使用单片机自制MIDI键盘：打造专业电子音乐工具

"本文将探讨如何使用通用单片机创建MIDI键盘，以及如何通过MIDI接口将电子琴与计算机连接，实现计算机成为具有复音功能的电子琴。MIDI是一种广泛应用于电子音乐制作和乐队演奏的通讯协议，它的音乐数据易于后期处理，深受音乐工作者喜爱。尽管有的音序软件能用电脑键盘模拟琴键，但效果有限，尤其是多键同时按下时。本文将详细介绍单片机实现MIDI键盘功能的方法，以及MIDI信号和声卡MIDI接口的工作原理。" MIDI键盘的核心在于单片机如何生成符合MIDI协议的信号。51系列单片机是常见的选择，它需要生成特定的异步串行通讯协议，传输速率为31.25Kbaud，每个字节包含10位数据。每个音符的开启或关闭命令由3个字节组成，确保在毫秒级别内传输。MIDI信号采用电流传输，5mA表示逻辑"0"，0mA表示逻辑"1"。在硬件连接时，MIDI设备的输出应与另一设备的输入相连。 声卡的MIDI/GAME接口通常是一个15针D型连接器，其中1+5V和4GND提供电源，12MIDITXD是MIDI输出，15MIDIRXD是MIDI输入。单片机需通过编程控制这些引脚，按照MIDI协议规则发送和接收数据。 为了生成MIDI信号，单片机需要实现以下功能： 1. 时序控制：精确控制信号的起始位、数据位和停止位，确保数据传输的正确性。 2. 数据编码：将音符、音高、力度等音乐信息转换为MIDI协议规定的二进制格式。 3. 实时响应：因为音乐的实时性要求，单片机需要快速响应按键事件，及时发送音符开关命令。 4. 多键处理：处理多个按键同时按下时的信号，避免出现错误或遗漏。 5. 错误检测与恢复：即使接收端出现错误，也能确保音乐的连续性，不影响整体演奏。 在实现过程中，可能还需要设计合适的硬件电路，如电平转换器，以适应MIDI标准的5V逻辑电平。此外，单片机程序需要处理按键扫描、按键状态记录、MIDI消息构建以及通过串行接口发送MIDI数据等功能。 通过这样的设计，一个基于单片机的MIDI键盘可以与计算机的声卡配合，接入音乐制作软件，使计算机成为一个功能齐全的电子琴。用户可以通过键盘演奏音乐，计算机则根据接收到的MIDI信号播放相应的音符，实现复音演奏。 制作MIDI键盘涉及单片机编程、数字信号处理、电子硬件设计等多个领域，是一项集技术与艺术于一体的工程。通过这样的项目，不仅可以深入理解MIDI协议，还能提升电子音乐创作的技术水平。