Mostra la font per a 50 ways... Interfacing Arduino with the mythic AY-3-8910 sound chip

=Abstract=
==Abstract in English==
==Resum==

=Referències=
El xip AY-3-8912 és el que porten els ZX Spectrum 128 i superiors, i que va millorar molt el so respecte el ZX Spectrum +.
*http://en.wikipedia.org/wiki/General_Instrument_AY-3-8910
*mostres d'audio: ftp://ftp.worldofspectrum.org/pub/sinclair/music/ay/demos/. El format està amb extensió AY, però hi ha una utilitat AY2WAV
cercant en eBay es pot comprar el xip (Estats Units i Hong Kong), el AY-3-8912 o el AY-3-8910, per uns 10e i sense despeses d'enviament.
*datasheet del AY-3-8910 i AY-3-8912: [[Imatge:Ay8910-1.pdf]]
*AY8910 programmable manual: [[Imatge:AY-3-8910 programmable manual.pdf]]-> aquest és el document per realment entendre com funciona
Aquest projecte està relacionat amb el concepte de '''chiptune''': http://en.wikipedia.org/wiki/Chiptune. També hi ha informació a Internet sobre AY music.

Exemple de projectes d'Arduino i AY-3-8910/12:
*http://www.arduino.cc/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1242693972
*http://ploguechipsounds.blogspot.com/2009/02/more-ay-3-8910-and-ym2149f-hacking.html
*video: http://www.youtube.com/watch?v=B7UGMwky4mo
També es pot utilitzar el YMZ284: this chip is a workalike of the popular AY8910 and a cheap and easy way to get synth ability on an Arduino. En aquest cas, n'hi ha un que ja ho ha connectat a l'arduino i dóna el codi (s'hauria d'adaptar el codi al AY8910):
*http://www.arduino.cc/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1270232518

Exemple de codi amb el ZX Spectrum (el 128K i superiors són els que porten el xip):
*http://www.maxwolf.ru/faq/eparts/ay8910.html

En el cas dels Commodore 64 s'utilitza el xip SID (Custom SID 6581 & 8580, Sound Interface Device), un xip molt popular per a fer xiptunes, i que disposa d'una àmplia col.lecció de música i emuladors:
*http://www.hvsc.de

=Objectius=

=AY Music Utilities=
Dins de http://www.worldofspectrum.org/utilities.html hi ha l'apartat ''AY Music Utilities'', on puc accedir a fitxers AY de jocs i demos, i a players de fitxers AY:
*http://www.worldofspectrum.org/utilities.html
*ftp://ftp.worldofspectrum.org/pub/sinclair/music/ay/

*AYLet v0.5 (Unix), by Russell Marks.
Plays AY files. [02/03/06] 
no compila perquè necessita unes llibreries que deuen estar molt desfasades (2006)

*AY-3-8910/12 Emulator v2.9 beta 1 (PC/Windows), by Sergey Bulba, Russia.
An excellent player that accepts all of the file formats OUT, ZXAY, STC, ZXS, ASC, YM (YM2, YM3, YM3b, YM5 and YM6), VTX, PSG, EPSG, STP, FTC, FLS, PSC, PSM, PT1, PT2, PT3, SQT, GTR, FXM, AY (EMUL and AMAD) and AYM, plus various others formats such as MP3, MOD, MID, CDA and so on.
This utility can do more than 'just' play music. It can also be used to convert between formats and rip music from a wide range of Spectrum file formats! [28/09/06]
Interested people can also get the source code of this player at Sergey's site.
Also available for all 2.x versions is Skin Manager II! (and various skins are available on Sergey's site) [25/05/03]

De moment no me n'he ensortit.

*midi2ay v0.1 (PC/Windows), by Quique Llaría.
Converts a MIDI file to an AY file. [27/12/05]

=Desenvolupament=
==cristalls de quarç i oscil.ladors de cristall==
'''compte!''' són coses diferents. Els cristalls de quarç tenen dues potetes i necessiten circuiteria externa per oscil.lar (R, C), i els oscil.ladors de critall de quarç ja tenen tota la circuiteria (4 potetes, V, GND, output i NC)

per veure un exemple de projecte fet amb el AY-3-8910 i veure  com es connecta el rellotge
*http://www.simandl.cz/stranky/zxs/obrazky/ay_stereo.jpg
En aquest cas no s'utilitza un cristall sinó que amb dues portes NAND i un circuit RC es pot aconseguir un oscil.lador. 
Les portes NAND poden ser un IC CD4011 (llibre 30 montajes para iniciarse en la electrónica, pag 130, on es construeix un metrònom amb portes NAND). Finalment com a portes NAND faig servir un SN7400: [[Imatge:Sn7400.pdf]]

Les proves que he fet amb l'oscil.loscopi em donen una freqüència de 20KHz, que no em val per al que vull. Més informació de com muntar un oscil.lador amb portes NAND a:
*http://www.forosdeelectronica.com/f25/duda-oscilador-puertas-nand-20096/

Some datasheets for the AY have a frequency table for a 1.78975MHz clock, or half of the NTSC frequency.

Una altre projecte on es pot veure com es connecta el rellotge:
*http://sue.niko.to/ps98/ps98@ay-3-8910_sch.png
en aquest cas s'utilitza un oscil.lador que va a 3.57MHz, i amb un flip-flop (74HC74) suposo que ho redueix a la meitat (1,78MHz).

Projecte:
*http://www.midibox.org/dokuwiki/midibox_ay_3_8912
De l'esquema que podem veure a
*http://www.midibox.org/dokuwiki/doku.php?id=midibox_ay_3_8912_board
es pot deduir lo simple que és connectar el cristall de qurz de 2MHz. Però en realitat no és un cristall de quarç, és un oscil.lador TTL. Per una banda Vdd a una pota, i a l'altra pota ja ho podem connectar al pin22 del AY-3-8910. En aquest disseny no s'utilitzen condensadors ni resistències, és el disseny més simple.
*Q1       2.0 Mhz        DIL14S      crystal
però no s'utilitzen condensadors i resistències perquè de fet estem utilitzant un oscil.lador TTL, com s'explica al final de tot de 
*http://www.taringa.net/posts/info/2831870/Osciladores-a-Cristal.html

Per tant, una cosa és un cristall que necessita circuiteria (2 potetes), i una altra cosa és un oscil.lador (4 potetes), que ja incorpora el cristall i tota la circuiteria. Típicament, les quatre potetes de l'oscil.lador són N/C, GND, 5V i Output.
<pre>
Oscilador TTL 

Este tipo de oscilador está basado en un Cristal que contiene toda la circuitería para generar una onda cuadrada. Este ha de ser conectado como si de un generador de señal externa se tratase. Al incluir toda la circuitería esto lo convierte en la opción más costosa; pero representa la forma más práctica por la cantidad de conexiones y por la precisión en la señal de reloj emitida. En la imagen de la siguiente figura se muestra como debe conectarse al microcontrolador y las características del cristal. 

Estos tipos de cristales están diseñados especialmente para tecnologías TTL. La frecuencias disponibles para esta versión de cristal son muy amplias y las mas usuales son 1 - 1.8432 - 2 - 4 - 8 - 10 - 11.059 - 12 - 14.31818 - 16 - 20 - 25 - 32 - 33 
- 40 - 50 - 80 y 100 Mhz. 
</pre>

'''Oscil.lador tipus XT'''
[[Imatge:PIC XTAL.jpg|100px]]

Finalment, els muntatges habituals es fan amb cristalls de quarç. Ara bé, compte!, no oscil.len per sí sols, sino que necessiten d'una ''ajuda'' per oscil.lar, per entrar en freqüència de ressonància. Això s'aconsegueix amb 2 condensadors (que han de ser iguals), i la idea és que en l'oscil.lació els condensadors es carreguen i descarreguen. Es tracta del muntatge tipus XT, com es pot veure a:
*http://usuarios.multimania.es/sfriswolker/pic/cinco/cincocuatro.htm
En aquest cas es connecta a un PIC:
<pre>
Frecuencia de Oscilación  	C1  	C2
455 Khz 	47 - 100 pF 	47 - 100 pF
2 Mhz 	        15 - 33 pF. 	15 - 33 pF.
4 Mhz 	        15 - 33 pF. 	15 - 33 pF.
</pre>
En el cas de l'arduino no tenim aquests condensadors. Això és senzillament perquè aquests condensadors ja estan integrats en el microcontrolador Atmel.

Per tant, en el meu cas de fer oscilar el Atmel a 2MHz amb un cristall de 2MHz, necessito dos condensadors de 15-30pF (suposant una tensió de 5V, doncs sembla ser que amb una altra tensió el marge de valors podria canviar). Per tant, sempre ho hauré de comprovar amb l'oscil.loscopi.

En qualsevol cas, si vull estudiar el tema dels oscil.ladors i estar segur de la velocitat de rellotge de sortida, necessitaria un oscil.loscopi. (ja el tinc :-))

M'és impossible trobar oscil.ladors de cristall. Dues possibles solucions:

1. Aquí hi ha un esquema de com aconseguir un rellotge de 2MHz:
*http://www.electronixandmore.com/project/pongman/
*http://www.instructables.com/community/I-need-help-setting-up-a-2Mhz-oscillator-circuit/

'''solució!!!'''

i aquí hi ha un altre esquema d'ocil.lador utilitzant unes portes NAND (74LS00):
*http://people.ece.cornell.edu/land/courses/ece4760/FinalProjects/s2007/arb66_ak364/arb66_ak364/Index.html
jo tinc un SN7400 (4 portes NAND), i en principi m'hauria de valdre.
[[Imatge:Oscillator circuit.PNG|200px]]
Ho he comprovat amb l'oscil.locopi: ona quadrada de 2MHz (amb un cristall de 2MHz).

Una altra possibilitat és la que em suggereix el ''Programmable Sound Generator (PSG) Data Manual'' del AY-3-8910, que en la pàg 31 i 37 veig com es pot generar un puls de rellotge de 1,78MHz a partir d'un rellotge de 3,57MHz (la meitat). Utlitza els integrats CD4013 (per dividir la freqüència per la meitat) i CD4069 (CMOS inverter)(o en el text diu 4089, deu ser un error, doncs ś un CMOS Binary Rate Multiplier).
*CD-4013: CMOS DUAL D-TYPE FLIP-FLOP - Texas Instruments
*CD4069 - CMOS Binary Inverter

==Com connecto la sortida d'audio?==
Ho podem llegir a
*http://ploguechipsounds.blogspot.com/2009/02/more-ay-3-8910-and-ym2149f-hacking.html
<pre>
    What do I need for that? The things between the 3 channel outputs on the YM-2149F and the 3.5mm jack.

    you need to put a charge on the output, else it will not sound right.
</pre>
*1a possibilitat: 
http://www.midibox.org/dokuwiki/doku.php?id=midibox_ay_3_8912_mixer. L'avantatge és que és un mesclador i controlo la proporció de cada canal. En el lloc tinc la placa base PCB que es pot utilitzar o tornar-la a fer en el Eagle si m'interessa.
*2a possibilitat (la senzilla, la directa, explicat al mateix lloc) No OP MIXER Option: You can easily leave out the opamp buffer board for testing. Just connect all three outputs via 10k resistors and add a pulldown of 1k-5k from that signal to ground. Podem veure la foto de com quedaria: [[Imatge:AY8910 output.jpg|thumbnail]]
*3a possibilitat: http://sue.niko.to/ps98/ps98@ay-3-8910_sch.png (més senzill que l'anterior)
*4a possibilitat, similar a la 2a. Tal com es veu en la pàg 32 i 37 del PSG Data Manual.

==Amplificació==
L'amplificació del senyal de sortida em baso en l'esquema de la pag 32 ó 37 de la guia de programació del AY-3-8910, que és bàsicament el mateix esquema que es pot veure en el datasheet del LM386 ([[Image:LM386.pdf]])
==Prototip==
*Per una banda hi ha el circuit de sumar les tres sortides A, B i C, i amplificació (segueixo pag 37 del PSG Data Manual), i el circuit oscil.lador.
*pin 25 (A8) va a 5V; pin 24 (A9 invertit) va a GND.
*pin BDIR (27) i BC2 (28) a 5V; BC1 (29) selecciona entre escriure una dada (mode Dada) o ''Latch Adress'' (escriure una adreça, mode Adreça). Veure pag 5-19 del data sheet. És el cas simplificat que es comenta. El BC1 el connecto al pin DIG10 de l'Arduino. Per tant, aquest és el que utilitzarem per escriure una adreça o per escriure una dada (veure codi).
*RESET. Jo ho connecto al RESET de l'arduino, i així m'evito fer un RESET per software (i que utilitzaria un pin digital de l'Arduino). Igual que en el Arduino, el pin està normalment a '''1''', i per fer el RESET l'he de posar a '''0'''.
*DA0-DA7 del AY-3-8910 es corresponen als pins digitals DIG2-9 de l'Arduino (evito utilitzar els dos primers que tenen a veure amb el TX-RX de la transmissió sèrie.
*fico un LED en el pin 11 de l'arduino que em servirà per monitoritzar l'activitat quan soni una nota (un toc de llum pensant en el vídeo).

==Eagle==
*Top:[[Imatge:Arduino-AY38910 v1 1 top.pdf | 100px]]
*Bottom:[[Imatge:Arduino-AY38910 v1 1 bottom.pdf | 100px]]
*Top (components) [[Imatge:Arduino-AY38910 v1 1 top components.pdf | 100px]]

=Video=
==Transcripció català==
Aquest és el mític xip AY-3-8910, és un Generador de Sons Programable. Jo l'he comprat a eBay per 10 $. Existeix una altra versió que funciona igual, el YZ... Aquest xip és la base dels sons dels videojocs i consoles dels anys 80. Per exemple, el ZX Spectrum 128 o Atari. (...). La diferència entre el ZX Spectrum de 48K i el de 128K és que la primera versió no disposava d'aquest xip, i això significa que és el microprocessador, el Z80, qui s'ha d'encarregar de generar els pulsos d'audio a una freqüència audible. Això significa gastar molts recursos de processador aconseguint una qualitat mediocre. Per contra, en el cas del ZX de 128K, que ja incorporava aquest processador d'audio, el microprocessador Z80 envia ordres del tipus ''toca una nota musical'', i és el xip d'audio el que s'encarrega de generar els pulsos d'audio. No només això, sinó que aquest xip té tres sortides d'audio independents que es poden mesclar, un generador de soroll, es pot programar les envolvents de les notes, de manera que es pot definir l'atac o el release de la nota... i també podem definir envolvents de baixa freqüència per aconseguir efectes com el tremolo o vibrato.

Per tant, tenim tot un xip d'audio programable, i ara només ens cal conèixer el seu funcionament intern per aconseguir diversos efectes que es poden sentir en els mítics chiptunes dels videojocs dels anys'80.

En el nostre cas, el host que utilitzem és un Arduino o qualsevol placa basada en un microcontrolador Atmel, i el programa que carreguem en el microcontrolador envia els missatges per tal que el processador d'audio toqui ''Una Plata d'Enciam''. Mirem com sona aquesta cançó com a melodia ''chiptune''.
==Transcripció castellà==
==Transcripció anglès==

==Notes tècniques==

=Enllaços=
*Wiki: 
*Blog: 
*YouTube: 

{{Autor}}, febrer 2011
[[Category: 50 Ways to play Una Plata d'Enciam]]
[[Category: Música Electrònica]]
[[Category: www.joanillo.org]]