ラズパイ Picoで 自作のUART MIDI I/Fをテストする

こんばんは！！

蒲郡のラグーナテンボスに行きました
いよいよ梅雨明けですね！！

それでは本題です

今回の目的

自作 ¹ のMIDIインターフェース ²・³ の動作確認をする

バラックつくりの自作MIDI I/F

はじめに

以降のチェックでハードウェアに不具合が見付かれば 物を確認・修正して ステップ１に戻って確認を進める

チェックの過程で Pico を壊すこともあるかもしれない
それも疑いながら進める

ステップ１：ハードウェアのチェック

Picoにつなげる前に はずしやすい部品 ⁴ を はずしておく ⁵

1. 目視 ⁶ で配線ミス・ハンダ付け不良（オープン、ショート）のチェック
2. テスターで配線ミス・ハンダ付け不良（オープン、ショート）のチェック
3. 5V電源ライン、3.3V電源ラインとGND間のショートなきことをチェック

を実施する

１，２は 全部のチェックはやりきれないので 目視で見える範囲、テスタープローブで触れる範囲をチェックする
３はPicoを壊してしまうかもしれないので念入りに

ステップ２：テストプログラムの準備

テストプログラム ⁷ を書いて ノーエラーでビルドできるまでコードのデバッグを実施する

ステップ３：UART TX-RX ループバックテストでプログラムのデバッグ

MIDI I/F基板は接続せず ⁸ に UART1 の TXピン（GPIO4）とRXピン（GPIO5）をジャンパーワイヤで接続してテストプログラムを実行する

テストプログラムのキャラクターコンソール ⁹ 表示

MIDIデータ表示行 先頭の８桁の数字は RP2040の64bitフリーランカウンター ¹⁰ の下位32bitを読み出して 100us ¹¹ の桁に切り上げて表示している

プログラムの動作が止まっていないか 時間表示の更新の有無で判断する

上は 音名C(ノート番号 0x30) D(0x32) E(0x34) F(0x35) G(0x37) のノートオン・ノートオフを受信して表示している例である

疑似的なMIDIデータの送信は 音名を割り付けたキーボードのキー（z x d c f v b h n j m , ）を押すとノートオンが送出される
スペースキー を押すと 最後の音のノートオフが送出される

この UART TX-RX ループバックテストで プログラムのデバッグを十分にしておく

ステップ４：MIDI I/Fを Pico に接続する

3.3V電源ラインの電圧 ¹² をテスターで測定しながら I/F基板を接続・組み立てをする

一回一回 Picoの電源を切って（USBケーブルを抜いて）基板・フォトカプラ・MIDIコネクタを各々に取り付けながら 電源電圧チェック ¹³、テストプログラム起動チェック ¹⁴ を繰り返す

I/F基板上で UART TX-RX を接続してループバックテストもしておく

最後に ジャンパプラグ ¹⁵ を取り付ける

ステップ５：MIDI出力で音源モジュールを鳴らす

DIN 5pinのMIDIケーブルで I/FのMIDI OUTから音源モジュールに接続する

結果
音名を割り付けたキーボードのキーを押すと 送信データの通りに音源モジュールが発音した
MIDI送信回路は動作しているようである

ステップ５：MIDI DIN 5pinケーブルでループバックテスト

I/FのMIDI OUTからMIDI INにループバック接続する

結果
送信データの通りにキャラクターコンソールに受信データが表示された
MIDI受信回路は動作しているようである

参考：MIDI受信回路の出力波形

ちゃんとしたオシロではない ¹⁶ ので 参考程度に見てください ¹⁷

UART信号からの受信データのデコードをハンドでざっくり実施

MIDI受信回路の出力波形

結果のまとめ

今回制作した自作のMIDI I/F は 送信回路・受信回路ともに動作している ¹⁸

次回は テストプログラムの説明

ソースコードおよび関連ファイルを示す

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1. パーツ箱の手持ちの部品を使って組み立てたもの（フォトカプラと変換基板は新規に調達）↩
2. MIDI I/Fのハードウェアは別記事で説明する↩
3. MIDI I/F用に UART1 を使用（UART0 は 標準入出力に割り当て）↩
4. フォトカプラ、DIN5pinコネクタとジャンパープラグ２個↩
5. 不具合時に切り分けがし易いようにする またテスターの抵抗値測定でフォトカプラに電圧がかかるのを避けたい↩
6. 視力の低下で細かいところが見えづらいので 拡大鏡を使用↩
7. ソースコードや関連ファイルは別記事で投稿する↩
8. 自作ハードウェアはきちんと動くかはまだわからないので プログラムデバッグ時の問題切り分けのため↩
9. VS Codeのシリアル モニター または Tera Term が使える↩
10. RP2040 Datasheet （p.537） 4.6. Timer↩
11. MIDIデータ（31250 kbps, データ長=8 bit, Startビット=1 bit, Stopビット=1 bit, non-parity）は 320usで1byte送出なので 100us単位くらいで表示すれば MIDIデータの受信時間の目処が付くはず↩
12. ここで使っている Pico の 3.3V電源電圧は テスター読みで 3.25V だった↩
13. 電源電圧値が異常であったら すぐにPicoの電源を切る（USBケーブルを抜く）↩
14. テストプログラムの初期画面が表示されなかったり 時間表示の更新が止まっていたら すぐにPicoの電源を切る（USBケーブルを抜く）↩
15. ジャンパプラグは UARTのTXピン（GPIO4 or GPIO8）、RXピン（GPIO5 or GPIO9）の接続を選択するスイッチにしてある↩
16. 新しいオシロスコープも欲しいが これで十分なのかもしれない↩
17. 水色の線が見たい信号 （ピンク色の線は表示が消せなくて困っている）↩
18. 今回のテスト条件下での動作確認であって 他のMIDIデバイスとの互換性は追加確認要↩