaks Programm) auf das Board geflasht werden. Hierfür ist nur eine USB-Verbindung nötig.
Diese Verbindung kann dann auch bestehen bleiben, worauf das Interface dann als Midi-Gerät von der Sequencer Software erkannt werden sollte. Schließt man es jetzt noch über die Joystick-Ports an den Atari an, kann MidiJoy geladen und gestartet werden.

Benutzung von MidiJoy auf dem Atari



Ist das Programm gestartet, kann sofort mit der Ausgabe von Midi-Daten auf dem Mac/PC begonnen werden. Ein simpler Equalizer visualisiert das ganze.
Alle eingehenden Daten werden korrekt in die entsprechenden Notenwerte auf dem Atari umgewandelt. Soweit möglich werden auch Tonleitern in den „verzerrten“ Sound-Modi 2 und 12 abgebildet. SPACE wechselt bei Modus 12 zwischen zwei Tonleitern.

Midi-Daten werden auf den Midi-Kanälen 1 bis 4 erwartet. Diese werden dann auf die entsprechenden Sound-Kanäle des Atari übertragen. Ein Sonderfall ist Midi-Kanal 1: Hier werden bis zu vier Stimmen automatisch an jeweils freie Soundkanäle des Atari zugewiesen. Somit kann man in Echtzeit z.B. über ein an den Mac/PC angeschlossenes Keyboard bis zu vierstimmige Stücke spielen. Mehr als vier Stimmen überschreiben die jeweils letzte Stimme.

Eigene ADSR-Hüllkurven (s.u.) können während des Musizierens mit den Tasten 1 bis 8 aktiviert werden. Dazu müssen die entsprechenden Hüllkurven-Daten vor dem Start von MidiJoy in den jeweiligen Speicherbereich geladen werden (via DOS).

Mit den Tasten Q bis I können die acht Bits des AUDCTL-Registers gesetzt werden. Damit stehen alle POKEY-Features wie Filter, 16-Bit-Stimmen oder Taktfrequenzänderungen zur Verfügung. Wie auch sonst bei der Soundprogrammierung macht hier nicht jede Kombination Sinn. So empfiehlt es sich z.B. bei Verwendung von 16-Bit-Stimmen (Bits 3 bzw. 4) die Taktfrequenz für die entsprechende Stimme auf 1,77 MHz zu setzen (Bits 5 bzw. 6).

Die Verzerrung der einzelnen Stimmen (AUDC1-4) kann über die Tasten A bis D, F bis H, Z bis C und V bis N geregelt werden. Die jeweils aktiven Bits sieht man in der Anzeige.

Mit der Tabulator-Taste kann der Aufnahme-Modus ein- und ausgeschaltet werden. Mit der RETURN-Taste wird die Aufnahme zurückgesetzt und kann dann wiederholt werden. Im Aufnahmemodus werden alle eingehenden Noten im RAM abgespeichert und kann anschließend (Aufnahme vorher pausieren) mit der Taste P abgespeichert werden. Ein Counter zeigt den verwendeten Speicherbereich an, der nach einem Sprung ins DOS mit Taste J mit der dortigen „Save Binary File“ für spätere Verwendung abgespeichert werden kann (dies setzt natürlich voraus, dass vorher ein DOS geladen war).

ADSR Hüllkurven

MidiJoy unterstützt ADSR (Attack/Decay/Sustain/Release) Hüllkurven, sowohl für Livemusik als auch für das Wiedergeben aufgezeichneter Noten. Um maximale Flexibilität zu ermöglichen, können Hüllkurven-Daten von Fall zu Fall hinzugeladen werden und auch mit anderen MidiJoy-Nutzern ausgetauscht werden.

Ein Hüllkurven-Datensatz besteht aus 256 Bytes ($00 bis $FF), die beliebig auf die ADS- bzw. Release-Phasen der vier Stimmen aufteilt werden können. Jedes Byte verändert die Lautstärke für 1/50 Sekunde.
ADS-Werte reduzieren entsprechend der Werte von 0 bis 15 die Lautstärke des Tons, d.h. ein Wert von Null belässt die Laustärke so wie sie ist, wohingegen ein Wert von 15 immer für Stille sorgen wird.
Release-Werte verhalten sich genau gegensätzlich: Hier wird ausgehend von Wert Null entsprechend hinzuaddiert (jedoch nicht über die Ausgangslautstärke hinaus), d.h. ein Wert von Null bedeutet Stille, ein höherer Wert lässt den Ton weiterhin erklingen.

Ein Hüllkurven-Datensatz (hier ein Beispiel in Assembler-Notation) fängt bei Adresse $4F00 an und beginnt mit vier Offset/Index-Bytes, die auf den Anfang der Hüllkurven-Daten einer jeweiligen Stimme zeigen. Darauf folgt ein fünftes Byte, das die Position nach dem Ende der vierten und letzten Stimme zeigt.

Die eigentlichen ADSR-Daten beginnen mit einem Status-Byte, das die Länge der folgenden ADS-Phase beziffert. Auf dieses Byte folgen dann entsprechend viele weitere Bytes mit ADS-Hüllkurven-Daten. Das letzte Byte in dieser Folge ist besonders: Es zeigt an, ob die Sustain-Phase von einer früheren Position an wiederholt werden soll, was nützlich ist, wenn man ein Vibrato erzeugen möchte und dies über die Dauer des gesamten Tastendrucks fortgeführt werden soll. Um dies zu realisieren enthält dieses Byte die Anzahl der Bytes, um die die Hüllkurve "zurück gespult" werden soll. Dieses eine "Rückspul"-Byte ist übrigens bei der Länge der ADS-Phase mitzuzählen.

Auf dieses Byte folgen die Daten für die Release-Phase der jeweiligen Stimme bis hin zu dem Byte, auf das das nächste oben genannte Index-Byte für die nächste Stimme zeigt.

Um ADSR-Hüllkurven zu verwenden, müssen diese als Datei nur in dem genannten Format an die Adresse $4F00 geladen werden, bevor MidiJoy gestartet wird. Die Trennung von Notendaten und Hüllkurven erlaubt es auch, der aufgenommenen Musik später noch Hüllkurven hinzuzufügen oder diese zu ändern bzw. damit zu experimentieren. Damit ist größtmögliche Flexibiliät gewährleistet.

Wenn mehrere Hüllkurven beim Live-Spielen verwendet werden sollen, können dafür bis zu acht Slots in MidiJoy verwendet werden. Die Daten hierfür müssen dann in die Bereiche $3400...$34FF bis $4B00...$4BFF geladen werden und können dann innerhalb von MidiJoy mit den Tasten 1 bis 8 aktiviert werden.

Ein Soundbeispiel mit und ohne Hüllkurven gibt es hier bzw. hier.

Aufzeichnungsformat

Das Aufzeichnungsformat ist sehr simpel gehalten und besteht pro eingegangener Midi-Nachricht aus fünf Bytes:

Byte 00: Soundkanal auf dem Atari
Byte 01: AUDCx-Wert (Verzerrung und Lautstärke)
Byte 02: Frequenz (AUDFx)
Byte 03: Dauer bis die Note abgespielt wird in 1/50 Sekunden (Low-Byte)
Byte 04: Dauer bis die Note abgespielt wird in 1/50 Sekunden (High-Byte)

Stücke mit vielen Noten gleichzeitig, die schnell hintereinander abgespielt werden, erzeugen daher ein sehr viel höheres Datenaufkommen als wenige, lang anhaltende Noten. Wenn keine Note und keine Pause länger als fünf Sekunden dauert, kann das High-Byte beim Einlesen ausgelassen werden, ebenso könnte bei immer gleicher Verzerrung der Soundkanal mit der Lautstärke in jeweils vier Bit geschrieben werden. Beides würde natürlich eine entsprechende Anpassung der Abspielroutine erfordern, würde das Datenvolumen aber fast halbieren.

ADSR-Hüllkurven-Daten sind nicht Bestandteil der Aufzeichnung, können aber vor der Wiedergabe entsprechend hinzugeladen werden.

Playback

Zwei kleine Playback-Routinen in Assembler werden nach dem ABBUC-Wettbewerb frei verfügbar gemacht, eine für das Abspielen im Hintergrund mittels VBI und eine ohne die Verwendung von Interrupts. Beide können auch von BASIC aus verwendet werden. Sie belegen weniger als 256 Bytes und passen daher problemlos z.B. in Page 6.
Die aufgenommenen Songs können auch von BASIC aus abgespielt werden. Dies kann man mit der auf meiner Homepage verfügbaren Demo-Disk einfach ausprobieren, indem man DOS mit aktivem BASIC startet, dort das entsprechende .EXE-File lädt und dann ins BASIC zurück geht. Dort kann man das Abspielen mit folgendem Befehl starten:

Code: Alles auswählen

X=USR(1536,20480,40000)

(In den eigenen Musikstücken müssen der zweite und der dritte Parameter dem Speicherbereich der Notenaufzeichnung entsprechen).

Um die Wiedergabe zu pausieren/stoppen, ist folgendes einzugeben:

Code: Alles auswählen

POKE 207,0:FOR X=0 TO 3:SOUND X,0,0,0:NEXT X

Die Wiedergabe kann dann mit folgendem Befehl fortgesetzt werden:

Code: Alles auswählen

POKE 207,1

Eine dritte Playback-Routine ermöglicht die Wiedergabe mit ADSR-Hüllkurven. Diese ist allerdings etwas größer und passt daher nicht in Page 6 und es ist daher eher ratsam, sie in Maschinensprach-Programmen zu verwenden.

Aufgrund der Wettbewerbsbedingungen wird der Source-Code für die Playback-Routinen auch erst Ende Oktober frei verfügbar sein.

...so, das war es erst einmal von meiner Seite als Überblick über die Funktionalitäten von MidiJoy - ich freue mich über Fragen, Kommentare und Anregungen - und natürlich über Eure Stimme auf dem Wettbewerb !

Freetz.

Ich sehe gerade, dass ich einen Punkt bei den Hüllkurven vergessen habe - da ich den eigentlichen Post nicht mehr editieren kann, hier nun die Zusatzinfo:

Für jeden Hüllkurvenwert kann neben der Lautstärke (0-15, Bits 0-3) auch die Verzerrung in den Bits 5-7 gesetzt werden. Die Werte entsprechen denen, die man auch sonst in das AUDCx-Register schreiben würde. Wenn diese Bits benutzt werden, gelten diese für den Moment der Hüllkurve, und nicht die Standardverzerrung, die auf dem Bildschirm angezeigt wird. Werden nur die unteren Lautstärke-Bits genutzt, gilt natürlich die auf der Oberfläche eingestellte Standardverzerrung der Stimme.
Durch das Mischen verschiedener Verzerrungen lassen sich noch mal mehr unterschiedliche Instrumente erzeugen.

Da der ABBUC Hardware-Contest nun vorbei ist (MidiJoy hat den 4. Platz erreicht), kann die Software nun über die Webseite
http://www.phobotron.de/midijoy_en.html
bezogen werden.

Vielen Dank an alle, die MidiJoy unterstützt haben!

Hallo,

wird die zusammengebaute Hardware auch zum Verkauf angeboten? Mit meinen zwei linken Händen in Sachen Hardware möchte ich den Selbstbau gerne vermeiden

Gruß,
Marc.

Hallo Marc,

leider kann ich die Hardware nicht zum Verkauf anbieten, da ich dafür zu viele rechtliche Bedingungen erfüllen müsste - das ist wohl bei allen self-made Hardwaresachen so ...

Aber ich kann Dich beruhigen: Ich habe selber zwei linke Hände, was das angeht, und der auf der Webseite beschriebene Aufbau ist vollkommen lötfrei. Du musst Dir nur die Teile bestellen (Bezugsquellen sind angegeben) und dann steckst Du die Komponenten einfach in das Board. So wie früher bei den Kosmos-Elektrik-Versuchskästen aus der Kindheit . Schnürsenkel binden ist komplizierter, und es hat mich als Bastel-Laien keine 10 Minuten gekostet, das Interface nachzubauen, als ich es bei little-scale gesehen habe.

Wenn jemand aber Probleme haben sollte und es partout nicht hinbekommt, dann unterstütze ich gerne auch persönlich.

F.

Eine Frage hätte ich da schon. Könnte man nicht die MidiMate Platine als Serielle Schnittstelle für MidiJoy missbrauchen?

Denn da sind die 5 Pol Din Midi Anschlüsse IN, OUT, und THRU. Könnte man von da die Leitungen dafür abgreifen?

Und wo bekommt man für MidiJoy eigentlich die optional erhältliche serielle MIDI Schnittstellenplatine mit den 5 Pol Din Buchsen? Welche Bauteile sind dafür zu besorgen um diese serielle Schnittstelle selber zu bauen?

Ich habe zwar ein MidiMate, es aber nicht aufgeschraubt (und möchte das auch ungern tun), insofern kann ich leider nicht sagen, ob die Platine adaptiert werden kann. Ich denke, das macht aber auch wenig Sinn, denn der Schaltplan, der auf meiner Seit verlinkt ist, benötigt nur wenige Bauteile und ist nicht allzu schwer herzustellen. Die Midi- Buchsen sind DIN-Buchsen, die man z.B. bei Reichelt für unter einem Euro pro Stück bekommt:
http://www.reichelt.de/MABPM-5S/3/index ... r=MABPM+5S

Man sollt aber vorher schauen, ob man die "klassischen" Midi-Buchsen überhaupt braucht - sobald man nicht direkt ein (älteres) Midi-Instrument anschließen will, geht man eh' über die in dem Teensy-Board eingebaute USB-Schnittstelle, die das Board nach außen als Midi-Gerät erscheinen lässt.

F.

pmetzen hat geschrieben:Eine Frage hätte ich da schon. Könnte man nicht die MidiMate Platine als Serielle Schnittstelle für MidiJoy missbrauchen?

Denn da sind die 5 Pol Din Midi Anschlüsse IN, OUT, und THRU. Könnte man von da die Leitungen dafür abgreifen?

Und wo bekommt man für MidiJoy eigentlich die optional erhältliche serielle MIDI Schnittstellenplatine mit den 5 Pol Din Buchsen? Welche Bauteile sind dafür zu besorgen um diese serielle Schnittstelle selber zu bauen?

Was hast Du denn mit dem MidiMate vor? Das Midi-Keyboard an den PC anschließen?

Das dürfte so ohne weiteren Aufwand nicht gehen.

a) sendet das MidiMate die Daten mit Pegeln von +5V und Masse; die serielle Schnittstelle arbeitet mit ca. +/-12V. Das wäre mit einem Pegelwandler wohl das kleinere Problem.
b) dürfte das Protokoll für die Datenübertragung zum MidiMate nichts sein mit dem der PC etwas anfangen kann. Da müsste ein Programmierer ran der ein Programm schreibt damit der PC das MidiMate überhaupt ansprechen kann.

Ein Adapter USB<>Midi (wie ich ihn auf der JHV mit hatte um das Keyboard an den Laptop zu hängen) kostet was um die 12€. Da macht es keinen Sinn ein seltenes MidiMate umzubauen und ggf. dabei zu beschädigen.

Sleeπ

Das riecht doch gradezu nach einem

Wir-bauen-mal-wieder-was-Treffen im Unperfekthaus!!!

Oder?

Ich brauch diese schon, da ich ein Keyboard habe, welches nur die 5 Pol Din MIDI Buchsen hat.

Außerdem benötigt man zu den 2 MIDI DIN Buchsen noch so einen komischen Kontroller IC welches nur 3 Pins auf jede Seite hat und noch ein paar weitere Wiederstände, so wie eine Lochraster Platine.

Es wäre Nett wenn Sie das mal hier im Forum mit vervollständigen, welche Bauteile man da für die optionale serielle Midi Schnittstelle benötigt. Dann kann man das auch nach bauen.

Vielen Dank.

pmetzen hat geschrieben:Ich brauch diese schon, da ich ein Keyboard habe, welches nur die 5 Pol Din MIDI Buchsen hat.

Ja, das ist auch richtig.

- Das Keyboard hat zwei DIN-Buchsen. Diese werden mit so einem Adapter mit einem PC/Laptop/Mac verbunden.
- Auf dem PC/Laptop/Mac läuft eine Sequenzer-Software, z.B. Abtelon live.
- Der ATARI wird über das MidiJoy-Interface zum selber-zusammenstecken ebenfalls mit dem PC/Laptop/Mac verbunden. Auf ihm läuft die MidiJoy-Software

Die Daten gehen vom Keyboard zum PC/Laptop/Mac, der sie dann zum ATARI weiterleitet.

Das alte MidiMate, welches an die SIO-Schnittstelle angeschlossen wird, ist hier fehl am Platze! Das wäre die richtige Wahl wenn die Sequenzer-Software auf dem ATARI läuft und der das Keyboard steuert.

Sleeπ

Sleepy ist das USB to MIDI Kabel nicht auch ein MIDI Interface welches Windows als Hardware Midi Interface erkennt?

Wenn Ja dann ist es mehr als nur ein USB to MIDI Kabel Adapter. Es ist ein MIDI Interface und der Teensy 2.0 ( MidiJoy) ist auch eines.

Könnte es da nicht zu Konflikten kommen?

Was für ein MIDI Interface soll Windows dann erkennen, wenn zwei Interfaces verwendet werden?

Ich habe ein solches USB to MIDI Kabel bereits und man wird sich wundern. Es ist ein MIDIMATE II USB 2.0 MIDI Interface von ESI Audio. Es hat den gleichen Namen wie unsere bekannte MIDIMATE.

Wird dieser angeschlossen, so erkennt Windows diese als Hardware MIDIMATE. Schließe ich aber dann auch noch das Teensy 2.0 Board MidiJoy an, wird ebenfalls wohl eine Hardware von Windows als MIDI Gerät erkannt, (wenn ich die beiden Programme Arduino und Teensydurino natürlich und die dazu enthaltene Treiber mit installiert habe).

Muss ich mit dem Programm Arduino erst mal den Chip des MidiJoys anpassen, programmieren, damit es auch auf den Atari läuft?

Ist es richtig, das ich den Sourcecode dafür zum anpassen und flashen nehmen soll?

Und der Windows Rechner leitet das ganze auch an den Atari weiter?

Habe ich das so richtig verstanden?

Funktioniert das ganze auch wirklich bei 64 Bit Windows7 Betriebssystemen?

Wo bekomme ich die Sequenzer Software Aptelon Live für Windows7 64 Bit her und was kostet es?

Für Antworten bin ich immer dankbar. Also vielen Dank.