键盘乐器 DF创客社区 - Powered by Discuz! Archiver

zoologist 发表于 2020-1-23 14:04:15

键盘乐器

上小学的时候，音乐课对于五音不全的我来说是痛苦的存在。好在老师并不好意思给一个勤奋听话的孩子不及格，所以我音乐课期末成绩通常都是60分。三年级的一天，老师宣布要期末考试，内容很简单，随机抽取教科书上的一个简谱唱出来即可。经过认真的思考，我认为这是一个能够攫取满分的机会。于是在考试前，我找了一个会唱的小伙伴，付出了几个大大泡泡糖的代价后，他教了我考试范围中的一首歌曲。回去后，我又在那首歌曲的简谱上用“多来米发索拉西”将每个音符重新标记，随后背了下来。在另一个阳光灿烂的音乐课上，同学们排队到老师面前抽签，我盯住前面同学抽中的这首歌曲，然后等到我之后以迅雷不及掩耳之势抽出来那张，在老师狐疑的目光中假装在看谱，然后背诵了出来…….如果说有时候一种声音，可以把人带回真实的过去。那么对于我来说，这个声音就是《小星星》-----那首二十多年前死记硬背下来的歌曲。相比小号笛子之类的乐器，电子琴这样的键盘发生设备是更容易理解和操作的设备。如果将USB的键盘作为乐器按键，那么我们就能得到一个最简单的键盘乐器。为了达到这个目标，需要解决如下2个问题：1. 发声的问题2. USB键盘数据的解析；首先需要一种能够发出乐器声音的模块。自然而然想到的是各种录音播放模块，但是很多时候会同时演奏出多个不同声音（可以理解为按下2个钢琴键实现同时发声）。对于这种情况下录音模块是无能为力的。接下来目光投向目前已有的MIDI方案。MIDI是 MusicalInstrument Digital Interface（乐器数字接口）的简称。有时候中文会翻译成“迷笛”。这种技术是20世纪80 年代初为解决电声乐器之间的通信问题而提出的。简单的说这种方案规定了一种乐器通讯机制，比如当前按下了钢琴某个键，力度是多少。当音源设备收到这个消息后会根据内容播放实现准备好的声音。显而易见，这样的方案相比直接录音要节省大量空间，比如：十分钟左右的钢琴曲只有几十Kbytes的大小，WAV至少要十几Mbytes。经过比较，确定选用VS1053b 芯片的模块，这个芯片是单片OggVorbis/MP3/AAC/WMA/MIDI音频解码器，当它收到MIDI消息后会将乐器的声音直接发送出去。选择的是微雪的 Music Shield模块，是通过 SPI 接口和 Arduino 进行通讯。特别的我在阅读资料的时候特别看到，VS1053B芯片支持一种实时Midi模式，上电之后可以从RXPin 接受 MIDI 数据来发生。但是这种模式需要HW设置VS1053B 引脚。市面上的模块并没有支持和预留。因此，这次的 Music Shield仍然使用 SPI 接口，MIDI数据也是从SPI送到芯片中的。
对于第二个问题，很容易想到使用之前多次使用的USBHost Shield来完成。但是它存在占用 SPI 接口，代码复杂的缺点。经过比较最终确定使用的是南京沁恒微电子股份有限公司生产的USB键盘鼠标转串口通讯控制芯片 CH9350。南京沁恒是一家国产芯片公司，它设计了一些很有意思的USB 相关芯片，比如，市面上大量使用的廉价CH340 系列的USB转串口方案就是他们家的产品。这次使用的CH9350芯片是键盘鼠标远距离传输的方案。
例如，右侧的CH9350芯片解析操作者的USB键盘鼠标条码枪的数据，然后转换为TTL 串口信号（TXD,RXD）。这样可以用RS485或者网络发送到远端，再用另外的 CH3950芯片接收还原为一个USB设备从而实现远程操作的目的。同样的方法还可以实现一套键盘鼠标控制多台机器的目的。
硬件列表：1.    1.CH9350 Mini 模块2.    2.微雪MusicShield 模块3.    3Arduino Proto Shield (用于固定CH9350 Mini，无任何元件)4.    4.Arduino Proto Shield 扩展（用于插接Music Shield,无任何元件）硬件连接（实际上我使用Shield，直接插上即可，并没有特别线路连接）：
需要特别注意的是 CH9350模块上的 RSV 需要接地，这样会使得芯片工作在状态3，每次自动将解析后的键盘鼠标数据通过串口发出：
软件方面，首先因为选用的是 Arduino Uno，留下硬串口以便Debug，使用软串口来和 CH9350通讯。之后将键盘按键和MIDI 发生映射起来，使用的映射方法和Everyone Piano 相同：

代码：
#include <SoftwareSerial.h>
#include <SPI.h>
#include <MusicPlayer.h>

MusicPlayer player;

//实例化软串口,连接到 Music Shield
SoftwareSerial USBKB(2, 3); // RX, TX

byte KeyToNote(byte key)
{
byte v=0;
switch (key) {
case 0x1D: //Z
   v=36;
   break;
case 0x1B: //X
   v=38;
   break;
case 0x06: //C
   v=40;
   break;
case 0x19: //V
   v=41;
   break;
case 0x05: //B
   v=43;
   break;
case 0x11: //N
   v=45;
   break;
case 0x10: //M
   v=47;
   break;
   case 0x36: //,
   v=48;
   break;
   case 0x37: //.
   v=50;
   break;
case 0x38: // /
   v=52;
   break;

case 0x04: //A
   v=48;
   break;
case 0x16: //S
   v=50;
   break;
case 0x07: //D
   v=52;
   break;
case 0x09: //F
   v=53;
   break;
case 0x0A: //G
   v=55;
   break;
case 0x0B: //H
   v=57;
   break;
case 0x0D: //J
   v=59;
   break;
case 0x0E: //K
   v=60;
   break;
case 0x0F: //L
   v=62;
   break;
case 0x33: //;
   v=64;
   break;
case 0x34: //'
   v=65;
   break;

case 0x14://Q
   v=60;
   break;
case 0x1A: //W
   v=62;
   break;
case 0x08://E
   v=64;
   break;
case 0x15: //R
   v=65;
   break;
case 0x17: //T
   v=67;
   break;
case 0x1C: //Y
   v=69;
   break;
case 0x18: //U
   v=71;
   break;
case 0x0C: //I
   v=72;
   break;
case 0x12: //O
   v=74;
   break;
case 0x13: //P
   v=76;
   break;
case 0x2F: //[
   v=77;
   break;
case 0x30: //]
   v=79;
   break;

case 0x1E://1
   v=72;
   break;
case 0x1F: //2
   v=74;
   break;
case 0x20://3
   v=76;
   break;
case 0x21: //4
   v=77;
   break;
case 0x22: //5
   v=79;
   break;
case 0x23: //6
   v=81;
   break;
case 0x24: //7
   v=83;
   break;
case 0x25: //8
   v=84;
   break;
case 0x26: //9
   v=86;
   break;
case 0x27: //0
   v=88;
   break;
case 0x28: //-
   v=89;
   break;
case 0x29: //=
   v=91;
   break;
default:
break;
}
return v;
}
void setup()
{
//用于Arduino Debug 串口
Serial.begin(115200);

//用于和CH3995通讯
USBKB.begin(38400);

//初始化 Midi 功能
player.beginMidi();

delay(2000);

//设置主音量为最大
player.midiWriteData(0xB0, 0x07, 127);

//player.midiWriteData(0xB0, 0, 0x00); //Default bank GM1

player.midiWriteData(0xC0, 1, 0);
}

//每笔 CH9350 键盘数据长度
#define CH9350KBLENGTH11

//存放上一次 CH9350 发送过来的数据
char Last={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};
//存放当前 CH9350 发送过来的数据
char Current;

byte i;
boolean Found;
void loop()
{
byte Index=0;

//取得 CH9350 送过来的当前按键信息
while (Index<CH9350KBLENGTH-1) {//不保存首位的 0x57 帧头，所以总共只有
if ((USBKB.available())&&(0x57==USBKB.read())) {
   while (Index<CH9350KBLENGTH-1) {
         if (USBKB.available()) {
            Current=USBKB.read();
         }
      }
   }
}

for (int p=0;p<CH9350KBLENGTH;p++) {Serial.print((byte)Current,HEX);Serial.print(" "); }
Serial.print("\n");

//检查 Current,如果Last[]没有的，那么需要发送出去
for (Index=4;Index<CH9350KBLENGTH;Index++) {
Found=false;
if (Current!=0) {
   for (i=4;i<CH9350KBLENGTH;i++) {
      if (Current==Last<i>) {
            Found=true;
      }
   }
if (Found==false) {
   //Set instrument number. 0xC0 is a 1 data byte command
   player.midiNoteOn(0, KeyToNote(Current), 127);
   Serial.print("On ");
   Serial.println(Current,HEX);
   Serial.print(" >> ");
   Serial.println(KeyToNote(Current));
}
}
}

//检查 Last,如果Current[]里面没有,那么需要发送NoteOff命令
for (Index=4;Index<CH9350KBLENGTH;Index++) {
Found=false;
if (Last!=0) {
   for (i=4;i<CH9350KBLENGTH;i++) {
      if (Last==Current<i>) {
            Found=true;
      }
   }
   if (Found==false) {
   player.midiNoteOff(0, KeyToNote(Current), 127);
   Serial.print("Off ");
   Serial.println(KeyToNote(Last),HEX);
   }
}
}

for (Index=0;Index<10;Index++) {Last=Current;}
}</i></i>
VS1053B 用来播放MIDI是很好的选择，这次使用的是微雪出品的Music Shield 价格在90左右，淘宝最低价格有35的，我觉得应该同样能够使用。

工作的视频https://v.qq.com/x/page/w3057ax6n3y.html
完整的代码和用的库

代码

gada888 发表于 2020-1-24 17:17:02

但实际演奏效果怎么，最好有视频

zoologist 发表于 2020-1-25 19:18:52

gada888 发表于 2020-1-24 17:17
但实际演奏效果怎么，最好有视频

工作的视频https://zhuanlan.zhihu.com/p/103840801

rzyzzxw 发表于 2020-1-26 16:49:20

项目不错啊。{:6_214:}

kylinpoet 发表于 2020-2-18 08:46:37

楼主强大，多谢分享。

gada888 发表于 2020-2-21 16:47:29

能脱离电脑播放么

zoologist 发表于 2020-2-24 16:04:05

gada888 发表于 2020-2-21 16:47
能脱离电脑播放么

可以啊，这个就是不用电脑直接放出来声音的

蟹蟹泳裤 发表于 2024-8-29 12:02:58

想问一下这个可以接USB口的那种MIDI键盘演奏吗？还是要换别的芯片？

zoologist 发表于 2024-9-1 10:27:08

蟹蟹泳裤发表于 2024-8-29 12:02
想问一下这个可以接USB口的那种MIDI键盘演奏吗？还是要换别的芯片？

不可以的，这个没有做 USB MIDI 设备的解析

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