2.7.2.2.4. Интерфейс midi
Цифровой интерфейс музыкальных инструментов MIDI (Musical Instrument Digital Interface) является двунаправленным последовательным асинхронным интерфейсом с частотой передачи 31,25 Кбит/с. Этот интерфейс, разработанный в 1983 году, стал фактическим стандартом для сопряжения компьютеров, синтезаторов, записывающих и воспроизводящих устройств, микшеров, устройств специальных эффектов и другой электромузыкальной техники. В настоящее время интерфейс MIDI имеют и дорогие синтезаторы, и дешевые музыкальные клавиатуры, которые могут использоваться в качестве устройств ввода компьютера.
В интерфейсе применяется токовая петля 10 мА (возможно и 5 мА) с гальванической (оптронной) развязкой входной цепи (напряжение изоляции 100 В). Эта развязка исключает связь «схемных земель» соединяемых устройств через интерфейсный кабель, что устраняет помехи (фон), крайне нежелательные для звуковой техники. Снижению интерференционных помех служит и выбор частоты передачи, которая совпадает с одним из значений частот квантования, принятых в цифровой звукозаписи.
Формат асинхронной посылки содержит старт-бит, 8 бит информации и 1 стоп-бит, контроль четности отсутствует. Старший бит посылки является признаком «команда -данные». Его нулевое значение указывает на наличие семи бит данных в младших разрядах. При единичном значении признака биты [6:4] содержат код команды, а биты [3:0] — адрес приемника. Команды могут быть как адресованными конкретному устройству, так и широковещательными (безадресными). К последней группе относятся команды старта, стопа и отметки времени, обеспечивающие синхронизацию устройств (система синхронизации МТС - MIDI Time Code).
Интерфейс определяет три типа портов: MIDI-IN, MIDI-OUT и MIDI-THRU.
Входной порт MIDI-IN представляет собой вход интерфейса «токовая петля 10 мА», гальванически развязанного от приемника оптроном с быстродействием не хуже 2 мкс. Устройство отслеживает информационный поток на этом входе и реагирует на адресованные ему команды и данные.
Выходной порт MIDI-OUT представляет собой выход источника тока 10 мА, гальванически связанного со схемой устройства. Ограничительные резисторы предохраняют выходные цепи от повреждения при замыкании на землю или источник 5 В. На выход подается информационный поток от данного устройства. В этом потоке может содержаться и транслированный входной поток, но это далеко не всегда так.
Транзитный порт MIDI-THRU служит только для ретрансляции входного сигнала. Его наличие не является обязательным для всех устройств.
В качестве разъемов применяются 5-контактные разъемы DIN, распространенные в бытовой звуковой аппаратуре. На всех устройствах устанавливаются розетки, на кабелях — вилки. Все соединительные кабели MIDI унифицированы (см. схему на рис. 2.50). Согласно правилам подключения, контакт 2 — экран кабеля — соединяется с общим проводом только на стороне передатчика (на разъемах MIDI-OUT и MIDI-THRU). На разъеме MIDI-IN этот контакт свободен.
]
Рис. 2.50. Соединительные кабели MIDI
В маркировке входов и выходов, указанной около разъемов, бывают разночтения. Одни производители считают, что надо писать In или Out в соответствии с функцией разъема данного устройства, и это, пожалуй, правильно: любой кабель будет соединять In и Out. Другие считают, что подпись должна обозначать функцию подключаемого устройства, и тогда кабель будет соединять разъемы с обозначениями In — In и Out — Out. Такая маркировка встречается реже, но и ее следует иметь в виду.
Интерфейс позволяет объединить группу до 16 устройств в локальную сеть. Возможные варианты топологии должны подчиняться главному правилу: вход MIDI-IN одного устройства должен подключаться к выходу MIDI-OUT или MIDI-THRU другого устройства. При планировании MIDI-сети необходимо руководствоваться знаниями информационных потоков и связей устройств. Управляющие устройства — клавиатуры, секвенсоры (в режиме воспроизведения), источники синхронизации — должны находиться, естественно, перед управляемыми. Если устройства нуждаются в двунаправленном обмене, они должны соединяться в кольцо. Возможно применение и специальных устройств-мультиплексоров, позволяющих логически коммутировать множество входных потоков в один выходной. Вырожденным случаем кольца является двунаправленное соединение двух устройств. Несколько вариантов соединения приведены на рис.2.51.
В PC MIDI-порт имеется на большинстве плат звуковых адаптеров, и его сигналы выведены на неиспользуемые контакты (12 и 15) разъема игрового адаптера. При этом для подключения стандартных устройств MIDI требуется переходной адаптер, реализующий интерфейс «токовая петля». Переходной адаптер обычно встраивается в специальный кабель, примерная схема которого приведена на рис. 2.52. Некоторые модели PC имеют встроенные адаптеры и стандартные 5-штырьковые разъемы MIDI.
Рис. 2.51. Варианты топологии сети MIDI: а — цепь, б — кольцо с мультиплексором
Рис. 2.52. Вариант схемы кабеля-адаптера MIDI
В PC для MIDI-порта обычно применяются микросхемы UART, совместимые с MPU401. Эти микросхемы отличаются от обычных UART 8250 или 8251 в основном тем, что имеют регистр адреса устройства. При приеме команды с адресом устройства, совпадающим с заданным в этом регистре (или с широковещательным адресом), вырабатывается запрос аппаратного прерывания. Это позволяет интерфейсу игнорировать команды, не адресованные данному устройству, без привлечения к фильтрации ресурсов процессора. В пространстве ввода/вывода MPU401 занимает два смежных адреса MPU и MPU+1:
По адресу MPU+0 (обычно 330h) расположен регистр данных (R/W);
По адресу MPU+1 — регистр адреса и управления (W) и регистр состояния (R).
На некоторых системных платах применяются БИС контроллеров интерфейсов, в которых UART, используемый для СОМ -порта, конфигурированием через BIOS SETUP может быть переведен в режим MIDI-порта.