Klawiatura MIDI oparta na Arduino Micro z USB

[entoro]

Wstęp i założenia

W tym artykule chciałbym przybliżyć temat urządzeń MIDI i jak wykonać własny kontroler samodzielnie w domu. Projekt może być wykorzystywany jako cyfrowe pianino do grania i tworzenia muzyki. Jest łatwo rozbudowywalny, można dostosować go do indywidualnych potrzeb. Do zbudowania zachęcił mnie zakup jednej komercyjnych klawiatur MIDI, która cechowała się niezwykle prostą budową i niską ceną. 

Potrzebne elementy

Ze względu na wsparcie przez największą liczbę bibliotek polecam do projektu wykorzystać płytkę Arduino Micro. Posiada ona mikroprocesor podłączony bezpośrednio do portu szeregowego, co ułatwi pierwsze etapy budowy. Dodatkowo potrzebne będą przyciski (ilość w zależności od liczby klawiszy). Oraz klawisze, które wykonałem na drukarce 3d. Jeżeli jeszcze nie masz żadnej, gorąco polecam Bambu Lab A1 mini ze względu na rozsądną cenę. Dodatkowo zamówić można płytkę PCB.

Wykonanie projektu

Pierwszym wyzwaniem, które przede mną stanęło to wysyłanie sygnału do komputera. Kupiony przeze mnie kontroler, na którym się wzorowałem komunikował się przez usb. Wybrałem ten sposób zamiast klasycznego 5-pinowego wejścia. Pracą z pakietami zajmuje się biblioteka MIDIUSB.h. Przyciski podłączyłem przez dwa multipleksery 16-bitowe. Oto program obsługujący jedną z wersji:

#include "MIDIUSB.h"

bool keyState[32];

void setup() {
  pinMode(2, OUTPUT);
  pinMode(3, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
  pinMode(5, OUTPUT);

  pinMode(8, INPUT_PULLUP);
  pinMode(9, INPUT_PULLUP);
  
  for (int i = 0; i < 25; i++)
    keyState[25] = true;
  
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  updateAllKeys();
}

void updateAllKeys()
{
  for (int i = 0; i <= 15; i++)
  {
    bool addressBit[4] = {false, false, false, false};
    int iDEC = i;
    int b_index = 3;
    while (iDEC > 0)
    {
      if (iDEC % 2 == 1)
        addressBit[b_index] = true;
      b_index--;

      iDEC = (iDEC - iDEC % 2) / 2;
    }
    digitalWrite(2, addressBit[3]);
    digitalWrite(3, addressBit[2]);
    digitalWrite(4, addressBit[1]);
    digitalWrite(5, addressBit[0]);
    bool stateLeft = digitalRead(8);
    bool stateRight = digitalRead(9);

    int key_index_l = i;
    int key_index_r = 16 + i;

    if (keyState[key_index_r] != stateRight)
    {
      if (stateRight == 0) // pressed
        keyPress(key_index_r);
      if (stateRight == 1)
        keyUnpress(key_index_r);

    }

    if (keyState[key_index_l] != stateLeft)
    {
      if (stateLeft == 0)
        keyPress(key_index_l);
      if (stateLeft == 1)
        keyUnpress(key_index_l);
    }
    
    keyState[key_index_r] = stateRight;
    keyState[key_index_l] = stateLeft;
  }
}

void keyPress(int i)
{
  if (i >= 4 && i <= 28)
  {
    midiEventPacket_t noteOn = {0x09, 0x90 | 1, 70 - (i - 4), 127};
    MidiUSB.sendMIDI(noteOn);
    MidiUSB.flush();
  }
}

void keyUnpress(int i)
{  
  if (i >= 4 && i <= 28)
  {
    midiEventPacket_t noteOff = {0x08, 0x80 | 1, 70 - (i - 4), 127};
    MidiUSB.sendMIDI(noteOff);
    MidiUSB.flush();
  }
}

Dla osób które, jak ja, miały duży problem z wysłaniem pierwszego sygnału warto wspomnieć, że MIDI przez USB nie działa na każdej płytce. Dlatego we wstępie wspomniałem o wyborze Arduino Micro. Na tym etapie projekt wyglądał następująco:

Po udanym teście wykonałem projekty płytki PCB i klawiszy, tak aby budową i rozmiarem przypominały fragment pianina. Klawisze zamontowane są do ramki, która zostawia im możliwość ruchu tylko w jednej osi.

Zamówiłem płytkę, umieściłem na niej elementy, a oto rezultat:

 

Dziękuję za uwagę i życzę powodzenia w budowie!

 

 

 

Edytowano 5 stycznia przez entoro

[BlackJack]

Fajny projekt, teraz tylko przerobić na klawiaturę dynamiczną. Jak taka działa? Wykorzystuje dwa styki na klawisz, a dynamika naciśnięcia klawisza jest określana jako czasz, między wciśnięciem pierwszego styku do drugiego.

[entoro]

10 minut temu, BlackJack napisał:

Fajny projekt, teraz tylko przerobić na klawiaturę dynamiczną. Jak taka działa? Wykorzystuje dwa styki na klawisz, a dynamika naciśnięcia klawisza jest określana jako czasz, między wciśnięciem pierwszego styku do drugiego.

Dobry pomysł, dzięki!

[ethanak]

No nie wiem czy na dwóch stykach zrobisz klawiaturę dynamiczną, ale jakp zabawka się nada (jakby kto pytał, parędziesiąt lat przy klawiaturze 88 klawiszy przesiedziałem)