MIDI信号的解码及实时音符显示

    关键词：MIDI 串行接口 LED显示

MIDI是音乐设备数字接口的简答，是各种电子音乐设备之间数据传输的标准接口，广泛应用于各种电子乐器上，目前较高档的电子琴子均带有MIDI接口。笔者在开发用于音乐教学的产品“音乐电教板”的过程中，遇到了有关MIDI信号解码的问题，产品要求能够接受电子琴传送来的MIDI信号，并将相应的音符显示出来。经过对MIDI协议的研究，用AT89C51单片机和128段LED显示控制芯片BC7281构成的系统完成了设计要求。

1 MIDI信号简介及与单片机的接口

MIDI信号的传输采用异步串行方式，(凹丫丫范文网fanwen.oyaya.net收集整理)其速率为31.5kbps，数据格式为8个数据位、1个起始位和1个停止位。因此，完全可以采用MCS51单片机内部的硬件UART串口完成MIDI信号的接收和发送（本设计中只用到其接收部分），在硬件方面只需采取适当的电路进行电平转换即可。

MIDI接口采用标准的5芯DIN连接器，如图1。传送电缆使用屏蔽层的双绞线电缆，因为信号的传输利用的是电流信号而不是电压信号，所以其抗干扰能力比较强，尽管其速率高达31.5kbps，传输距离仍可以达到15m，比常见的RS-232接口的传送距离要远。一般的MIDI接收电路如图2，本文采用与之相同的电路。

其中RX接单片机的串口RX端，电路中的光耦既起到隔离的作用，又有电平转换的作用，因为速率较高，必须选用开关速度较高的型号，这里使用的是6N136。D1是保护二极管。

MIDI中国共产党有16个通道（channel），一般称之为通道1至通道16，每个通道相当于乐曲中的个声部，使用者可以为每个通道指定一种音色。音色可以是MIDI规范中规定的128种音色中的任何一种，每一个通道只能有一种音色。也就是说，在一个标准的MIDI系统中，最多相当于可以有16种乐器同时演奏。

按照MIDI协议的规定，传送的数据可以分为两类：状态字节和数据字节。所谓状态字节实际就是命令字，表明其后所跟数据的种类，状态字节总是大于等于80H，而数据字节总是小于80H，因此，可以很容易地区分状态字节和数据字节。在状态字节中，用数据的低4位表示通道号，高4位表示不同的命令。比如，设定音色为ChH指令，其中n是通道号。

在各种MIDI的指令中，与本机有关的只有两种：8nH和9nH（n为通道号），两种指令的基本格式一样，一般由3个字节组成，格式是：

8n(9n) aa bb

其中，aa是音符数据，表明所演奏的音符，其范围为0～7fH，这样共有128个音符，足以覆盖整个音域；bb是速度数据，表明击键的速度，又称力度数据，其范围也是0～7fH。

    第一个字节是状态字节（指令），其具体含义说明如下：

8nH——“音符关”指令，在多数MIDM设备中，该指令中的速度数据bb被忽略。

9nH——“音符开”指令，如果速度数据等于0，则等同于8nH指令。在本机中，因为只需要显示音符的开关，而不必考虑其声音的大小，故速度数据被忽略（速度数据不等于0时）。

MIDI中有一个特殊的通道即通道10，通道10是节奏乐器的专用通道，与其它通道不同，其它通道中不同的音符表示不同的音高，而在通道1中，不同音符表示不同的节奏乐器，因为节奏乐器是没有音高的，一般如各种鼓等，在本机中，所要显示的是各种旋律的音符，因此，通道10的数据要过滤掉。

2 显示电路

音符的显示，通过一个钢琴键盘的面板，在键盘的每个键上，都有一个LED指示灯，用LED的亮和灭代表音符的开和关。一个完整的钢琴键盘，83个键，再加上系统中用于指示工作状态的指示灯等，本机需要显示LED达10