INTRODUCCIÓN

Si en el artículo anterior (en el número 0) hablábamos del puerto paralelo, ahora vamos a desarrollar un proyecto para el puerto serie. Antes que nada, y para los no inniciados, vamos a explicar las diferencias básicas entre transmisión de datos (conexiones) en paralelo y en serie.

PUERTOS DEL AMIGA

Para comunicaciones hay dos puertos (ports) usados en la mayoría de ordenadores. Los puertos se regulan con normas estándar que permiten la compatibilidad entre ordenadores de diferentes marcas y modelos. Siempre que se hable de un interfaz CENTRONICS, se habla de comunicaciones paralelo y, siempre que se hable del interface RS-232 ó RS-422 (entre otros), se habla de comunicaciones serie. Está claro que puede haber infinidad de comunicaciones paralelo o serie que no sean las mencionadas, pero los estándares que hemos dicho son los más conocidos y extendidos actualmente en el campo de los ordenadores domésticos y profesionales. En concreto, el Amiga lleva un paralelo compatible con CENTRONICS y un RS-232 para el serie (Ver tabla de compatibilidad de patas, y observar que las de señal de datos son todas compatibles.)

PARALELO

En los puertos paralelos, la información binaria viaja simultáneamente a través de varios cables. En el caso del CENTRONICS, la información viaja en grupos de 8 bits (viaja un byte cada instante) yendo 8 bits por cada uno de los cables físicos asociados a cada una de las 8 patas de datos.

SERIE

En las comunicaciones serie, los bits viajan uno a continuación de otro, en orden temporal, por un solo cable de datos. Necesitaremos dos cables, uno de datos de entrada y otro de datos de salida, y un tercer cable, el de masa, que permite que los equipos conectados se entiendan (en cualquier montaje es preciso unir todos los terminales de masa entre ellos).

Si observas la tabla de pins del conector serie, verás que sólo hay dos líneas de datos (RxD y TxD), las demás son de control.

MIDI

El interfaz MIDI (Musical Interfaz for Digital Instruments) es una norma que se ha ideado para poder unir diferentes instrumentos electrónicos entre sí para pasarse información (por decir algo: desde un ordenador se pueden grabar las pulsaciones de las teclas de un sintetizador para luego editar las canciones con un programa de música y finalmente enviar esos códigos al sintetizador de un amigo porque tiene, por ejemplo, mayor calidad en los sonidos). Como es, de hecho, una transmisión de datos digitales, podemos decidir qué elegimos: si paralelo o serie. La norma MIDI se define como comunicación SERIE.

VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN

Como los datos van uno detrás de otro, debemos conocer con exactitud a qué velocidad viajan los bits para observar los datos en el momento adecuado. Si vamos demasiado lentos, se nos perderán bits entre dos observaciones consecutivas de la línea. Si vamos demasiado rápidos, observaremos un bit varias veces antes de que haya aparecido el siguiente. (Figura 1)

La señal que está dibujada, es la transmitida. Las flechas indican los instantes de "muestreo" de la línea de datos serie (momentos de observación), instantes que genera un reloj en el equipo receptor y que debe ser de la misma frecuencia (Velocidad de transmisión) que el reloj instalado en el equipo que originó la transmisión. En la figura observamos que, si la velocidad es correcta, cada bit transmitido se corresponde con un bit recibido. Si la velocidad es lenta, en el caso concreto de nuestra figura, existe una ambigüedad en el bit cuarto empezando por la izquierda. Es porque no se ve muy bien si se lee cuando la línea está todavía en 0 o cuando ya ha cambiado a 1. En el caso de leer demasiado rápido, la secuencia final es también errónea. Para el MIDI, se especifica una velocidad de transmisión de 31250 bits cada segundo (DPS). Eso invalida ciertos montajes con amplificadores operacionales típicos. Por ejemplo la señal RS-232 tiene como valores típicos +12 voltios para representar un dato binario "0" y -12 para representar un "1".

Además, un amplificador operacional del tipo LM741 ó TL082 ó LM342 (Tres chips de los más típicos con uno, dos y cuatro amplificadores respectivamente), tiene una limitación en la variación del voltaje de su salida. Se define como "SLEW RATE" la máxima variación que puede soportar un AMP-OP (Amplificador operacional) expresada en voltios por segundo (típicamente de 500.000 volts/segundo). Parece una brutalidad, pero si analizamos, vemos que para pasar de "+1" a "0" lógico en el puerto RS-232 tenemos que pasar de -12 a +12 volts, lo que es una variación de 24 volts. La máxima variación (lo máximo de rápido que puede subir el voltaje) en un AMP-OP es de 500.000 v/s, lo que, con una simple regla de tres, nos da que como mínimo, para 24 volts tarda x segundos:

500.000 -> 1
24 -> x

x=24/500.000=
0.000048 segundos = 48 microsegundos.

En menos de 48 microseg no puedo pasar de -12 a +12 volts con un chip normal y corriente. Sabemos que tenemos que enviar 31250 bps. Podemos calcular el tiempo que dura cada bit (llamado técnicamente como "TIEMPO DE BIT" y simbolizado como "Tbit"): T=1seg/31250bits=0.000032 segundos cada bit (32microseg/bit). Si se produce una transición, un amplificador operacional normal no será capaz de seguir los cambios de manera suficientemente rápida. Así que, optaremos por utilizar unos chips especializados en convertir y adaptar señales aptas para los circuitos integrados típicos a señales RS-232 y viceversa. Estos integrados son los 1488 y 1489, y sus descripciones eléctricas se muestran en las figuras 2 y 3.

Para saber cómo conectamos un CI (Circuito Integrado), miraremos la descripción de sus patas para saber qué hace. Para contar, siempre se pone la muesca (marca) del IC (Integrated Circuit, IC (Inglés) = CI (español)) en la parte superior. Se empieza por la pata superior izquierda y se gira SIEMPRE en sentido contrario al de las agujas del reloj (anticlockwise, figura 4). Hay algunos IC's que no llevan una muesca, sino un puntito hundido en el plástico cerca de una pata. Esa es la pata número 1, que está arriba a la izquierda.

FIABILIDAD

En el Midi, hay posibilidades realmente increíbles, si se usan bien todas sus capacidades. En muchos conciertos, primero se secuencia toda la música y los teclados de los artistas se comunican entre ellos de punta a punta del escenario. La longitud del cable a instalar es larga y puede salir cara una instalación paralelo donde 8 bits significan 8 cables. En la transmisión serie, sólo se utiliza un par de cables para enviar y otro para recibir. Esto conlleva un ahorro considerable.

Pero en la instalación, no sólo hay que mirar el precio (que muchas veces decide qué tecnologías utilizar en montajes electrónicos), sino también que la transmisión sea segura. Para enviar señal por un cable, lo podemos hacer de varias formas: Si en un extremo del cable ponemos una tensión determinada (por ejemplo 5v para un "1" y 0v para un "0"), podemos observar en el otro extremo del cable qué tensión tenemos. Para distancias cortas, ésta es la manera más fácil de hacerlo (y de hecho es como se hace en los equipos profesionales con interfaz serie de corta distancia, RS-232). Para distancias largas, este sistema se ve fuertemente afectado por interferencias e inundado de "contaminación" radioeléctrica. Para solucionar el problema, se busca soluciones alternativas más inmunes al ruido (como son, por ejemplo, las transmisiones serie balanceadas, como el estándar RS-422). El Midi debe soportar situaciones bastante "infestadas" de interferencias eléctricas porque, junto con los cables Midi, en el mismo escenario, coexisten cables de señal de sonido, señal de potencia para altavoces, señales de iluminación, focos, amplificadores de sonido, etc. Aparte, el Midi prevé distancias de centenares de metros y no sólo unos metros como cuando conectamos dos ordenadores en una misma habitación. Es por todo ello que Midi busca una estrategia fiable y segura, a la vez que barata y fácil de construir.

Consiste en generar un bucle de corriente (figura 5) de manera que es muy poco probable que, si generamos corriente en un lado, en el otro extremo no circule corriente (se debería romper el cable o debería producirse alguna interferencia muy grande, fuera de los valores habituales. Si no hacemos mover los electrones de un extremo, no hay corriente. Es poco probable que los electrones de dentro del cable en el punto de recepción se muevan por ellos mismos. De una manera intuitiva, vemos que será un método bastante seguro. El interfaz MIDI, en su definición, establece que la comunicación se realizará por medio de un bucle de corriente de 5mA, asignando que:
* Si transmitimos un "0", pondremos 5mA de corriente en el bucle.
* Si transmitimos un "1", no pondremos corriente. El problema está en la recepción: ¿Cómo observo yo si hay o no corriente en un cable sin conectar los circuitos de recepción directamente para que el bucle quede como estaba, sin alterarlo?. En el artículo de Hard del número cero de AMIGA.InFo os enseñamos cómo encender LED's, ¿recordáis?. Los excitábamos desde el puerto paralelo y decíamos que, si conseguíamos que circulara una corriente a través del LED, se encendería. Pues esto es lo que vamos a hacer: Insertaremos un LED en el camino de la corriente y observaremos si produce luz o no. Si transmito un "0", hay 4mA que excitarán el LED y dará luz. Si no pongo corriente ("1" lógico) no encenderé el LED. Esta es la manera más práctica de "recibir" el bucle de corriente sin producir en él ningún tipo de alteración (Figura 6).

RECEPCIÓN MIDI

Para recibir el MIDI, utilizaremos un "optoacoplador" o fototransistor.Es un chip que integra en su interior un LED (aunque la luz no se vea desde el exterior, sí se produce dentro del encapsulado) y también integra un transistor que se comporta como un interruptor cerrado cuando recibe luz (la luz del LED interior) y se comporta como un interruptor abierto cuando el LED no recibe luz. Esto permite que, el circuito de recepción no se vea modificado porque en el bucle de corriente sólo insertemos el LED. El resto es otro circuito independiente (eléctricamente hablando), aunque efectos en uno provocarán efectos en el otro. Para ver como se comporta un optoacoplador mirad la figura 7. Si el led no se enciende (no hay corriente en el circuito del led), el transistor tampoco deja pasar la corriente por sus patas y eso se traduce en un circuito abierto o interruptor abierto. Si por el led circula corriente, éste se enciende y permite que a través de las patas del transistor circule corriente, si la hay, y se comporta como un cortocircuito o interruptor cerrado.

La descripción de las patas del optoacoplador, también llamado simplemente opto, la tienes en la figura 8: los terminales del led sin la pata 1 (para el terminal positivo) y la pata 2 para el negativo. Las patas 4 y 5 son, respectivamente, el emisor y el colector del transistor, y son las patas que se comportan como un interruptor. Hay que tener presente que la corriente en el transistor sólo puede fluir de colector a emisor en este caso (porque es un transistor NPN), es decir, la pata 5 deberá tener voltajes iguales o superiores a los de la pata 4. Si no es así, el transistor puede tener funciones incontroladas.

La pata 6 se reserva para simular que hay luz. Si aplicamos un poco de corriente a la pata 6 a través de una resistencia de 1 Kohm, por ejemplo, tendremos el mismo efecto en el TRT (transistor) que si el led estuviera encendido. En nuestro caso, no utilizaremos esta pata, y la dejaremos al aire (en el aire no hay corriente eléctrica que pueda entrar en el transistor), y evitaremos falsas conmutaciones.

De alguna manera, la señal que recibimos en el opto debe ser tratada para que, una vez convertida a un interruptor que se cierra y se abre, se convierta en una señal TTL-compatible (TTL es una familia de circuitos integrados. Los 1488 y 1489 convierten RS-232 a TTL, luego a ellos debemos presentarles las señales como si de TTL se tratara). Para ello, usaremos el integrado 74HCT04: 74 indica "familia lógica", 04 indica "seis inversores".

Todos sabemos que, si una señal la negamos dos veces, recuperamos la señal original. Esto es lo que vamos a hacer. Negaremos dos veces la señal de llegada, y así nos aseguramos que recuperamos la señal con tensiones y corrientes compatibles TTL. Ya que tenemos inversores de sobras (6 en un chip), usaremos dos más para "reforzar" la señal de salida del MIDI, aprovechando que las salidas de los HCT son muy buenas.

EL CIRCUITO

El circuito MIDI está en la figura 9. En ella aparece conjuntamente todo lo que hemos comentado anteriormente. El conector MIDI IN recibe las señales externas y a través de una resistencia de 100 ohms se activa el led del optoacoplador si hay corriente en la entrada (0 lógica transmitida). En tal caso, el opto cierra el "interruptor" conectando los terminales 4 y 5 tal como hemos descrito antes. En caso de 0 lógico, hay corriente, se enciende el led y la pata 5 se conecta a masa. En caso de que se hubiera mandado un 1 lógico, el led no se enciende (no hay corriente) y el interruptor no se cierra, habiendo en la pata 5 del opto 5 voltios que llegan a través de las resistencias de 3.3 Kohms (3k3).

En la pata 5 del opto, tal y como hemos montado el circuito, podemos tener dos valores: masa o 5 volts, tal como hemos visto. Estos valores los entiende el circuito 74HCT04 en su pata número 13 como 0 y 1 lógicos respectivamente. Invirtiéndolo dos veces (salida del inversor en la pata 12, entrada del siguiente inversor en la pata 11 y su salida en la 10) obtenemos lo mismo (0 y 1 lógicos) en la pata 10 del 74HCT04. Si observamos el paso de la señal por los circuitos tal como lo hemos descrito, hemos convertido la transmisión de un "1" lógico en un "0" en la pata 10 del HCT en recepción y un "0" ha pasado a ser un "1". La señal queda negada (invertida), pero eso ya está bien porque el circuito adaptador de TTL a RS-232 también niega la señal, y nos volverá a poner la información tal como la habíamos transmitido. Una entrada al adaptador TTL a RS-232 está en la pata 2 y su salida en la 3 (ver detalle de patas del IC 1488). De hecho, ya tenemos la recepción MIDI completa. Vamos a ver la transmisión (mucho más fácil). En transmisión, el ordenador le da al circuito los datos por el RS-232 al conversor RS-232 a TTL (IC 1489) por la pata 1, y que son recogidos en el nuevo formato por la pata 3. La pata 2 puede actuar sobre la respuesta dinámica del chip, pero no la usaremos. La salida TTL la negamos dos veces con cualquier par de inversores de HCT04, como por ejemplo las patas 1 y 2 para conectarlas a las 3 y 4. En la pata 4 tengo la señal en formato TTL pero negada tres veces (uno por el conversor 1489 y dos por nosotros con los inversores del HCT). Si mando un "1" tengo aquí un "0" y si mando un "0" tengo un "1". Aquí puedo ya convertir la señal a bucle de corriente. La manera más fácil de hacerlo es a través de una resistencia, puesto que la ley de Ohm, que se cumple siempre, relaciona voltaje e intensidad a través del valor de la resistencia:

V = I * R (Ley de Ohm)

Esto va perfecto, porque para el HCT, los valores lógicos "0" y "1" se corresponden directamente con los voltajes 0v (masa) y 5v. Esto permite diseñar con facilidad los valores de las resistencias a usar, que aunque sean no del todo exactos, en bucles de corriente sirven igual. Para nuestro caso, en el peor de los casos, que sería un cortocircuito exterior, habría 5 volts en 200 ohms (dos resistencias de 100 ohm en serie), lo que daría I=V/R=5/200=25mA, 25 miliamperios que excitarán el circuito remoto.

Generalmente, los circuitos receptores irán con resistencias de más ohmios (como nosotros hemos hecho en nuestro MIDI IN), que limitan la corriente. No es de ningún modo problemático por las mismas tolerancias del sistema. En el caso de un circuito externo conectado a nuestro MIDI OUT, en el supuesto de tener un "0" en la pata 4 del HCT circulará corriente por el circuito fluyendo la corriente desde +5 (alimentación) siguiendo por una R de 100H, continuando por el circuito externo, retornando por la otra R de 100H y entrando en la pata 4 del HCT. Si tuviéramos un "1" en la pata del HCT, tendríamos 5 volts en cada uno de las patas conectadas al conector del MIDI y como la caída de tensión sería nula, la corriente también lo sería.

CONEXIONADO

Las conexiones al ordenador se hacen con un conector DB-25 ó D25 (figura 10), al que recomendamos poner tapas para poder sacarlo con facilidad. En la figura 11 aparece la numeración de patas del D25 que, de hecho, está marcada en el mismo conector con rugosidades en el plástico (y que es la manera más fiable de controlar que no estamos equivocados). En la figura del circuito aparecen los pines del conector midi (DIN HEMBRA 180 grados) también numerados. Mirad también la numeración en el conector para no equivocaros. En el conector serie del Amiga, podemos recoger fácilmente las tensiones +12 y -12 necesarias para el IC 1488.

Este chip necesita la tensiones, porque la señal RS-232 tiene definido como valor "1" lógico, un voltaje entre -3 y -25 volts, eligiendo como valor más típico el de -12; con valor "0" un voltaje entre +3 y +25 volts, eligiendo como más típico el de +12. Es por ello que el CI se alimenta con MASA, +12 y -12. El resto de IC's, en cambio, necesitan una tensión de +5, que se obtiene fácilmente con un integrado de tras patas (7805), cuyo patillaje se detalla en la figura 12. En la pata central va masa, en la izquierda va cualquier valor mayor que 8 volts (y menos que 40 volts, que es el punto donde el chip puede quemarse), y en la salida (para derecha) tendremos siempre 5 volts (con una corriente máxima de salida de 1 amperio).

Evidentemente, hay muchas más posibilidades para realizar el mismo interfaz MIDI, como por ejemplo, probar de no poner los dobles inversores, y a ver si una señal débil excita como es debido las siguientes etapas. Otra combinación sería conectar a la salida un sólo inversor en vez de dos, y la señal de +5v de la pata 4 del conector MIDI OUT desconectarla de +5 y ponerla a masa, y además invertir el conexionado (intercambiar las patas 4 y 5 del DIN) y debería funcionar igual... De hecho, son ilimitadas las combinaciones posibles en un circuito electrónico. Hemos elegido éste como podríamos haber optado por otro cualquiera. Simplemente es cuestión de cómo te va quedando a medida que lo vas desarrollando.

AMPLIACIÓN

Para los que os guste la aventura os proponemos hacer un MIDI con posibilidades de ampliación: MIDI IN, varios MIDI OUT y varios MIDI THROUGH. El Through es una salida MIDI que no envía las señales del ordenador fuera, sino que repite las de la entrada tal como le vienen. Esto se consigue conectando otro bloque igual que el de la salida, pero en vez de a los inversores controlados por el ordenador, conectados a los inversores de la parte receptora. Esto hará que la señal que se reciba se retransmita. En la figura 13 podemos observar parte del circuito presentado anteriormente, pero ligeramente modificado. Aparecen las salidas auxiliares "A" y "B", que se pueden configurar cada una como OUT y THROUGH, sin más que conectar con un cable los puntos A o B del circuito (uno para cada salida independiente) a los puntos P o Q para un OUT o un THRU (Through) respectivamente. Por ejemplo: si queremos dos thru's conecto los puntos A y B, ambos, al punto Q; si queremos un thru y un out conectamos, por ejemplo, A con P (a=out) y B con Q (B=thru), o cualquier combinación que queramos.

RESUMEN

A modo de resumen se incluyen las figuras 14 y 15 que engloban la totalidad de conceptos que se han comentado en el artículo. La figura 14 describe como la información sale del Amiga por el RS-232, llega al adaptador 1489, se separa y prepara con una doble inversión (que la deja como antes pero más arregladita), las resistencias convierten la tensión en una corriente que circulará por un bucle formado por el cable y el circuito remoto. La figura 16 muestra como la información que sale del sintetizador por su bucle de corriente es recogida en el MIDI con un optoacoplador para permitir que el bucle se cierre correctamente sobre el sintetizador pero "espiando" la señal con el opto. La salida del opto se lleva al doble negador y finalmente, con el 1488 se entrega al bus RS-232.

Para montarlo, soldar primero los zócalos para circuito integrados (son unas bases que se sueldan y permiten insertar el chip a presión y extraerlo cuando sea necesario), luego las resistencias y luego insertar los chips. Si lo metéis en una cajita queda un poco más presentable. En algunos montajes (sobre todo de sonido y vídeo) es necesaria una caja de aluminio para que haga de apantallamiento contra interferencias. Aquí con una de plástico ya vale.

En la figura 16 está la configuración interna de los inversores por si queréis hacer algún cambio, expandir el MIDI con salidas auxiliares, etc...

RECOMENDACIÓN FINAL

El circuito ha sido probado y funciona sin problemas, si no te fijas, te puedes cargar el ordenador (repasa las conexiones varias veces). En especial, debes estar COMPLETAMENTE SEGURO de que no hay ningún cable que accidentalmente une MASA con alguna alimentación (+15, +12 ó -12) y que no se conectan entre ellas. Sólo queda decirte que disfrutes a pleno pentagrama de tu nuevo y flamante "Musical Interface for Digital Instruments".

Post Data: Os agradeceríamos que cualquier modificación que hagáis en el MIDI la mandéis a la redacción, o, simplemente, que os animéis y escribáis diciendo cómo os ha ido el montaje, si ha sido difícil o si os ha salido a la primera. También si tenéis ideas para futuros desarrollos hardware para el Amiga y que queréis que AMIGA.InFo os eche un cable. Cada opinión particular es válida por sí misma, así que, no dejes que la pereza te diga: "Es que ya escribirán muchos...". Necesitamos saber qué inquietudes tienes para que se desarrolle hard de tu interés para próximos artículos, pero para saberlo necesitamos de ti!. Feliz montaje y FELIZ 1995.

ESPECIFICACIONES MIDI
(musical Interface for Digital Instruments)

Visión global: De hecho, se emplea a veces con las íes intercambiadas: Musical Instruments with Digital Interface, pero no cambia mucho el significado. El interface se define como una unión que permite conectar instrumentos digitales tales como sintetizadores, secuenciadores, cajas de ritmos, etc. La especificación tiene dos partes diferenciadas: La componente eléctrica (voltajes, corrientes, velocidades de transmisión...) y la mecánica (tipo y tamaño de los conectores, longitudes máximas de cable, etc). Estas dos se engloban en otra primera parte (Hardware) y la parte lógica de cómo se codifican los datos a transmitir para que cada paquete de información (notas, efectos, eco's, reverberaciones, ritmos) llegue al destino correcto (segunda parte llamada software). Las especificaciones hardware las detallamos a continuación, no siendo de especial relevancia, para lo que es la construcción de un MIDI. La configuración soft (si la queréis consultar) fue publicada en la página 50 del numero anterior, (AMIGA.InFo, número 0).

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS MIDI:

Tipo de Transmisión: Serie, Full Duplex, a 4 Hilos, Velocidad: 31250 bits/segundo Formato: * Asíncrono * 1 Bit de arranque * 8 Bits de datos * 1 Bit de parada * ningún tipo de paridad ni control de errores Modulación: Banda Base (Sin modular), donde la señal se envía por bucle de corriente de 5mA. Se establece como norma MIDI que, si hay corriente en el circuito, equivale a un 0 lógico binario, y, si no hay corriente en el circuito, equivale a 1 binario.