T960 Sequencer Clone



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  • Alle Funktionen des 960
  • + 16 x 1 Steps
  • + 24 x 1 Steps
  • + S-Trigger Out
  • + MIDI - Funktionen
  • + Ratschen - Funktionen


Einleitung:


Also habe ich es doch getan. In Zeiten von MIDI - Applikationen und Software Sequenzern braucht man keine Hardware Sequenzer Module, habe ich mal gedacht. Aber ich lag falsch. Neulich habe ich mit einem 960'er Nachbau eines Freundes herumgespielt und festgestellt, dass ich einen Sequenzer haben will.

Da das hier ein System 55 Clone - Projekt ist, musste es wenigstens so etwas ähnliches wie ein 960'er Clone werden. Aber als ich mir so die Schaltungen des Originals betrachtete, beschloss ich doch, das Ganze als Microcontroller-Architektur aufzusetzen. Der 960 macht ja weder Sound-Erzeugnung noch -manipulation, sondern übt lediglich Steuerfunktionen und Logik aus. Also habe ich die dann geklont, und nicht die Hardware.

Und ein Microcontroller-Design eröffnet natürlich noch ganz andere Möglichkeiten und Features, die das Original nicht aufweist, wie Verarbeitung einzelner Zeilen, ohne ein zusätzliches Sequential Switch Modul bemühen zu müssen, oder Integration von MIDI - Funktionen, oder zum Beispiel eine meiner Lieblingsfunktionen, das Ratcheting.

Und das ist erst der Anfang! Der T960 bietet ein ISP Interface, um jedwede Zusatzfunktion hochladen zu können, die einer wilden Fantasie entspringen mag, so dass der T960 ein gigantscher Spielplatz in Sachen Synthesizer-Steuerung wird.


Der T960:


Im Prinzip handelt es sich wie das Original um einen 3 Reihen 8 Step Sequenzer. Der Spannungsbereich eines jeden Steps einer Reihe wird mit der Range Selection ausgewählt, mit der die grundsätzliche Maximalspannung von 2V bei voll aufgedrehtem Poti mit 1, 2 oder 4 multipliziert wird, so dass maximal 8V bei voll aufgedrehtem Poti erreicht werden können. So macht's auch das Original, der Moog 960.



Wenn der Sequenzer im Standard-Modus betrieben wird (RUN STATE 1), liegen die Ausgangsspannungen der Steps aller drei Reihen an ihren jeweiligen Ausgangsbuchsen, zwei an der Zahl pro Reihe, an. Das ist das selbe Verhalten wie beim Original.

Aber erneutes Drücken des OSC. ON Tasters setzt den T960 in den neu definierten RUN STATE 2, was bedeutet, dass die Reihen 'A' und 'B' hintereinander verarbeitet werden. In diesem Modus werden erst die Ausgangsspannungen der Reihe 'A' ausgegeben, und erst danach die der Reihe 'B', dann wieder 'A' usw. Das erzeugt eine Sequenz von 16 unterschiedlichen Spannungen (16 x 1 Step Modus).
Um das mit einem originalen 960 hinzubekommen, wäre ein zusätzliches Sequential Switch Modul vonnöten, welches vom Sequenzer getriggert werden müsste, um zwischen den Reihenspannungen umzuschalten.

Weiteres Triggern des OSC. ON Tasters setzt den T960 in RUN STATE 3, in dem die Reihen 'A', 'B' und 'C' hintereinander verarbeitet werden, was eine Sequenz von 24 x 1 Steps ergibt. Auch hier gelten dieselben Restriktionen für das Original.


Oszillator Control:


Die "Oszillator Control" Sektion residiert wie beim Original auf der linken Seite des Sequenzers. Der Begriff "Oszillator" ist beim T960 allerdings irreführend, da hier kein Oszillator das Zepter schwingt, sondern ein Microcontroller, der das Verarbeitungstempo vorgibt. Wie dem auch sei, da das Verhalten des T960 einer Oszillator-CV-Steuerung entspricht, wude die Terminologie beibehalten. Die "Oszillator Control" Sektion also beinhaltet eine Oszillator Status LED (das kleine Rechteck unter der "OSCILLATOR ON" Gravur), den FREQUENCY RANGE Drehschalter, der die Geschwindigkeitsgrößenordnung des T960 festlegt, den FREQUENCY VERNIER Regler für die Feinregelung der Geschwindigkeit, den OSC. ON Taster, um durch die RUN STATES des T960 zu iterieren, eine entsprechende Buchse, um das mit einem Puls zu tun und das selbe nochmal (OSC. OFF), um den T960 in den RUN STATE 0 zu resetten, als wäre er gerade eingeschaltet worden.

Die Sequenzer-Speed kann demzufolge auch über eine Steuerspannungsbuchse ("CONTROL INPUT") gesteuert werden.

Im Gegensatz zum Original, wo ein Drücken des "OSC. ON" - Tasters den Sequenzer einfach nur aktiviert, erreicht man durch mehrfaches Drücken desselben weitere RUN STATEs.
Nach dem Resetten des Sequenzers oder dem Drücken des "OSC. OFF" Tasters befindet sich der T960 im RUN STATE 0. In diesem Zustand werden die Step-Taster ausgewertet, sowie der SHIFT-Taster und die SHIFT-Buchse zur rechten.
Erneutes Drücken von "OSC. ON" setzt den T960 in RUN STATE 1, was quasi dem Verhalten des orginalen 960 entspricht, wenn man die T960-Zusatzfunktionen nicht betrachtet.
Weiteres Drücken von "OSC. ON" setzt den T960 in RUN STATE 2, 3 etc. Hier eine Übersicht der derzeitig implementierten RUN STATES und ihre Funktionen:



Step Control:


Das passiert, wie beim Original, mittels Step Control Drehschaltern:



Jede Sequenzer-Spalte ist mit einer Step Control ("SKIP", "NORMAL", "STOP") ausgestattet. Aber da es sich um eine Spalten-Funktion handelt, passt sich das den RUN STATES nicht an, zumindest nicht mit der aktuellen T960 OS - Version.
Für RUN STATE 1 arbeitet die Step Control wie im originalen 960. Dass bedeutet, dass ein Step ausgelassen ("SKIP") werden kann, normal ausgeführt werden kann oder Sequenzer gestoppt werden soll ( = RUN STATE 0), wenn der entsprechende Step erreicht wird. Für die anderen RUN STATES bedeutet "SKIP", dass jeder Step der Sequenz, die zu der entsprechenden Spalte gehört, ausgelassen wird, und beim ersten Auftreten eines "STOP" der T960 augenblicklich angehalten wird. Zukünftige OS - Versionen handhaben das vielleicht anders.

Anmerkung: Die Begriffe "Step" und "Spalte" müssen auseinander gehalten werden. Der T960 stellt (wie der 960) eine Matrix von 3 Reihen à 8 Spalten bereit. Das führt allerdings beim T960 zu einer Summe von 24 Steps (RUN STATE 3), während es beim originalen 960 bei 8 bleibt, da die Anzahl Spalten = Anzahl Steps ist.




Step Trigger:






Die Step Trigger Reihe stellt die einzelnen Step - Auswahltaster sowie die spaltenbezogenen "TRIGGER" - Ausgänge bereit, an denen ein oder mehr Trigger-Impulse bereitgestellt werden, wenn die entsprechende Sequenzer-Spalte verarbeitet wird, abhängig von der "RATCHET" - Einstellung (s.u.). Der spaltenunabhängige und übergreifende Trigger-Ausgang (CLOCK OUT, OSC. OUT) wird beim T960 im Gegensatz zum originalen 960 in zwei Art und Weisen ausgegeben: Als V-TRIGGER, um Non-Moog Synthesizer zu steuern, und als S-TRIGGER für MOOG - Synthesizer und - Components bzw. - Modulen, wie dem 911 ADSR beispielsweise:



Drücken eines SET-Tasters aktiviert die korrespondierende Spalte. Dann können die Step-Spannungen in den Reihen 'A', 'B' und 'C' eingestellt werden. Die SET-Taster werden vom T960 OS nur im RUN STATE 0 ausgewertet.


3rd Row Control:


Der originale 960 stellt hier einen Schalter bereit, mit dem zwischen dem Verarbeiten einer Spalte im "NORMAL" Modus und im "SPEED" Modus umgeschaltet werden kann. Der "SPEED" Modus verwendet die jeweilige Poti-Stellung der Reihe 'C', um die Verweilzeit bei einer Spalte zu bestimmen. Der T960 bietet eine dritte Option an, weshalb hier die 3rd Row Control als Drehschalter ausgelegt ist: Aktivierung der "RATCHET" - Funktion. Ratcheting bedeutet, dass der Trigger Out eines Steps bis zu 6 Mal wiederholt wird, abhängig von der 3rd Row - Spannung des entsprechenden Steps. Das führt bei einem Synthesizer beispielsweise zu einer entsprechend häufigen Wiederholung des gespielten Klangs.
Ich habe statt dessen die RUN MODE - Auswahl als Schalter ausgelegt. Beim originalen 960 ist das ein Zwei-Positionen-Drehschalter, keine Ahnung, warum. "ONCE" heisst, dass der T960 in RUN STATE 0 versetzt wird, also angehalten wird, wenn eine Sequenz verarbeitet ist, was je nach vorher gewähltem RUN STATE 8, 16, oder 24 Steps sind, oder eben 8 MIDI Steps. "ENDLESS" lässt den T960 einfach laufen.



MCU:


Der offensichtlichste Unterschied zwischen dem T960 und dem Original ist sicherlich die MCU - Backe an der rechten Seite. Die beinhaltet eine MODUS LED, um zusätzliche Status-Informationen zu geben, einen RESET Taster für einen System-Reset, das ISP Interface für Software-Uploads, und die MIDI DIN-Buchsen natürlich. MIDI IN und OUT zeigen aktive Daten-Kommunikation über entsprechende LEDs an.


MIDI: Alle Microcontroller basierten Module der Analogmonster-Synthesizer bieten irgendwie MIDI-Funktionen an, also auch der T960. Ich betrachte das mittlerweile als Standardfunktion, einfach zu implementieren in Hard- und Software. Für den T960 habe ich grundsätzlich zwei Arten von MIDI-Steuerung implementiert. Zum einen wird eine MIDI on off - Sequenz abhängig von der gesampelten 3rd Row Voltage erzeugt. Die bestimmt nämlich den Notenwert.

Zusätzlich kann der T960 zu einem eingehenden MIDI Datenstrom synchronisiert werden. Das wird durch Auswahl des RUN STATE 4 aktiviert. Dann wird nach jeder eingehenden NOTE ON NOTE OFF - Sequenz der nächste Step verarbeitet. Der eingehende Notenwert wird in der derzeitigen T960 - OS-Version nicht berücksichtigt.

Alle OSCILLATOR CONTROL - Funktionen sind dann abgeschaltet, da der T960 nur dem MIDI Datenstrom folgt.



Schaltungen: (Anklicken der Schaltungen bedeutet Akzeptanz des Link-Disclaimers unten!)


Schaltung MCU und MIDI

Wieder einmal hab ich auf meinen Lieblings-Microcontroller zurückgegriffen, den ATmega8535 mit einfach zu handhabenden 8Mhz. Die Reset-, ISP-Schaltungen und das MIDI Handling ist Standard, nix besonderes dran. Allerdings zeigt die Schaltung auch irgendwie die eigentliche Architektur des T960: Die meisten Funktionen werden durch Software realisiert. Der PAn Block macht die AD-Konvertierung für viele Analogspannungen, die die Bedienung verschiedener Frontplattenfunktionen oder eingehende externe Pulse für die Verarbeitung durch das T960 OS transportieren.

Anmerkung: Viele Auswahlmöglichkeiten bzw. Informationen der Frontplatte / des Human Interface werden als analoge Spannung zur MCU transportiert, dort digitalisiert und vom T960 OS ausgewertet. Dadurch wird kein Bus-System benötigt. Die Auswahl eines Drehschalters beispielsweise muss keine binäre Kombination auf einem Bus sein, sondern wird schlichtweg durch die Höhe der Transportspannung übermittelt. Siehe unten Drehschalterbeispiele.

Für MIDI IN habe ich den PC900 Optokoppler verwendet, weil ich den noch auf Lager habe, aber jeder andere Typ tut's auch.

Der PBn Block macht ein bisschen digitales I/O, wie die Abfrage gedrückte Taster, ISP und den Trigger-Output.
Der PCn Block führt die Zeilen- und Spaltenadressierung durch.
Und zu guter Letzt der PDn Block macht serielles I/O für MIDI und erleuchtet uns mit verschiedenen Funktions-LEDs.

Schaltung Potentiometer-Reihen

Hier ist erkennbar, wie die Reihen- und Spaltenadressierung des T960 funktioniert: Mittels Step Voltage Drehschalter wird eine Spannung aus der dahinter liegenden Spannungsteilerkette ausgewählt. Die 4051 Demultiplexer werden durch die EN - Ausgänge des Microcontrollers aktiviert. Das ist die Reihen-Adressierung. Die Spalte wird durch den Microcontroller durch die ADR-Bits bestimmt. Der 4051 gibt damit die Step-Voltage an das Spalten-Poti weiter, welches gerade adressiert ist. Die Spalten-Potis sind als Spannngsteiler geschaltet, und ihr Ausgang wird von Ausgabepuffern verstärkt, um der 2V, 4V oder 8V - Mimik zu genügen. Im Fall der dritten Reihe 'C' werden die Poti-Spannungen über eine weitere Puffer-Stufe zum Microcontroller zurückgeführt, dort digitalisiert und vom T960 OS für Step-Timing, MIDI-Ausgabe oder Ratcheting verwendet.

Schaltung Trigger-Output

Der Trigger-Output - Demultiplexer verteilt lediglich den Clock-Ausgang des Microcontrollers zu gepufferten Triggerausgängen, abhängig von der Spaltenadressierung.

Schaltung Frequency Control

Dieser Schaltungsteil für die Steuerung der Sequenzergeschwindigkeit reduziert sich auf das Bereitstellen eines Steuerspannungsmixes für den Microcontroller, bestehend aus dem Spannungsteiler-Anteil des RANGE-Drehschalters, der Spannung des VERNIER-Reglers und dem extern zugeführten CV-Anteil der CONTROL INPUT - Buchse. Die Spannungsanteile des VERNIER - Reglers und der extern zugeführten Spannung aus "CONTROL INPUT" können in ihrer Auswirkung durch Trimmer auf das gewünschte Maß justiert werden.
Die Steuerspannungssumme wird dann vom Microcontroller digitalisiert und vom T960 OS für die Geschwindigkeitsregelung verarbeitet.

Schaltung SET Trigger

Das gleiche hier. Hinter jedem Taster steht eine individuelle Spannung durch die dahinterliegende Spannungsteilerkette. Die ausgewählte Spannung wird gepuffert und vom T960 als Spaltenauswahl interpretiert.

Eingangs-Pulse

Eingehende Pulse werden gepuffert und vom T960 OS interpretiert. Achtung: Diese Pulse werden ja zu ADC-Pins des Microcontrollers geführt. Die Interpretation als digitales "Rechteck"-Event wird vom T960 OS duchgeführt. Software-Änderungen könnten hier auch analoge Signale verarbeiten.

Funktionale LEDs

Das T960 OS zeigt hiermit verschiedene Funktions- oder Status-Infos an. Die entsprechenden Microcontroller Output Pins werden von NPN Transistor-Stufen gepuffert. Ausnahme: Nur die (invertierte) /RESET LED muss durch eine PNP-Stufe gepuffert werden.

Spalten / Step LEDs

Wenn die LED Spalten-Anzeige aktiviert ist, wird die aktuell ausgewählte Spalte vom Multiplexer über die entsprechende gepufferte LED angezeigt.

Funktionale Trigger

Die funktionalen Trigger werden durch 100n - Kondensatoren entprellt und als digitales Ereignis vom T960 OS interpretiert.

Schaltung Clock / Trigger Out (V/S)

Der "Oscillator Out" / die Trigger-Ausgabe wird vom T960 OS erzeugt und von einer TL062-Stufe als Voltage Trigger gepuffert. Zusätzlich wird dieser V-TRIGGER über eine weitere TL062 - Stufe und einem Transistor-basierten Inverter / einer Stromsenke in den Moog-typischen S-TRIGGER konvertiert.

Schaltung 3rd Row Control und Reset LED

Die Auswahl der 3rd Row Function wird ebenfalls über die Auswahl einer Spannung mittels Drehschalter und dahinterliegender Spannungsteilerkette vorgenommen. Diese Spannung wird vom T960 OS interpretiert und die Sequenzerfuntionen werden entsprechend gesteuert.
Die /RESET - LED zeigt den aktuellen /RESET - Status. Sie leuchtet etwas schwächer im Nicht-Reset-Fall und etwas heller, wenn der Reset-Taster gedrückt wird oder Reset vom ISP-Interface angefordert wird.

Schaltung Spalten-Operationen

Die Auswahl einer Spaltenfunktion wird ebenfalls durch Drehschalter mit dahinter liegender Spannungsteilerkette vorgenommen. Allerdings wird der Demultiplexer in diesem Fall anders herum betrieben. Eine von der MCU gesetzte Spaltenadresse öffnet einen entsprechenden Demultiplexer-Kanal zwischen dem dazugehörigen Drehschalter und der MCU zur Digitalisierung und Umsetzung in eine entsprechende Spaltenfunktion durch das T960 OS.

Power Supply

Wie in allen Analogmonster-Projekten ist auch das T960-Modul mit dem PSU Bus des Host-Modularsystems verbunden, der das Modul mit +/-15V versorgt. Alle benötigten Arbeitsspannungen werden davon mittels Spannungsreglern abgeleitet. Der T960 benötigt +/-12V sowie +5V.

T960 Hardware


  • Board Size: 240 x 180 mm
  • Ich habe das 6-Layer - Board als KiCad Projekt realisiert und von der JLCPCB Company fertigen lassen.
  • Special Offer: T960 Board plus programmierter ATmega8535 Euro 75.00


Dokumentation

T960 OS V0.9


YouTube

T960 Demo 1: Ratcheting und MIDI Out

T960 Demo 2: 16 und 24 Step Modus

T960 Demo 3: Synchronisierung zu einem eingehenden MIDI Stream


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