[STM32]3*5MIDI音乐键盘

项目简介与功能

本项目是基于STM32F103C8T6的简易MIDI音乐键盘，可通过编码器旋钮和按钮实时切换GM1(General MIDI Level 1)中的128种乐器、12种自然大调、10个八度（C-1 ~ C9）、部分音效（如延音踏板和混响），当前演奏乐器、大调、八度和部分音效设定都显示在0.96寸oled屏幕上。在软件代码V2.0版本中，新增简易的录制与回放。
对于3*5矩阵键盘，第一个按键（K1）对应着当前八度和当前大调的音高，比如当前八度为5，当前大调为C大调时，K1对应音名C4（中央C），按下时会相应输出C4的音符信号。后面14个都按照自然大调音阶所一一对应。这意味着一个八度内只有7个音高。

关于扩展性：
本项目中STM32F103C8T6最小系统板还有9个IO口未使用，如果想更改键盘布局或者想一个八度有12个音高能自由实现。甚至用来实现传统的61键电子琴也是可以的。

项目参数

此处可填写项目的相关功能参数介绍，示例：
本设计采用STM32F103C8T6最小系统板，作为主控制器。
本设计采用VS1053模块（正点原子），主要作用是作为MIDI合成器和输出音频信号。
本设计采用0.96寸OLED屏幕，分别显示当前演奏乐器、八度和大调和部分音效。
本设计采用EC11编码器，用于实时更改演奏乐器、八度和大调和部分音效。
本设计采用3*5矩阵键盘，按键选用的是机械键盘轴，键盘布局来源于游戏《光遇》，其各种谱子可直接用于该MIDI音乐键盘。

原理解析

弹奏原理： 根据VS1053数据手册编写VS1053的驱动库。上电后只需对VS1053进行软件复位、配置好时钟寄存器和模式寄存器后，打实时MIDI补丁就能开启VS1053的实时MIDI功能。而后根据MIDI协议对VS1053发送MIDI指令就能输出对应音符信号和修改音效。逻辑主要是进行各种初始化后进入主循环，分别是编码器的检测与处理逻辑，OLED屏幕显示，3*5矩阵键盘的扫描，MIDI音乐演奏。

部分核心代码如下：

录制与回放原理： 我打算将数据存储在STM32自带的flash中，并设置四个通道用于存储和回放。因为整个项目使用了MIDI协议，自然而然的参考了标准MIDI文件格式，但是一个文件也要至少十几KB，并且文件中的很多MIDI功能在本项目中并没有使用到，所以我做了进一步的简化,得到很简单的规则如下：

定好规则后，就能按照这个规则设想开始编写代码，首先是基本的定义：

而后是最核心的五个函数：
1.定时器中断函数：:在录制功能中，只需要用到里面的record_tick++和time++。
在回放功能中，则根据你选择了哪个通道进行回放从而进入哪个if分支。

2.录制函数：
就是在弹奏函数上加上录制功能，在弹奏函数中，当你按下或松开按键时，单片机会发送MIDI的NoteOn或NoteOff指令，那么加入录制功能就是在每次发送一个MIDI指令后顺便将时间差数据和音符数据处理后，赋值给“Data"。

3.存储函数:

4.回放功能初始化函数:

5.回放函数:
就是将上面提到的“规则”用代码写出来

## 软件代码
代码与HAL库绑定较深，不用HAL库的话需要改很多东西。主要是IO口的输出和读取电平直接用的HAL库的代码。
开发环境是STM32CubeIDE和Clion。
开发语言是纯C语言
整个代码工程见附件.

## 可能用到的五金材料
M2.5×22+6单头六角铜柱3个；
M2.5×10+4单头六角铜柱2个；
M2.5×9六角双通铜柱四个；
M2.5×8沉头机丝8个。

## 注意事项
3D模型是在solidworks设计的.
项目本身不发声，需要额外接3.5mm接口的扬声器。
电路板和3D模型都是我学习教程后第一个制作的作品，有很多瑕疵，仅供参考！！！不建议直接使用，同时部分通孔安装铜柱和螺丝会与键帽相互阻挡。更不严丝合缝.
在使用录制和回放功能前，需要检查程序大小，最高不能超过36KB，
本次工程代码在STM32CUBEIDE环境下和编译器优化选项为-Og下对flash和RAM的占用分别为32.4KB和10.2KB左右.

键盘的键帽只推荐17.5MM的圆形键帽（17.5mm已经很紧凑了，再大一点就安装不上去了）。
PCB和3D外壳的通孔全部使用的是3mm直径。

## 实物图