SDLEP-READER, remplace tous les lecteurs de cassette (MO, TO et autres)

SDLEP-READER est un montage électronique à base d'Arduino. Il permet de remplacer les magnétophones TO et MO en lecture, en utilisant des fichiers "images de cassettes" stockés dans une carte microSD. La carte peut contenir jusqu'à 128 fichiers, sélectionnables par 7 interrupteurs à deux positions. Ce système fonctionne pour toutes les cassettes, protégées ou non, avec tous les ordinateurs de la gamme Thomson 8 bits. Il permet uniquement la lecture et pas l'enregistrement. Des essais ont été aussi réalisés avec succès avec d'autres ordinateurs utilisant des lecteurs de cassettes analogiques, ce qui fait de SDLEP-READER un outil universel de remplacement des lecteurs de cassettes des ordinateurs de collection.

Auteur : Daniel Coulom - Site internet : Emulateur DCMOTO - Dernière mise à jour le 5 mars 2017

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Le bon fonctionnement de SDLEP-READER est confirmé pour les ordinateurs suivants :
MO5, MO6, TO7/70, TO8, VG5000, MC10, Alice, Alice 32, MSX.
D'autres tests sont en cours et seront annoncés ici prochainement.


sdlep-reader

Le problème des cassettes de programmes


Les lecteurs de cassettes n'ont jamais été des périphériques très fiables, et même avec du matériel neuf les erreurs d'entrées/sorties étaient fréquentes. Aujourd'hui les mécaniques sont usées, les courroies sont déformées, les supports magnétiques ont vieilli et il est encore plus difficile de lire une cassette sans erreur. Les premières générations d'ordinateurs Thomson utilisaient presque exclusivement ce support. La quantité de programmes et de jeux sur cassette est impressionnante et un jour viendra où ils seront tous illisibles.

Le remplacement d'un magnétophone classique par un système électronique, sans pièce mécanique en mouvement et sans support magnétique, apporte une fiabilité absolue et permet de charger toute la logithèque Thomson sur cassette avec une grande facilité. C'est un périphérique simple, peu coûteux, peu encombrant et très pratique. En particulier la copie d'un fichier sur la carte SD à partir d'un PC est d'une facilité déconcertante par rapport à la création d'une cassette audio avec un magnétophone connecté à la carte son.

Malheureusement le temps de chargement reste identique à celui d'une cassette, et ce système ne permet pas de rivaliser avec la simulation de disquette sur carte SD. Néanmoins il garde un grand intérêt pour les programmes sur cassette qui n'existent pas en version disquette.

Description du système SDLEP-READER


sdlep-reader

Le coeur du système est un Arduino Pro-Mini, à base de processeur Atmega 328 ou 168. On lui adjoint un module permettant d'accéder à une carte mémoire microSD en mode SPI. Un bloc de 7 interrupteurs permet de sélectionner un fichier de la carte. Ce fichier est lu et interprété par l'Arduino, qui génère en sortie vers l'ordinateur Thomson les mêmes signaux qu'un lecteur de cassette Thomson. Le signal MOTOR, envoyé par l'ordinateur vers l'Arduino, permet de commencer la transmission ou de l'arrêter.

Une diode électro-luminescente donne des indications sur le fonctionnement du système. Elle clignote au rythme des données pendant la transmission, puis par brève impulsion toutes les deux secondes quand la fin de fichier est atteinte (fin de cassette). Au démarrage du système, si le fichier sélectionné par les interrupteurs n'est pas trouvé sur la carte, cette diode clignote très rapidement pour signaler l'anomalie.

L'alimentation du montage peut se faire de multiples façons :
- par la broche 5 du connecteur du crayon optique, pour les ordinateurs qui en sont équipés.
- par la sortie 12V des TO7 et TO7/70.
- par une alimentation 5V ou 7V à 12V.
- par une pile de 9V.

Le programme de l'Arduino

Le programme de l'Arduino (sketch ou croquis, selon la dénomination usuelle) utilise la bibliothèque SimpleSDAudio pour accéder à la carte SD.
Le site SimpleSDAudio donne toutes les informations utiles. Cette bibliothèque a été choisie car elle est plus rapide que la bibliothèque classique de l'Arduino. De plus, l'accès à la carte est effectué par une commande de lecture directe des octets, pour éviter tout délai indésirable.

Le programme en lui-même est d'une très grande simplicité et les commentaires expliquent les quelques subtilités.

/**************************************************\
*                  S D - L E P                     * 
*           (c) 2017 - Daniel Coulom               *  
*           http://dcmoto.free.fr/                 *
*           http://forum.system-cfg.com/           *
*--------------------------------------------------*
* Ce code est distribue gratuitement dans l'espoir *
* qu'il sera utile, mais sans aucune  garantie  et *
* sans  engager  la  responsabilité  de  l'auteur. *
* Vous  pouvez  l' utiliser,  le  modifier  et  le *
* diffuser librement, en conservant cette  licence *
* et les références de l'auteur dans   toutes  les *
* copies. L'exploitation commerciale est interdite.*
\**************************************************/

/***************************************************
*                Version 2017.01.17                *
****************************************************
Historique
2017.01.17 bit data a 1 pendant l'arret moteur
2016.12.30 unite du delai definie en parametre
2016.12.29 noms de fichiers .lep sur 7 caracteres
2016.12.19 quelques optimisations mineures
2016.12.18 clignotement LED si fichier non trouve
2016.12.18 nom de fichier choisi par switches
2016.12.17 choix de broches different pour les I/O
2016.12.17 delai en dixiemes de ms dans sd.lep
2016.12.16 ajout LED d'activite
2016.12.16 reste de count/127 ecrit avant les zeros
2016.12.14 premiere version du programme

Emulation d'un lecteur de cassette Thomson TO ou MO
Lecture des donnees sur carte SD dans un fichier au
format .lep (image de cassette Thomson).

Connexions vers module Catalex pour carte micro SD
 GND --> GND
 D13 --> SCK
 D12 --> MISO
 D11 --> MOSI
 VCC --> VCC (5V)
 D10 --> CS 

Connexions vers DIN magnetophone
GND --> DIN 2
 D0 --> DIN 1  (MOTOR)
 D1 --> DIN 4  (READ DATA) 
   
Connexion vers DIN crayon optique
VCC --> DIN 5  (+5V)
   
Connexion LED d'activite
 D2 --> LED d'activite + resistance 1.5K
   
Connexion des interrupteurs de selection du fichier
 D3 --> interrupteur 1
 D4 --> interrupteur 2
 D5 --> interrupteur 3
 D6 --> interrupteur 4
 D7 --> interrupteur 5
 D8 --> interrupteur 6
 D9 --> interrupteur 7
 
*****************************************************************
This sketch uses the SimpleSDAudio library for SD card access.
Visit SimpleSDAudio website for more information:
http://www.hackerspace-ffm.de/wiki/index.php?title=SimpleSDAudio
*****************************************************************
*/

#include <sd_l0.h>
#include <sd_l1.h>
#include <sd_l2.h>

#define UNITE 50  //unite du delai en microsecondes

SD_L2_File_t AudioFileInfo;  
uint8_t SD_L1_CardCommand(uint8_t cmd, uint32_t arg);
uint8_t string[512]; //SD_L2 workbuf must hold at least 512 bytes

void setup()
{
 int i;                    // compteur de boucle
 int delai;                // delai en microsecondes 
 bool niveau;              // niveau du signal en sortie
 bool activite;            // niveau diode d'activite
 char octet;               // zone de stockage d'un octet
 uint32_t count = 0;       // compteur d'octets
 char filename[13];        // nom du fichier .lep
 
 //Initialisations
 pinMode(0, INPUT_PULLUP); // configurer pin0(RX) en entree (commande moteur)
 pinMode(1, OUTPUT);       // configurer pin1(TX) en sortie (donnees lues)
 pinMode(2, OUTPUT);       // configurer pin2 en sortie (led activite)
 pinMode(3, INPUT_PULLUP); // interrupteur 1
 pinMode(4, INPUT_PULLUP); // interrupteur 2
 pinMode(5, INPUT_PULLUP); // interrupteur 3
 pinMode(6, INPUT_PULLUP); // interrupteur 4
 pinMode(7, INPUT_PULLUP); // interrupteur 5
 pinMode(8, INPUT_PULLUP); // interrupteur 6
 pinMode(9, INPUT_PULLUP); // interrupteur 7
 SD_L0_CSPin = 10;         // definir CS de la carte SD en D10
 SD_L2_Init(string);       // initialiser la carte SD
 SD_L0_SpiSetHighSpeed();  // frequence d'horloge maxi 

 //Determination du nom du fichier (extension .lep)
 //en fonction de la position des 7 interrupteurs (128 possibilites)
 //Le nom du fichier est compose de sept chiffres 0 ou 1
 //decrivant la position des interrupteurs 1 à 7
 //Exemple : interrupteurs 2, 4, 6 sur ON --> fichier 0101010.lep 
 //Exemple : interrupteurs 5 sur ON --> fichier 0000100.lep
 //Exemple : interrupteurs 1,2,3,5,7 sur ON --> fichier 1110101.lep 
 strcpy(filename, "0000000.lep");
 if(digitalRead(3) == LOW) filename[0] = '1';
 if(digitalRead(4) == LOW) filename[1] = '1';
 if(digitalRead(5) == LOW) filename[2] = '1';
 if(digitalRead(6) == LOW) filename[3] = '1';
 if(digitalRead(7) == LOW) filename[4] = '1';
 if(digitalRead(8) == LOW) filename[5] = '1';
 if(digitalRead(9) == LOW) filename[6] = '1';
 
 // Search for file SD_FILE in Rootdir (=cluster 0),
 // search shortname files only (0x00,0x18)
 i = SD_L2_SearchFile((uint8_t *)filename, 0UL, 0x00, 0x18, &AudioFileInfo);
 //Si le fichier est trouve alors i est nul et on passe le while sans rien faire.
 //Si le fichier n'est pas trouve alors i n'est pas nul et on boucle indefiniment.
 //Remarque : La fonction delai necessite d'avoir les interruptions actives.
 //           On peut les desactiver apres, mais pas avant.
 while(i)                  //clignotement rapide de la diode d'activite
 {                         //pour signaler un fichier non trouve
  digitalWrite(2, HIGH);   // allumer led activite 
  delay(5);                // temporisation
  digitalWrite(2, LOW);    // eteindre led activite 
  delay(50);               // temporisation
 }
 
 // send CMD18 (multiblock read)
 noInterrupts();                               // desactiver les interruptions
 uint32_t offset = AudioFileInfo.ActSector;    // offset = secteur
 if (SD_L1_GetCardType() != SD_CARD_TYPE_SDHC) // si carte non SDHC
     offset <<= 9;                             // offset = octet
 SD_L1_CardCommand(18, offset);                // lance CMD18
 niveau = HIGH;                                // signal a 1 pour detection lep
 digitalWrite(1, niveau);                      // initialisation sortie
 activite = LOW;                               // signal a 0 pour led d'activite
 digitalWrite(2, activite);                    // eteindre led activite

 while(count < AudioFileInfo.Size)  // tant qu'il reste des octets
 {
  // attente octet 0xfe de debut de bloc
  while(SD_L0_SpiRecvByte() != 0xfe); 

  //traitement d'un bloc de 512 octets lus sur la carte SD 
  for(i = 0; i < 512; i++)
  {
   if(digitalRead(0) == HIGH)       // si le moteur est arrete,
   {                                // pour que le LEP soit detecte,
    digitalWrite(1, HIGH);          // mettre le signal en sortie a 1
    digitalWrite(2, LOW);           // eteindre la led d'activite
    while(digitalRead(0) == HIGH);  // attendre le MOTOR ON
   }
   count++;                         // nombre d'octets lus 
   octet = SD_L0_SpiRecvByte();     // lecture d'un octet
   delai = abs(octet);              // initialisation delai
   if(octet == 0) delai = 127;      // absence de signal (127 unites)
   delai *= UNITE;                  // conversion en microsecondes
   if(octet > 0) niveau = HIGH;     // creneau positif
   if(octet < 0) niveau = LOW;      // creneau negatif
   digitalWrite(1, niveau);         // signal en sortie
   //if(i == 511) delai -= 49;        // compensation temps chgt bloc 
   delayMicroseconds(delai);        // temporisation
  }

  //lecture des deux octets de CRC
  SD_L0_SpiRecvByte();              // lecture octet CRC1
  SD_L0_SpiRecvByte();              // lecture octet CRC2
  
  //clignotement diode d'activite
  activite = (activite == LOW) ? HIGH : LOW;
  digitalWrite(2, activite);        
 }
 digitalWrite(2, 0);                // eteindre led activite 
 interrupts();                      //activer les interruptions
}

void loop(void) {
//la lecture est arrivee en fin de fichier
//clignotement lent de la diode d'activite
digitalWrite(2, HIGH);   // allumer led activite 
delay(100);              // temporisation
digitalWrite(2, LOW);    // eteindre led activite 
delay(1900);             // temporisation
}

La structure des fichiers images de cassettes

Les images de cassette au format .k7 utilisées par les émulateurs ne peuvent pas convenir pour la simulation du magnétophone, car ils ne contiennent pas les informations nécessaires pour reconstituer le signal. En particulier ils ne connaissent pas les délais entre blocs, ni les fréquences utilisées, ni les systèmes de protection mis en place par les éditeurs de logiciels.

Les fichiers .wav reproduisent le signal audio analogique enregistré sur la bande, mais pas le signal numérique généré par le magnétophone. Celui-ci est très voisin du signal audio dans le cas du LEP MO, par contre il est totalement différent dans le cas du LEP TO. Un fichier .wav 44,1 kHz 8 bits monophonique est très gros pour le peu d'informations contenues (49 octets pour 1 bit d'information dans le cas du TO), mais en plus il ne représente pas le signal envoyé par le magnétophone à l'ordinateur. Il ne convient donc pas.

Un nouveau format, donnant les informations requises sous une forme condensée, a été créé. C'est le format .lep dont les spécifications sont énoncées ci-dessous :

===============================================================================
Format de cassette Thomson .lep
===============================================================================

Un fichier .lep est au depart une image de cassette Thomson, TO ou MO
Il permet de reproduire le signal en sortie des LEP TO et MO.
Par extension il peut aussi être utilisé pour tous les autres formats
d'enregistrement de données numériques sur des cassettes audio.

--------------
Format TO
--------------
Le signal enregistré sur la cassette est transformé en une suite de bits selon
le système d'encodage TO : 5 périodes à 4500 Hz donnent un bit 0, 7 périodes à
6300 Hz donnent un bit 1. Chaque octet utile commence par un bit de start à 0
et se termine par deux bits de stop à 1. Les séquences de synchronisation et
les passages non enregistrés sont remplacés par des bits à 1.
Un fichier .wav 44,1 kHz 8 bits mono est créé. Il est semblable à la sortie du
magnétophone TO. Il contient 49 échantillons par bit, avec un niveau haut pour
les bits 1 et un niveau bas pour les bits 0.

----------------------------
Format MO et autres formats
----------------------------
Le fichier .wav à 44,1 kHz 8 bits mono de la cassette est mis en forme pour
contenir des créneaux rectangulaires d'amplitude constante.

--------------
Fichier .lep
--------------
Chaque octet du fichier .lep contient la durée jusqu'au prochain changement de
valeur du signal. Cette durée N est exprimée dans l'unité donnée en paramètre
(50 µs), avec le signe + pour les créneaux positifs et le signe - pour les
créneaux négatifs.
Si le nombre N est supérieur à 127, il y a un octet égal au reste de N/127
(ou 1 si le reste est nul) affecté du signe + ou - selon le sens du créneau,
suivi de N/127 octets à zéro.


Réalisation du module SDLEP-READER

Le module SDLEP-READER est réalisé sur une plaquette de circuit à bande de 5x3 cm. L'Arduino est soudé sur la plaquette, mais son connecteur est accessible pour une éventuelle reprogrammation in-situ. Le module pour la carte SD se place en haut à droite sur un connecteur femelle. Le connecteur de l'Arduino, en haut à gauche, reçoit le câble de liaison avec l'ordinateur. Le connecteur au milieu à droite est utilisé pour l'alimentation de 7V à 12V, dans le cas ou le module n'est pas alimenté en 5V par le câble de liaison.

sdlep-reader

La construction est très simple et ne pose aucun problème particulier. Tous les composants sont standard et se trouvent très facilement sur internet, pour un prix dérisoire, sans aucun frais de port, auprès des vendeurs de matériel électronique de Shenzen.


sdlep-readersdlep-reader

Commencer par couper la plaquette de circuit à bande aux bonnes dimensions, pour qu'elle entre dans le boîtier. Couper les pistes selon le schéma, souder les straps, le connecteur de la carte SD, le connecteur +12V, les composants discrets : diode, résistance et LED.


sdlep-readersdlep-reader

Souder ensuite l'Arduino et les interrupteurs. Dans le boîtier découper une entaille dans le fond et dans le couvercle pour laisser passer le connecteur de l'Arduino, une autre entaille dans le fond uniquement pour laisser passer le connecteur de la carte SD, un trou de 3 mm pour la LED. On peut aussi découper une entaille rectangulaire dans le couvercle pour accéder aux interrupteurs, mais ce n'est pas indispensable car il est facile d'ouvrir le boîtier pour changer leur position. N'oubliez pas de coller l'étiquette SDLEP pour donner la touche finale.


sdlep-etiquette

Confection des câbles

La dernière étape est la réalisation des câbles de liaison avec les ordinateurs. Les schémas ont été finalisés ci-dessous pour toute la gamme Thomson et pour le VG5000. Ils sont encore à l'étude pour les autres modèles. Il seront publiés dès qu'ils auront été testés et approuvés par les utilisateurs.


sdlep-thomson

sdlep-vg5000

Utilisation

Le module SDLEP-READER est relié d'une part au connecteur magnétophone de l'ordinateur par un cordon spécial, d'autre part à une source d'alimentation. Pour les ordinateurs possédant un connecteur de crayon optique externe, c'est le +5V disponible à la broche 5 de ce connecteur. Pour le TO7 et le TO7/70, c'est la prise d'alimentation 12V externe située à proximité de l'interrupteur secteur. Pour d'autres ordinateurs on peut utiliser une alimentation 5V (sur le connecteur de gauche), ou une alimentation de 7V à 12V (sur le connecteur de droite), ou une pile 9V (sur le connecteur de droite). Attention, une seule alimentation doit être utilisée. Il y a un gros risque si le module est alimenté simultanément par les deux connecteurs.

Les 7 interrupteurs numéroté de 1 à 7 permettent de choisir le fichier de la carte SD à utiliser.

Determination du nom du fichier (extension .lep)
en fonction de la position des 7 interrupteurs (128 possibilites)

Le nom du fichier est compose de sept chiffres 0 ou 1
decrivant la position des interrupteurs 1 à 7
Exemple : interrupteurs 2, 4, 6 sur ON --> fichier 0101010.lep 
Exemple : interrupteurs 5 sur ON --> fichier 0000100.lep
Exemple : interrupteurs 1,2,3,5,7 sur ON --> fichier 1110101.lep 

Le fichier sélectionné par les interrupteurs doit être présent sur la carte. S'il n'est pas trouvé, la LED d'activité clignote rapidement dès la mise sous tension. Sinon elle reste éteinte jusqu'au chargement d'un programme.

Pendant le chargement, elle clignote au rythme des transferts de données. Si l'ordinateur cherche à lire après la fin du fichier, la LED émet un flash toutes les deux secondes pour signaler l'erreur "lecture après la fin de la cassette".

A tout moment, l'appui sur le bouton d'initialisation de l'Arduino rembobine la cassette. Pour changer de cassette il faut modifier la position des interrupteurs puis réinitialiser l'Arduino.

Galerie de photos

A gauche le premier prototype (sans les interrupteurs), à droite le premier essai d'intégration dans un boîtier.

sdlep-reader

Le montage définitif, avec un câble de liaison pour MO5, TO8 ou TO9.

sdlep-reader

Complément d'information

La source principale d'informations sur le projet SDLEP-READER est system-cfg
Vous pouvez y trouver tous les échanges entre l'auteur et les utilisateurs, et participer à la discussion avec vos questions et vos suggestions.

Chacun peut se procurer directement les composants nécessaires à la construction du système SDLEP-READER.
Il est aussi possible, en exprimant la demande dans le forum system-cfg, de s'associer à une commande groupée de composants.
La deuxième solution est plus simple et plus rapide, mais un peu plus chère à cause des frais (paypal, emballage, affranchissement).
Elle ne nécessite pas le logiciel et le matériel pour charger le programme dans l'Arduino.
Ce lien permet d'accéder directement au fil de discussion : SDLEP-READER - Forum system-cfg

ATTENTION :
Il s'agit des composants bruts, sans préparation particulière. Il reste à usiner le boîtier et la plaque de circuit à bande.
Seul l'Arduino a été préparé et testé : le connecteur est soudé, le programme est chargé et vérifié.


Quatre lots sont proposés :

Lot 1: module SDLEP-READER

lot1

Lot 2: câbles pour tous les ordinateurs Thomson sauf MO6 et PC128 (il manque sur la photo le connecteur 12V pour TO7 et TO7/70)

lot2

Lot 3: câbles pour VG5000 et autres ordinateurs avec connecteur jack (il manque sur la photo le connecteur pour la télécommande)

lot3

Lot 4: câbles pour MO6 et PC128

lot4

Le bouton ci-dessous permet la participation aux frais. Notez qu'il n'est pas nécessaire d'avoir un compte paypal, le paiement peut se faire par carte bancaire avec une procédure sécurisée. Dans le formulaire de don, bien préciser les lots demandés. Vous pouvez aussi donner une adresse d'expédition si elle est différente de votre adresse paypal.

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