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[入门] DFRobot Leonardo & Xbee R3 实现MIDI播放

MIDI(Musical Instrument Digital Interface)乐器数字接口，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。MIDI是编曲界最广泛的音乐标准格式，可称为“计算机能理解的乐谱”。它用音符的数字控制信号来记录音乐。一首完整的MIDI音乐只有几十KB大，而能包含数十条音乐轨道。几乎所有的现代音乐都是用MIDI加上音色库来制作合成的。MIDI传输的不是声音信号，而是音符、控制参数等指令,它指示MIDI 设备要做什么，怎么做，如演奏哪个音符、多大音量等。它们被统一表示成MIDI消息(MIDIMessage) 。

这次的目标是使用 DFRobot 的 DFRobot Leonardo & Xbee R3板子来实现发送 MIDI消息，然后通过电脑上的软件进行播放。这个板子的核心是Atmel 的 32U4 单片机，内部支持 USB Device，因此可以用来将自身模拟为一个USBMIDI设备（你可以想象为一个自动演奏的钢琴键盘）。

首先介绍一下歌曲的获得。经过研究，可以在网上找到MIDI文件，然后使用MIDI编辑软件打开之。这里我使用的是 MCH 的 MixPad。通常MIDI会有多个音轨，比如伴奏等等。这时候需要找到主要的音轨，可以通过下图指示出来的位置选择对不同的音轨静音然后预览。下面的MIDI文件中第一个（最上面）的音轨是主旋律，里面包含我们需要的数据。

接下来我们需要将这个音轨提取出来。我这里使用一个MIDI转CSV的小工具。这个工具有两个软件，一个是将MIDI转为CSV 的，另外一个是相反的，将CSV中的数据生成为 MIDI。

使用非常简单，输入 MID文件名然后再给出生成的名称，然后就得到了数据：

前面提到了，MIDI文件中有多个音轨，生成的 CSV文件中，会以Start_track字符串作为标志开启数据记录。比如：下面 Title_t “Track 1“ 开始的数据就是我们需要的。

简单看一下数据：

第一列是数据的类型号，比如2开始的都是前面提到的Track1 数据。接下来是这个事件发生的时间。然后Note_on_c是表示一个消息，后面是它的参数，第一个参数是 Channel 号；然后是Note（可以理解为钢琴的按键编号，一般 60 对应的C4）；最后是按键力度，0表示按键抬起。整理上面的数据然后我们就有一个 .h 文件：

接下来是软件的设计，代码很简单，开始之后不断检查时间标志，如果当前取得的时间大于Current指向的时间那就发送后面的 midi 消息。


#include "MIDIUSB.h"
#include "chysx.h"

uint32_t start;
uint16_t current = 0;

// First parameter is the event type (0x09 = note on, 0x08 = note off).
// Second parameter is note-on/note-off, combined with the channel.
// Channel can be anything between 0-15. Typically reported to the user as 1-16.
// Third parameter is the note number (48 = middle C).
// Fourth parameter is the velocity (64 = normal, 127 = fastest).

void noteOn(byte channel, byte pitch, byte velocity) {
  midiEventPacket_t noteOn = {0x09, 0x90 | channel, pitch, velocity};
  MidiUSB.sendMIDI(noteOn);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
     start = millis();
}

// First parameter is the event type (0x0B = control change).
// Second parameter is the event type, combined with the channel.
// Third parameter is the control number number (0-119).
// Fourth parameter is the control value (0-127).

void controlChange(byte channel, byte control, byte value) {
  midiEventPacket_t event = {0x0B, 0xB0 | channel, control, value};
  MidiUSB.sendMIDI(event);
}

void loop() {
  
  if (millis() - start > music[current].time*3) {
    Serial.println(current);
    noteOn(0, music[current].ctrlnum, music[current].value);
    MidiUSB.flush();
    noteOn(0, music[current + 1].ctrlnum, music[current + 1].value);
    MidiUSB.flush();
    if (current == 302) {
      current = 0;
      start = millis();
    } else {
      current += 2;
    }
  }
}
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