MIDI信號的解碼及實時音符顯示

摘要：介紹了MIDI數(shù)據(jù)的格式，討論了一種使用AT89C51系列單片機完成MIDI信號的實時解碼，從中提高音符數(shù)據(jù)，并隨時利用專用LED驅(qū)動芯片將音符顯示出來的設(shè)計方案。該方案經(jīng)實際產(chǎn)品應(yīng)用，證明合理可靠。

    關(guān)鍵詞：MIDI 串行接口 LED顯示

MIDI是音樂設(shè)備數(shù)字接口的簡答，是各種電子音樂設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)接口，廣泛應(yīng)用于各種電子樂器上，目前較高檔的電子琴子均帶有MIDI接口。筆者在開發(fā)用于音樂教學(xué)的產(chǎn)品“音樂電教板”的過程中，遇到了有關(guān)MIDI信號解碼的問題，產(chǎn)品要求能夠接受電子琴傳送來的MIDI信號，并將相應(yīng)的音符顯示出來。經(jīng)過對MIDI協(xié)議的研究，用AT89C51單片機和128段LED顯示控制芯片BC7281構(gòu)成的系統(tǒng)完成了設(shè)計要求。

1 MIDI信號簡介及與單片機的接口

MIDI信號的傳輸采用異步串行方式，其速率為31.5kbps，數(shù)據(jù)格式為8個數(shù)據(jù)位、1個起始位和1個停止位。因此，完全可以采用MCS51單片機內(nèi)部的硬件UART串口完成MIDI信號的接收和發(fā)送（本設(shè)計中只用到其接收部分），在硬件方面只需采取適當(dāng)?shù)碾娐愤M(jìn)行電平轉(zhuǎn)換即可。

MIDI接口采用標(biāo)準(zhǔn)的5芯DIN連接器，如圖1。傳送電纜使用屏蔽層的雙絞線電纜，因為信號的傳輸利用的是電流信號而不是電壓信號，所以其抗干擾能力比較強，盡管其速率高達(dá)31.5kbps，傳輸距離仍可以達(dá)到15m，比常見的RS-232接口的傳送距離要遠(yuǎn)。一般的MIDI接收電路如圖2，本文采用與之相同的電路。

其中RX接單片機的串口RX端，電路中的光耦既起到隔離的作用，又有電平轉(zhuǎn)換的作用，因為速率較高，必須選用開關(guān)速度較高的型號，這里使用的是6N136。D1是保護(hù)二極管。

MIDI中共有16個通道（channel），一般稱之為通道1至通道16，每個通道相當(dāng)于樂曲中的個聲部，使用者可以為每個通道指定一種音色。音色可以是MIDI規(guī)范中規(guī)定的128種音色中的任何一種，每一個通道只能有一種音色。也就是說，在一個標(biāo)準(zhǔn)的MIDI系統(tǒng)中，最多相當(dāng)于可以有16種樂器同時演奏。

按照MIDI協(xié)議的規(guī)定，傳送的數(shù)據(jù)可以分為兩類：狀態(tài)字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)。所謂狀態(tài)字節(jié)實際就是命令字，表明其后所跟數(shù)據(jù)的種類，狀態(tài)字節(jié)總是大于等于80H，而數(shù)據(jù)字節(jié)總是小于80H，因此，可以很容易地區(qū)分狀態(tài)字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)。在狀態(tài)字節(jié)中，用數(shù)據(jù)的低4位表示通道號，高4位表示不同的命令。比如，設(shè)定音色為ChH指令，其中n是通道號。

在各種MIDI的指令中，與本機有關(guān)的只有兩種：8nH和9nH（n為通道號），兩種指令的基本格式一樣，一般由3個字節(jié)組成，格式是：

8n(9n) aa bb

其中，aa是音符數(shù)據(jù)，表明所演奏的音符，其范圍為0～7fH，這樣共有128個音符，足以覆蓋整個音域；bb是速度數(shù)據(jù)，表明擊鍵的速度，又稱力度數(shù)據(jù)，其范圍也是0～7fH。

    第一個字節(jié)是狀態(tài)字節(jié)（指令），其具體含義說明如下：

8nH——“音符關(guān)”指令，在多數(shù)MIDM設(shè)備中，該指令中的速度數(shù)據(jù)bb被忽略。

9nH——“音符開”指令，如果速

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