Conecte varias entradas/salidas en un orden predefinido (pregunta de principiante)

Quiero crear un dispositivo para mis pedales de guitarra que pueda reorganizar mis pedales en cualquier orden. Tengo lo siguiente: Al principio del aparato tengo una entrada para mi guitarra. Para cada pedal tengo una salida por la que va la señal al pedal, y una entrada, que recibe la salida del pedal. Por lo general, estos pedales están vinculados en un orden predefinido, que no se puede cambiar sin volver a cablear. Quiero poder cambiar para hacer eso sin volver a cablear. Además, el dispositivo debe poder funcionar con ~20 pedales como máximo.

La primera solución que se me ocurrió es usar (muchos) interruptores giratorios. Sin embargo, esto requiere cambiar todos los interruptores cuando quiero cambiar el orden en el que se vinculan los pedales, por lo que esto no es realmente útil en el escenario. Por lo que pude encontrar, tampoco hay forma de controlar un interruptor giratorio desde un circuito eléctrico.

Otra solución que se me ocurrió es usar relés (ss). Estos los puedo controlar desde un microprocesador, por lo que puedo predefinir el orden de los pedales. Sin embargo, no puedo encontrar una solución que no use muchas docenas de relés.

¿Alguien puede ayudarme con una solución?

¿Qué tipo de señal sale de cada pedal? ¿Es un pedal básicamente un potenciómetro que emite un voltaje en función de la posición?
@Olin: también estaba pensando en un potenciómetro, pero si genera un nivel de voltaje analógico, no tendría una entrada, ¿verdad? (excepto la fuente de alimentación, eso es)
No entendí que el OP significaba que los pedales tenían entradas. Pensé que tenía 20 pedales y 20 entradas de pedal en algún equipo, pero quería reorganizar fácilmente qué pedales manejaban cuál de los puertos de entrada del equipo. No toco la guitarra, por lo que ayudaría una aclaración del OP.
@Olin, stevenh: los "pedales" de guitarra son generalmente procesadores de señal ( unidades de efectos ) entre la guitarra y el amplificador. Por ejemplo, OP puede tener una salida de guitarra conectada a un pedal de volumen simple (que es básicamente un potenciómetro), y luego la salida del pedal de volumen conectada a un pedal de distorsión, desde el cual la señal de salida va al amplificador. Dado que el pedal de distorsión funciona recortando la señal de entrada, importará si el pedal de volumen se coloca antes o después de la unidad de distorsión. OP está buscando una forma de reorganizar una cadena de procesadores.

Respuestas (2)

Bueno, si tienes tantos pedales, necesitarás muchos interruptores, del tipo que sea. Supongo que tanto la entrada como la salida del pedal son señales de audio de baja potencia, corrígeme si me equivoco.
¿Cuáles son tus opciones?

  1. Muchos relevos. Lo cual no quieres, probablemente porque son voluminosos y caros. Pero los relés de potencia no están hechos para cambiar señales en primer lugar.
  2. Los relés de caña de los que hablé en mi respuesta a su pregunta anterior. Estos son más baratos, menos voluminosos y aptos para señales de conmutación.
  3. Conmutadores analógicos integrados. Estos también fueron mencionados en las respuestas a esta pregunta reciente . De Estado sólido.
  4. Multiplexores analógicos. También se menciona en las respuestas a esa pregunta. Esto reduciría considerablemente el número de piezas. (Olin menciona correctamente 400 relés...)
  5. Interruptores de punto de cruce. Advertencia justa: ¡estos son caros! Pero entonces solo necesitarás algunos de ellos. Tienen varias entradas (a menudo 8 o 16), varias salidas (también a menudo 8 o 16) y una matriz que permite conexiones de una entrada a una salida. Son caros porque la mayoría están especificados para operación HF (señales de video). Todavía tengo que ver uno para el audio. Una solución con los multiplexores analógicos se acercaría más a eso. (¡La parte más cara en esta lista de dispositivos analógicos es de USD 300! Un conmutador de 16x16 sigue siendo más de USD 75. Lo que dije: caro)
@Tiddo: ¡eres demasiado rápido aceptando respuestas! ¿Has leído la respuesta de Olin? ¡Y ni siquiera tuve la oportunidad de editar el mío! :-) Y una vez que se acepta una respuesta, es posible que otros usuarios ya no estén muy motivados para publicar otras alternativas. Espere un día más o menos, tal vez haya mejores soluciones que la mía. La pregunta solo tuvo 8 visitas hasta el momento.
Tienes razón, debería haber esperado un poco más. Sin embargo, como ya dije en mi comentario a la respuesta de Olin, no quiero convertir mi señal a formato digital y viceversa. En mi opinión, su quinta solución es la mejor solución, pero es demasiado costosa para mí. Así que sigo pensando que optaré por la solución de multiplexores.
¿Quiere decir "Pero los relés de potencia no están hechos para cambiar señales en primer lugar"?
@stevenvh: por cierto, ¿crees que es mejor tener múltiples microcontroladores pequeños para controlar cada mux individualmente, o un microcontrolador grande para controlarlos todos a la vez?
@Tiddo: depende de qué dependen las entradas/salidas de los diferentes pedales. Si los pedales están relacionados entre sí, haría todo en 1 microcontrolador, si no lo están, su software puede ser más simple si tiene 1 microcontrolador por pedal.
@stevenvh: los pedales en realidad no dependen de nada del dispositivo, el dispositivo es realmente solo un dispositivo de conmutación/pedido. Sin embargo, me estoy dando cuenta de que también debería evitar que los muxes se conecten entre sí. Creo que es mucho más fácil de hacer con un microcontrolador.
El microcontrolador @Tiddo 1 debería ser suficiente. El código para ello sería muy simple de hacer. Los multiplexores son el camino a seguir, hay muchas compañías que los hacen "diseñados para audio". Eso generalmente solo significa que tienen poco ruido y distorsión de fase.
@Kellenjb: Pero necesito uno con muchos pines de salida, que son caros y también requiere programadores más caros, que todavía no tengo. Pero dibujé algunos bocetos diferentes de las posibilidades, y probablemente sea mucho más fácil si solo uso un microcontrolador grande.
@Tiddo: si elige un microcontrolador más pequeño, siempre puede obtener E / S adicionales utilizando un expansor de E / S I2C o un HCMOS SIPO como un 74HC595 . Y siempre puede conectarlos en cascada para obtener más E/S.
@stevenvh: ¡gracias de nuevo! Eso tampoco lo sabía.

¿Supongo que las salidas de cada uno de estos pedales son de voltaje analógico? ¿Son los potenciómetros de los pedales los que emiten un voltaje en función de la posición del pedal?

Si es así, entonces la pregunta es básicamente pedir un interruptor de barra transversal de 20 salidas analógicas a 20 entradas analógicas. Asumiré que esto es lo que quieres.

Esto podría hacerse con relés, pero necesitaría muchos de ellos. Si cada entrada debe poder cambiarse arbitrariamente a cualquier pedal, entonces necesita 400 interruptores separados. Esto sería físicamente grande y bastante caro. Los relés de estado sólido no son apropiados ya que tendrán caídas de voltaje entre ellos. Están destinados a cambiar la energía donde no importa dejar caer un voltio.

Hay cosas tales como interruptores analógicos. Estos son circuitos integrados con varias rutas analógicas que están abiertas o cerradas a unas decenas de Ω y se controlan digitalmente. Podría colocar 20 canales de estos interruptores frente a cada entrada y hacer que el firmware en un microcontrolador encienda uno de ellos por entrada. Esto es básicamente lo mismo que el concepto de relé, excepto que los interruptores analógicos serán mucho más pequeños y económicos. En última instancia, todavía hay 400 interruptores individuales. Es posible que desee almacenar en búfer la salida de cada mux individual (colección de 20 conmutadores con sus salidas unidas) con un opamp. Esto evita problemas debido a la impedancia en estado activo de los interruptores individuales.

Sin embargo, podría haber una mejor manera que una barra transversal de fuerza bruta con 400 interruptores independientes. Puede leer cada uno de los 20 voltajes de salida del pedal en A/D en un microcontrolador, seleccionar qué entradas se utilizan para cada una de las salidas y luego escribir los valores seleccionados nuevamente en D/A, una vez para cada entrada. En lugar de 400 interruptores, tiene 20 canales de entrada A/D y 20 canales de salida D/A. Dado que los pedales cambian sus salidas en tiempo humano, tienes muchísimo tiempo para escanear las entradas A/D en un microcontrolador. Hay micros que tienen 20 o más entradas A/D, por lo que todo lo que necesita es un poco de filtrado RC y protección de entrada, y luego directamente en 20 pines separados del micro.

En el enfoque digital, las señales de pedal multiplexadas no necesitan ser D/A reales. Podrían ser salidas PWM filtradas de paso bajo del micro. Ningún micro tiene 20 canales de salida PWM que yo sepa, pero nuevamente sus señales son tan lentas que el PWM debería ser factible en el firmware con una interrupción por segmento PWM. Por ejemplo, una interrupción de 100 kHz dentro del micrófono que actualiza cada salida PWM le daría una resolución de 1 parte en 1000 (mucho mejor de lo que puede mantener el pie en una posición determinada) actualizada a una velocidad de 100 Hz. Eso requeriría un poco de filtrado de paso bajo, pero la salida debería poder mantenerse al día con la velocidad con la que un humano puede mover un pedal. Cada resultado filtrado de paso bajo debe almacenarse en búfer con un opamp para que la impedancia sea baja.

Consideraría seriamente este último enfoque. La electrónica será más simple, más pequeña y más barata. El código de primer plano en el micro puede interpretar los comandos recibidos a través de un UART para indicar qué pedal debe impulsar cada salida. También puede almacenar la última configuración en memoria no volátil.

¡Gracias por tu respuesta! Sin embargo, los pedales NO son potenciómetros que emiten voltaje en función de la posición del pedal. Estos pedales modifican la señal de muchas formas, dependiendo de la señal de la guitarra, y de algunos ajustes en los propios pedales. Aunque su solución es realmente buena, no me gusta la idea de convertir mi señal analógica a digital, aunque sé que probablemente no notaré la diferencia (los guitarristas son bastante exigentes con su equipo). Así que creo que seguiré optando por la solución multiplex, aunque requiere un poco más de componentes.
Por cierto, si no me equivoco, solo necesito un multiplexor para cada entrada, que redirige la señal a la siguiente salida. 20 multiplexores probablemente caben fácilmente en mi dispositivo.
@Olin, ¿por qué especificó rutas 'analógicas' en su descripción? ¿Es como un multiplexor 74HC normal pero funcionará en el dominio analógico en lugar de solo 0 o 5V?