MIDI信號的解碼及實時音符顯示

時間：2023-05-01 09:10:50 計算機論文我要投稿

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MIDI信號的解碼及實時音符顯示

摘要：介紹了MIDI數據的格式，討論了一種使用AT89C51系列單片機完成MIDI信號的實時解碼，從中提高音符數據，并隨時利用專用LED驅動芯片將音符顯示出來的設計方案。該方案經實際產品應用，證明合理可靠。

關鍵詞：MIDI 串行接口 LED顯示

MIDI是音樂設備數字接口的簡答，是各種電子音樂設備之間數據傳輸的標準接口，廣泛應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。筆者在開發用于音樂教學的產品“音樂電教板”的過程中，遇到了有關MIDI信號解碼的問題，產品要求能夠接受電子琴傳送來的MIDI信號，并將相應的音符顯示出來。經過對MIDI協議的研究，用AT89C51單片機和128段LED顯示控制芯片BC7281構成的系統完成了設計要求。

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，數據格式為8個數據位、1個起始位和1個停止位。因此，完全可以采用MCS51單片機內部的硬件UART串口完成MIDI信號的接收和發送（本設計中只用到其接收部分），在硬件方面只需采取適當的電路進行電平轉換即可。

MIDI接口采用標準的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31.5kbps，傳輸距離仍可以達到15m，比常見的RS-232接口的傳送距離要遠。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，又有電平轉換的作用，因為速率較高，必須選用開關速度較高的型號，這里使用的是6N136。D1是保護二極管。

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規范中規定的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，在一個標準的MIDI系統中，最多相當于可以有16種樂器同時演奏。

按照MIDI協議的規定，傳送的數據可以分為兩類：狀態字節和數據字節。所謂狀態字節實際就是命令字，表明其后所跟數據的種類，狀態字節總是大于等于80H，而數據字節總是小于80H，因此，可以很容易地區分狀態字節和數據字節。在狀態字節中，用數據的低4位表示通道號，高4位表示不同的命令。比如，設定音色為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個字節組成，格式是：

8n(9n) aa bb

其中，aa是音符數據，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是速度數據，表明擊鍵的速度，又稱力度數據，其范圍也是0～7fH。

第一個字節是狀態字節（指令），其具體含義說明如下：

8nH——“音符關”指令，在多數MIDM設備中，該指令中的速度數據bb被忽略。

9nH——“音符開”指令，如果速

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