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Tutoriel Casio : Communications entre Casio et Arduino
Tutoriel rédigé le : 2013-06-28 12:37  par Ziqumu  Catégorie : Transferts  Calculatrice : Toutes

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Communications entre Casio et Arduino
Avant-propos
L'objectif de ce tutoriel, va être de faire communiquer une calculatrice CASIO par le port 3-pin, avec une carte arduino et à comprendre comment ça se passe à l’intérieur. A la fin on réalisera un mini "piano" avec votre calculatrice comme clavier et un buzzer branché sur l'arduino.

Ce tuto peut vous paraître long, pour une toute petite chose, mais c'est parce qu'il pose les bases, et que j'explique aussi pour les curieux, on est pas obliger de retenir tout ce qu'il y a dans ce tuto.

Attention : vous réalisez ce tutoriel à vos risques et périls, vous pourriez très bien griller votre matériel en faisant une fausse manip par exemple. Planète-Casio et moi-même ne seront pas responsables de la détérioration de votre matériel ou autres problèmes qui pourrait vous arriver.

Je suis pas un surdoué en électronique, il est fortement possible que je dise des bêtises, que j'utilise les mauvais termes, ou qu'il existe des meilleures solutions pour ce que je fais, dans ce cas n'hésitez pas à commenter ce tutoriel


Je vais partir du principe que vous avez une carte arduino uno, une calculatrice casio Graph 75/85/95 et des connaissances en programmation C.

Le port 3-pin de la Casio et son protocole
Le port 3-pin de la calculatrice, aussi appelé jack, communique avec un protocole similaire au RS232, c'est ce protocole qui est utilisé sur le port série de votre ordinateur, et sur de nombreux autres appareils. Le vrai protocole RS232 opère sur du -12V/+12V (enfin ça peut varier, mais en général c'est ça), alors que la calculatrice opère sur du 0V/4,2V. Grace aux addins, il est possible de contrôler ce port 3-pin et d'y imposer nos réglages.
Les 3 fils les plus importants dans le protocole RS232, sont
- Ground : Généralement appelé en cours "le -"
- Rx : Réception des données
- Tx : Emission des données
En fait il en existe bien d'autres dont je vous parlerais peut-être lors d'un projet avec la GBA, mais ce n'est pas le propos actuellement
Les fils Rx et Tx sont croisés entre deux périphériques car on relit d'un coté à la transmission (Tx) et de l'autre à la réception (Rx), ce qui est plutôt logique, non ?

Le câble
Si vous regardez le fil 3-pin pour échanger des données entre calculatrices, vous remarquerez qu'il comporte ces 3 fils, dont voilà l'ordre :

Donc pour pouvoir faire communiquer notre calculatrice Casio avec n'importe quel autre périphériques que les autres calculatrices, il va nous falloir un câble avec : d'un côté une prise jack 2.5 (en 3 points=3 canaux) et de l'autre les fils qui correspondent. Pour cela, il y a plusieurs solutions :
- Vous pouvez acheter ce type de câble sur Ebay (ou autre) et le couper en deux, vérifiez juste que c'est bien du jack 2.5 avec le bon nombre de points.
- La méthode radin, la mienne : cherchez dans vos vieux bacs de câble, si vous n'avez pas un fil utilisant cette connectique. Moi j'ai trouvé les écouteurs des anciens nokia, ce sont des jack 2.5 en 4 points :


Comme vous le voyez, il y a un point en plus, donc il y aurai pu avoir des problèmes, mais j'ai eu de la chance car aucun canal n'était à cheval sur deux connecteurs. En fait, les deux canaux entourés en rouge sur l'image précédente correspondent tous les deux au Ground. Ca ne sera pas toujours le cas en fonction des dimensions de la prise jack, donc ne prenez pas du 4 points en pensant que ça sera toujours bon !

Si vous utilisez des écouteurs, il y a de grandes chances que vous tombiez sur des fils recouvert d'une fine couche de plastique pour les isoler les uns des autres, mais cette dernière est impossible à enlever à la main. Pour l'enlever, il suffit de la bruler, donc une bougie suffira. Ensuite si vous utilisez une plaque de test (breadboard), je vous conseille de les souder à des fils rigides.

Vérification du câble
Que vous l'ayez acheté sur EBay ou que vous l'ayez créé, il faudra forcément le vérifier. Pour cela, personnellement j'utilise mon multimètre (ohmmètre ici) avec la fonction "bip".


En fait si les électrodes sont en contact, le multimètre se met à bipper. Si vous n'avez pas cette fonction sur votre multimètre vous pouvez aussi utiliser l’ohmmètre simple. Si vous n'avez pas de multimètre, vous pouvez peut être vous débrouiller pour allumer une led à travers le fil, mais bon ça risque d'être bordélique..
Donc tout d'abord vous vérifiez que lorsque le fil est relié au port 3-pin, il n'y a aucun contact entre les fils. Puis en position débranché, trouvez quel fil correspond à quel endroit. Je vous conseille d'enregistrer ça sur votre ordi, pour pas re-tester à chaque fois que vous ferrez un montage. Voilà mon fichier d'info (txt) sur mon câble, si vous avez besoin d'inspiration.

Avec l'arduino
L'arduino fonctionne en 5V, et non en 4,2V. Bien que les tensions ne soient pas extrêmement différent et que j'ai utilisé le câble en liaison direct pendant un petit moment sans avoir de dommage, il vaut mieux assurer en réduisant les 5V. (Du moins, je préfère car c'est quand même chère la calto, après vous faites ce que vous voulez).
- De la Calto à l'arduino : en principe l'arduino devrait considérer le 4,2V comme un niveau logique haut, donc il ne devrait pas y avoir de problème et pas besoin d'interface.
- De l'arduino à la calto : cette fois ci on envoi du 5V pour une calculatrice qui est censé en recevoir du 4,2. Personnellement j'utilise une diode en série qui fait baisser la tension de 0.7V environ, on est donc très proche de ce qu'on veut et pour pas chère. Si vous ne voulez pas en acheter et que vous êtes en S-SI ou STI, vous pouvez demander à votre prof d'élec, en général ils en ont pas mal car ça s'achète plus en gros. Moi j'en ai eu 20 pour 18 centimes (référence de mes diode)
Pour adapter les tensions, il y a pas mal de solutions plus ou moins adaptés ou coûteuses, je vous invite à aller voir ce document qui m'a donné l'idée de la diode, même si faut s'accrocher pour comprendre

Communiquer en serial sur la calculatrice
Comme dit précédemment on va utiliser un addin, avec les syscalls données dans la doc FxReverse(de Andreas Bertheussen et Simon Lothar). Comme ce n’est pas spécialement le sujet et qu'il y a d'autres tutos pour apprendre à s'en servir. On va utiliser mon addin : Serial Monitor (en principe compatible SH4), qui va donc permettre de recevoir les données (en ASCII ou hexa) et d'en émettre (en ascii uniquement). De plus si vous avez vraiment du mal, j'ai aussi mis les sources donc vous pourrez vous en inspirer et vous pouvez aussi poser des questions bien entendu. L'addin fonctionne à une vitesse de 9600bauds (environ équivalent à bit/s) donc on devra régler l'arduino en conséquence. Dès que vous lancez l'addin, il est prêt à recevoir ou émettre.

Réalisation de notre premier raccordement : Enfin !
Dans un premier temps notre but va être de pouvoir discuter avec la calculatrice via le "Moniteur série" de l'IDE d'arduino.
Donc on aura donc deux liaisons série : une pour la calculatrice, l'autre pour l'ordinateur et l'arduino s'occupera de les relier. Mais votre arduino n'en comporte qu'une (à moins que vous ayez une carte arduino mega), il va donc falloir utiliser la lib SoftwareSerial. Et en fait, on va tout simplement utiliser l'exemple "SoftwareSerialExample" sur lequel on va adapter les vitesses de transmission. Voilà le code adapté :


    #include <SoftwareSerial.h>

    SoftwareSerial serialCalc(10, 11); // RX, TX

    void setup()  
    {
        // Ouvre les ports serials
        Serial.begin(9600); //Pour la com avec l'ordi. Dont les ports sont Tx:1, Rx:0
        serialCalc.begin(9600); //Pour la com avec la calculatrice. Les  Donc les ports sont Tx:11, Rx:10 (ils sont définis juste au dessus)
    }

    void loop()
    {
        //si la calculatrice nous envoi quelque chose, alors on l'envoi sur l'ordi
        if(serialCalc.available())
            Serial.write(serialCalc.read());
        //si l'ordi nous envoi quelque chose, alors on l'envoi sur la calculatrice
        if(Serial.available())
            serialCalc.write(Serial.read());
    }

Le code est donc vraiment très simple avec les libs arduino. Rien qu'avec ce que je vous ai donné comme info, vous devriez être capable de monter le circuit, mais je vais clarifier tout ça :


Il ne nous reste plus qu'à lancer l'addin Serial Minitor sur la calculatrice et le moniteur série sur votre ordi et normalement si vous écrivez sur l'un, l'autre affiche le message.

Et si on faisait du bruit strident et pas agréable du tout ?
On va donc passer à une petite application. Pour ça il va vous falloir un petit buzzer(c'est ce qui fait BIIIP dans votre ordinateur, du moins sur les vieux fixes. Le mien vient d'un ordinateur), ou d'un petit haut-parleur. On va pouvoir le contrôler avec la fonction tone d'arduino.

Donc mon but est de pouvoir faire quelques notes (do,ré,mi,fa,sol,la,si) sur les touches a,b,c,d,e,f,g de la calculatrice. Actuellement lorsqu’on appui sur ces touches, l'arduino reçois la lettre de la touche, donc il suffit de faire une condition (enfin plutôt un switch) et d'envoyer le son si c'est la bonne touche. Oui mais quelle fréquence envoyer et pendant combien de temps ?
- Pour la fréquence j'ai choisis sur la page wikipedia : la gamme 3 qui me paraissait pas trop stridente et j'ai récupéré les fréquences.
- Pour la durée, en fait concrètement il faudrait avoir juste le temps entre deux réception de touches, mais si on dépasse un peu ce n’est pas trop grave. J'ai déterminé en testant que 30ms était assez bien.

Bon et bien voilà le code de notre arduino, vous remarquerez que j'ai ajouté deux conditions dans le switch pour faire varier la durée des sons :


    #include <SoftwareSerial.h>

    SoftwareSerial serialCalc(10, 11); // RX, TX
    int buzzer = 2; //pin du buzzer
    int duree = 30; //durée de chaque note en millisecodes

    void setup()  
    {
        // Ouvre les ports serials
        Serial.begin(9600); //Pour la com avec l'ordi. Donc les ports sont Tx:1, Rx:0
        serialCalc.begin(9600); //Pour la com avec la calculatrice. Dont les ports sont Tx:11, Rx:10 (ils sont définis juste au dessus)
    }

    void loop()
    {
        //si la calculatrice nous envoi quelque chose, alors on l'envoi sur l'ordi, puis on traite pour savoir si on reconnait une touche
        if(serialCalc.available())
        {
            char data = serialCalc.read();
            Serial.write(data);
            switch(data)
            {
                //Notes
                case 'a': tone(buzzer, 262, duree); break; // do
                case 'b': tone(buzzer, 294, duree); break; // ré
                case 'c': tone(buzzer, 330, duree); break; // mi
                case 'd': tone(buzzer, 349, duree); break; // fa
                case 'e': tone(buzzer, 392, duree); break; // sol
                case 'f': tone(buzzer, 440, duree); break; // la
                case 'g': tone(buzzer, 494, duree); break; // si
                //reglages
                case 'x': // augmente la duree des notes avec la touche +
                    duree++;
                    serialCalc.print(duree);
                    serialCalc.write(0xA);
                    break;
                case 'y': // diminue la duree des notes avec la touche -
                    duree--;
                    serialCalc.print(duree);
                    serialCalc.write(0xA);
                    break;
            }
        }
        //si l'ordi nous envoi quelque chose, alors on l'envoi sur la calculatrice
        if(Serial.available())
            serialCalc.write(Serial.read());
    }



Pour info concernant le réglage de l'addin Serial Monitor sur la calto, vous pouvez appuyer sur F4, ce qui aura pour effet d'envoyer la lettre tant que vous appuyez, ce qui est plus pratique dans notre cas.




J'espère que ce tutoriel vous a plu, c'était un projet ultrasimple, mais il permet de poser les bases de la communication arduino <-> Casio. Sinon je ferais peut être aussi des projets de communication GBA<->Casio si ça en intéresse



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