用通用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)MIDI鍵盤(pán)

如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)MIDI鍵盤(pán)功能51系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)MIDI3MIDI協(xié)議的串行通訊數(shù)據(jù)，如何掃描鍵盤(pán)和實(shí)現(xiàn)力度響應(yīng)，如何適當(dāng)?shù)倪M(jìn)展電器連接，本節(jié)將介紹前兩個(gè)問(wèn)題，最終一個(gè)問(wèn)題將放在下一節(jié)介紹。MIDI協(xié)議的串行信號(hào)絕大多數(shù)５１系列單片機(jī)都有串行通訊掌握器〔UART〕,協(xié)作適宜的晶振，正確地設(shè)UART的工作參數(shù)，就能夠自動(dòng)產(chǎn)生所需的串行數(shù)據(jù)。在５１單片機(jī)做串行通訊時(shí)，可以用定時(shí)／計(jì)數(shù)器１〔T/C1〕作為波特率發(fā)生器。將串行口設(shè)置為方式１工作狀態(tài)〔１０位異步收發(fā)，波特率由定時(shí)器掌握MHz振，T/C1設(shè)為自動(dòng)裝入８位計(jì)數(shù)器狀態(tài)〔TMOD置為2x，SMO＝1，TH=FF31.25KMIDI協(xié)議。C語(yǔ)言例程，下同〕voidformat;{ TMOD=0x21; //T/C1工作于８位自動(dòng)裝入狀態(tài)//TL1=0xff;TH1=0xff; //T/C1常數(shù)，確定波特率//SCON=0x50; //設(shè)串口工作于方式１，//PCON=0x80; //相當(dāng)于SMOD=1;//TR1=1; //T/C1開(kāi)頭計(jì)數(shù)//}51UART的工作方式可推知，當(dāng)外部晶振的頻率為6MHz的倍數(shù)時(shí)，31.25K的波特率，見(jiàn)表5－３：表 ５－３用不同的晶振頻率產(chǎn)生波特率31.25K的存放器值晶振頻率TMODSCONPCONTL1TH16MHz0x210x500x800xFF0xFF12MHz0x210x500x800xFE0xFE0x000xFF0xFF24MHz0x210x500x800xFD0xFD0x000xFE0xFE上一節(jié)已經(jīng)介紹了MIDI命令的格式，發(fā)送一個(gè)音符的開(kāi)關(guān)命令，可調(diào)用如下函數(shù)：voidsend(ucharcc,kk,vv){TR1=1; //開(kāi)計(jì)數(shù)器//SBUF=cc; //發(fā)送cc//while(TI==0);//等待發(fā)送完畢//TI=0; //清發(fā)送標(biāo)志//SBUF=kk;while(TI==0);TI=0;SBUF=vv;while(TI==0);TI=0;TR1=0;}參數(shù)cc,kk,vv的含義已在MIDI協(xié)議中介紹，不再重復(fù)。12字節(jié)命令，只需將上述函數(shù)簡(jiǎn)化即可，由于在演奏中主要執(zhí)行的都是3字節(jié)命令，為提高運(yùn)行速度，不在發(fā)送函數(shù)中推斷命令長(zhǎng)度，由于那樣做的話固然可以削減一兩個(gè)函數(shù)，但讓單片機(jī)過(guò)多執(zhí)行不必要的代碼，得不償失。鍵盤(pán)掃描電子樂(lè)器的鍵盤(pán)，動(dòng)輒就是數(shù)十個(gè)琴鍵，而且常常消滅多個(gè)按鍵同時(shí)壓下的狀況，單片機(jī)系統(tǒng)必需能夠準(zhǔn)確推斷哪個(gè)鍵被壓下，哪個(gè)鍵保持，哪個(gè)鍵被釋放，考慮到經(jīng)濟(jì)性，矩陣式動(dòng)態(tài)掃描是樂(lè)器鍵盤(pán)最抱負(fù)的工作方式，圖5－364鍵無(wú)力度感應(yīng)的鍵盤(pán)原89c5164鍵的掃描工作。圖5－3中,88個(gè)鍵通過(guò)二極管共同接在一根段選線上，按鍵的另外一端，分別按挨次接在各自的讀入線〔51P2口〕上，段選線(P0)為單片機(jī)輸出，為低電平有效，工作時(shí)，單片機(jī)向P0口某根線發(fā)出低電平，選中該段，然后讀P2口，當(dāng)有相應(yīng)的按鍵被壓下時(shí)，該輸入線與段選線接通，通過(guò)二極管拉到低電平，單片機(jī)即可推斷是該段的哪一個(gè)按鍵被壓下。轉(zhuǎn)變段選線，則推斷另一段的88個(gè)鍵值，則可完成64如不加二極管，在有按鍵壓下時(shí)，將發(fā)生有效的段選線〔低電平〕與無(wú)效的段選線〔其他線的高電平〕通過(guò)按鍵短路的狀況，將產(chǎn)生混亂。鍵盤(pán)在演奏時(shí)，有三個(gè)動(dòng)作，被壓下、保持壓下?tīng)顟B(tài)、被釋放，在被壓下并保持時(shí)，每次掃描都會(huì)推斷出該鍵的壓下?tīng)顟B(tài)，但在實(shí)際工作中，并不需要每次掃描到這種狀態(tài)都MIDI命令，因此，要進(jìn)展按鍵狀態(tài)的存貯，每次掃描后，與存貯的狀態(tài)比較，覺(jué)察有轉(zhuǎn)變，再作相應(yīng)的處理，并將的狀態(tài)存入。圖5－3 8X8鍵無(wú)力度鍵盤(pán)電路圖8X8key_number[i]是全局?jǐn)?shù)組，用來(lái)存貯按鍵狀態(tài)，addition是全局變量，是設(shè)定該鍵盤(pán)第一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的MIDI音符的鍵值，全局?jǐn)?shù)組和全局send(cc,kk,vv)函數(shù)，見(jiàn)前一節(jié)介紹，特此說(shuō)明。voidscan_key{uchari,j,k,r,mmm,xu;k=0xfe; //k0for(i=0;i<8;i++){ P2=0xff;P0=k; //輸出段選值k=(k<<1)+1; //段選標(biāo)志左移，末位補(bǔ)1，為下一循環(huán)預(yù)備mmm=0x01; //設(shè)按鍵查詢指針初值r=P2; //讀入鍵值P0=0xff;xu=r^key_number[i]; //查詢鍵值是否轉(zhuǎn)變，xu1的位為產(chǎn)生變化的按鍵key_number[i]=r; //的鍵值存入數(shù)組for(j=0;j<8;j++) //8次循環(huán)，推斷具體產(chǎn)生變化的鍵{if((xu&mmm)!=0) //用指針選擇被測(cè)的鍵{ if((r&mmm)!=0) //推斷最終狀況，以確定是被壓下還是釋放{send(0x80+chnal,i*8+j+addition,40);} //關(guān)閉聲音else{send(0x90+chnal,i*8+j+addition,127);} //開(kāi)頭發(fā)聲}mmm=mmm<<1; //指針左移，推斷下個(gè)鍵}}}力度感應(yīng)的實(shí)現(xiàn)與力度曲線中高檔的電子琴，都帶有力度感應(yīng)功能，什么是力度感應(yīng)呢？就是音符發(fā)聲的音量，與擊鍵的力氣正相關(guān)，力氣越大，音量也越大。實(shí)現(xiàn)力度感應(yīng)功能，首先要測(cè)量擊鍵的力度，而擊鍵力度與鍵盤(pán)的下沉速度正相關(guān)，測(cè)量按鍵的下沉速度，就可以推出力度值。力度感應(yīng)鍵盤(pán)的按鍵構(gòu)造如圖5—4所示，每時(shí)，前排觸點(diǎn)與后排觸點(diǎn)先后接通，感應(yīng)值。速度和存貯空間可以給我們供給幫圖5－４力度鍵示意圖 助，用一個(gè)計(jì)數(shù)器和多個(gè)存貯單元實(shí)現(xiàn)同樣的功能。為每一個(gè)琴鍵安排一個(gè)存貯單元，用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器做一個(gè)時(shí)鐘，當(dāng)按鍵壓下，使前排觸點(diǎn)接通時(shí)，記錄下時(shí)鐘的值，在后排觸點(diǎn)接通時(shí)用當(dāng)時(shí)的時(shí)鐘值，減掉記錄的值，起，前排觸點(diǎn)與后排觸點(diǎn)共用P0口做輸入，P2口做前排觸點(diǎn)段選信號(hào)，P1口做后排觸點(diǎn)的段選。每個(gè)按鍵需要一個(gè)字節(jié)的記錄空間，對(duì)于6464個(gè)字節(jié)，再加128bitRAM89c51來(lái)說(shuō)，就難以勝任了，故在力256bitRAM89c52。前文介紹過(guò)，MIDI0-127反比的，這就有了一個(gè)函數(shù)關(guān)系：vv,所測(cè)定的時(shí)間差為T(mén)vv=A/TA是一個(gè)常量，用來(lái)把vv的值限制在0－127A的值，就可以做出各種不同的力度響應(yīng)曲線，用于不同的場(chǎng)合。在實(shí)際編程工作中，由于vv與T都是字符型量，而直接用字符型量作除法運(yùn)算，精度太差，用整形數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算沒(méi)有必要，用查表的方式是比較合理，速度又快的方法。力度鍵盤(pán)的掃描過(guò)程，與非力度鍵盤(pán)的過(guò)程類(lèi)似，區(qū)分在于在每個(gè)掃描周期中，分別send(cc,kk,vv)5.2節(jié)中有介紹,key_number[][]是用于記錄每個(gè)按鍵觸點(diǎn)通斷狀態(tài)的全局?jǐn)?shù)組,vol[][]是力度曲線存貯數(shù)組，count_begin[][]是各按鍵的計(jì)時(shí)存貯數(shù)組,ttt2毫秒為ttt1。voidscan_key{uchari,j,k,r,r1,mmm,xu,xd,ts,vv;k=0xfe; //段選指針初值for(i=0;i<8;i++){ P1=k; //輸出后排段選P0=0xff;r1=P0; //讀后排觸點(diǎn)P1=0xff; //關(guān)后排段選P2=k; //輸出前排段選ts=ttt; //讀入當(dāng)前時(shí)鐘，插在前后排語(yǔ)句之間是//為確保輸出電平穩(wěn)定后讀入的數(shù)據(jù)k=(k<<1)+1; //段選指針左移mmm=0x01; //位選指針初始化P0=0xff;r=P0; //讀前排鍵P2=0xff; //關(guān)段選xu=r^key_number[0][i]; //檢測(cè)前排鍵是否有變化xd=r1^key_number[1][i]; //檢測(cè)后排鍵是否有變化key_number[0][i]=r; //存貯按鍵狀態(tài)key_number[1][i]=r1;for(j=0;j<8;j++) //8次循環(huán)查詢各鍵狀況{ if((xu&mmm)!=0) //前排觸點(diǎn)是否有變化{ if((r&mmm)!=0){ key_number[2][i]&=(~mmm) ; //前排觸點(diǎn)關(guān)，存入}else{ key_number[2][i]|=mmm ; //前排觸點(diǎn)閉合，存入count_begin[i][j]=ts; //紀(jì)錄閉合時(shí)間}}else{if((ts-count_begin[i][j])>250){key_number[2][i]&=(~mmm);}

//超時(shí)將認(rèn)為觸點(diǎn)關(guān)閉}if((xd&mmm)!=0) //檢測(cè)后排觸點(diǎn){if ((r1&mmm)!=0){if((ctk==0xf0)&((key_number[3][i]&mmm)!=0)){send(0x80+chnal,i*8+j+ada*12+addition,0x40); //后排鍵關(guān)閉則關(guān)音符key_number[3][i]&=(~mmm);}key_number[2][i]&=(~mmm);}else{if((key_number[2][i]&mmm)!=0) //后排觸點(diǎn)閉合{if(ts>=count_begin[i][j]) //計(jì)算時(shí)間值{vv=ts-count_begin[i][j];}else{vv=255-count_begin[i][j]+ts;//時(shí)間計(jì)數(shù)器溢出處理send(0x90+chnal,i*8+j+ada*12+addition,vol[pp][vv]);//音符發(fā)聲key_number[3][i]|=mmm;}}}}mmm=mmm<<1; //鍵檢測(cè)指針左移}}}//========2毫秒為ttt1，============================voidtimer0interrupt1using3/*interruptsuboftime