用通用单片机实现MIDI键盘

如何用单片机实现MIDI键盘功能51系列单片机实现MIDI3MIDI协议的串行通讯数据，如何扫描键盘和实现力度响应，如何适当的进展电器连接，本节将介绍前两个问题，最终一个问题将放在下一节介绍。MIDI协议的串行信号绝大多数５１系列单片机都有串行通讯掌握器〔UART〕,协作适宜的晶振，正确地设UART的工作参数，就能够自动产生所需的串行数据。在５１单片机做串行通讯时，可以用定时／计数器１〔T/C1〕作为波特率发生器。将串行口设置为方式１工作状态〔１０位异步收发，波特率由定时器掌握MHz振，T/C1设为自动装入８位计数器状态〔TMOD置为2x，SMO＝1，TH=FF31.25KMIDI协议。C语言例程，下同〕voidformat;{ TMOD=0x21; //T/C1工作于８位自动装入状态//TL1=0xff;TH1=0xff; //T/C1常数，确定波特率//SCON=0x50; //设串口工作于方式１，//PCON=0x80; //相当于SMOD=1;//TR1=1; //T/C1开头计数//}51UART的工作方式可推知，当外部晶振的频率为6MHz的倍数时，31.25K的波特率，见表5－３：表 ５－３用不同的晶振频率产生波特率31.25K的存放器值晶振频率TMODSCONPCONTL1TH16MHz0x210x500x800xFF0xFF12MHz0x210x500x800xFE0xFE0x000xFF0xFF24MHz0x210x500x800xFD0xFD0x000xFE0xFE上一节已经介绍了MIDI命令的格式，发送一个音符的开关命令，可调用如下函数：voidsend(ucharcc,kk,vv){TR1=1; //开计数器//SBUF=cc; //发送cc//while(TI==0);//等待发送完毕//TI=0; //清发送标志//SBUF=kk;while(TI==0);TI=0;SBUF=vv;while(TI==0);TI=0;TR1=0;}参数cc,kk,vv的含义已在MIDI协议中介绍，不再重复。12字节命令，只需将上述函数简化即可，由于在演奏中主要执行的都是3字节命令，为提高运行速度，不在发送函数中推断命令长度，由于那样做的话固然可以削减一两个函数，但让单片机过多执行不必要的代码，得不偿失。键盘扫描电子乐器的键盘，动辄就是数十个琴键，而且常常消灭多个按键同时压下的状况，单片机系统必需能够准确推断哪个键被压下，哪个键保持，哪个键被释放，考虑到经济性，矩阵式动态扫描是乐器键盘最抱负的工作方式，图5－364键无力度感应的键盘原89c5164键的扫描工作。图5－3中,88个键通过二极管共同接在一根段选线上，按键的另外一端，分别按挨次接在各自的读入线〔51P2口〕上，段选线(P0)为单片机输出，为低电平有效，工作时，单片机向P0口某根线发出低电平，选中该段，然后读P2口，当有相应的按键被压下时，该输入线与段选线接通，通过二极管拉到低电平，单片机即可推断是该段的哪一个按键被压下。转变段选线，则推断另一段的88个键值，则可完成64如不加二极管，在有按键压下时，将发生有效的段选线〔低电平〕与无效的段选线〔其他线的高电平〕通过按键短路的状况，将产生混乱。键盘在演奏时，有三个动作，被压下、保持压下状态、被释放，在被压下并保持时，每次扫描都会推断出该键的压下状态，但在实际工作中，并不需要每次扫描到这种状态都MIDI命令，因此，要进展按键状态的存贮，每次扫描后，与存贮的状态比较，觉察有转变，再作相应的处理，并将的状态存入。图5－3 8X8键无力度键盘电路图8X8key_number[i]是全局数组，用来存贮按键状态，addition是全局变量，是设定该键盘第一个按键对应的MIDI音符的键值，全局数组和全局send(cc,kk,vv)函数，见前一节介绍，特此说明。voidscan_key{uchari,j,k,r,mmm,xu;k=0xfe; //k0for(i=0;i<8;i++){ P2=0xff;P0=k; //输出段选值k=(k<<1)+1; //段选标志左移，末位补1，为下一循环预备mmm=0x01; //设按键查询指针初值r=P2; //读入键值P0=0xff;xu=r^key_number[i]; //查询键值是否转变，xu1的位为产生变化的按键key_number[i]=r; //的键值存入数组for(j=0;j<8;j++) //8次循环，推断具体产生变化的键{if((xu&mmm)!=0) //用指针选择被测的键{ if((r&mmm)!=0) //推断最终状况，以确定是被压下还是释放{send(0x80+chnal,i*8+j+addition,40);} //关闭声音else{send(0x90+chnal,i*8+j+addition,127);} //开头发声}mmm=mmm<<1; //指针左移，推断下个键}}}力度感应的实现与力度曲线中高档的电子琴，都带有力度感应功能，什么是力度感应呢？就是音符发声的音量，与击键的力气正相关，力气越大，音量也越大。实现力度感应功能，首先要测量击键的力度，而击键力度与键盘的下沉速度正相关，测量按键的下沉速度，就可以推出力度值。力度感应键盘的按键构造如图5—4所示，每时，前排触点与后排触点先后接通，感应值。速度和存贮空间可以给我们供给帮图5－４力度键示意图 助，用一个计数器和多个存贮单元实现同样的功能。为每一个琴键安排一个存贮单元，用单片机的定时/计数器做一个时钟，当按键压下，使前排触点接通时，记录下时钟的值，在后排触点接通时用当时的时钟值，减掉记录的值，起，前排触点与后排触点共用P0口做输入，P2口做前排触点段选信号，P1口做后排触点的段选。每个按键需要一个字节的记录空间，对于6464个字节，再加128bitRAM89c51来说，就难以胜任了，故在力256bitRAM89c52。前文介绍过，MIDI0-127反比的，这就有了一个函数关系：vv,所测定的时间差为Tvv=A/TA是一个常量，用来把vv的值限制在0－127A的值，就可以做出各种不同的力度响应曲线，用于不同的场合。在实际编程工作中，由于vv与T都是字符型量，而直接用字符型量作除法运算，精度太差，用整形数或浮点数运算没有必要，用查表的方式是比较合理，速度又快的方法。力度键盘的扫描过程，与非力度键盘的过程类似，区分在于在每个扫描周期中，分别send(cc,kk,vv)5.2节中有介绍,key_number[][]是用于记录每个按键触点通断状态的全局数组,vol[][]是力度曲线存贮数组，count_begin[][]是各按键的计时存贮数组,ttt2毫秒为ttt1。voidscan_key{uchari,j,k,r,r1,mmm,xu,xd,ts,vv;k=0xfe; //段选指针初值for(i=0;i<8;i++){ P1=k; //输出后排段选P0=0xff;r1=P0; //读后排触点P1=0xff; //关后排段选P2=k; //输出前排段选ts=ttt; //读入当前时钟，插在前后排语句之间是//为确保输出电平稳定后读入的数据k=(k<<1)+1; //段选指针左移mmm=0x01; //位选指针初始化P0=0xff;r=P0; //读前排键P2=0xff; //关段选xu=r^key_number[0][i]; //检测前排键是否有变化xd=r1^key_number[1][i]; //检测后排键是否有变化key_number[0][i]=r; //存贮按键状态key_number[1][i]=r1;for(j=0;j<8;j++) //8次循环查询各键状况{ if((xu&mmm)!=0) //前排触点是否有变化{ if((r&mmm)!=0){ key_number[2][i]&=(~mmm) ; //前排触点关，存入}else{ key_number[2][i]|=mmm ; //前排触点闭合，存入count_begin[i][j]=ts; //纪录闭合时间}}else{if((ts-count_begin[i][j])>250){key_number[2][i]&=(~mmm);}

//超时将认为触点关闭}if((xd&mmm)!=0) //检测后排触点{if ((r1&mmm)!=0){if((ctk==0xf0)&((key_number[3][i]&mmm)!=0)){send(0x80+chnal,i*8+j+ada*12+addition,0x40); //后排键关闭则关音符key_number[3][i]&=(~mmm);}key_number[2][i]&=(~mmm);}else{if((key_number[2][i]&mmm)!=0) //后排触点闭合{if(ts>=count_begin[i][j]) //计算时间值{vv=ts-count_begin[i][j];}else{vv=255-count_begin[i][j]+ts;//时间计数器溢出处理send(0x90+chnal,i*8+j+ada*12+addition,vol[pp][vv]);//音符发声key_number[3][i]|=mmm;}}}}mmm=mmm<<1; //键检测指针左移}}}//========2毫秒为ttt1，============================voidtimer0interrupt1using3/*interruptsuboftime