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使用Arduino UNO播放SD卡中的Midi文件

2074386 2023-01-31 | zip | 0.13 MB | 次下載 | 2積分

資料介紹

描述

這個(gè)項(xiàng)目展示了如何制作一個(gè)基于 Arduino 的 midi 播放器。Arduino 連接到包含 SD 卡讀卡器的 DS1307 數(shù)據(jù)記錄器擴(kuò)展板。Arduino 輸出保存到 Data Logger Shield 中 SD 卡的 midi 文件的 midi 流。此 MIDI 流可以連接到任何可以播放音樂(lè)的 MIDI 合成器或 MIDI 設(shè)備。

這是主要組件

阿杜諾烏諾
DS1307 數(shù)據(jù)記錄器擴(kuò)展板
PCB 安裝 MIDI 母頭 DIN5 插孔
MC74HC14A 六路施密特觸發(fā)器反相器
2 x 220 歐姆電阻
按鈕
中線線

DS1307 數(shù)據(jù)記錄器擴(kuò)展板

這個(gè) Arduino 擴(kuò)展板可從多個(gè)來(lái)源獲得；亞馬遜、eBay 和全球速賣(mài)通等等。

Adafruit 發(fā)布的盾牌版本 2 有一個(gè)很好的概述

https://learn.adafruit.com/adafruit-data-logger-shield/overview

該項(xiàng)目中使用的擴(kuò)展板是硬件版本 1，與 Adafruit 描述的不同。但是，所有代碼和示例都適用于版本 1。

DS1307 是一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，用于提供精確的時(shí)間值。它可以與備用電池一起使用，因此即使關(guān)閉周?chē)娐返?a target='_blank' class='arckwlink_none'>電源也不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間。

該項(xiàng)目中使用的數(shù)據(jù)記錄器擴(kuò)展板包括一個(gè) DS1307 和一個(gè) SD 讀卡器。屏蔽的主要用途是記錄來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)，并在讀數(shù)中添加精確的時(shí)間戳。此信息存儲(chǔ)在 SD 卡上，可以隨時(shí)檢索以進(jìn)行分析。

對(duì)于這個(gè)特定項(xiàng)目，我們不使用 DS1307 功能，只使用 SD 讀卡器（抱歉）。

這是盾牌的圖片。

DS1307 防護(hù)罩

盾牌的一些有趣的特點(diǎn)

盾牌帶有一個(gè)原型制作區(qū)，這個(gè)以后會(huì)有用
Arduino 接頭在屏蔽上可用，可以通過(guò)將電線焊接到與接頭相鄰的通孔來(lái)訪問(wèn)
屏蔽包括兩個(gè)內(nèi)置 LED 和電阻器。您的電路可以通過(guò)接線點(diǎn)連接到它們。
SD 卡讀卡器的芯片選擇 (CS) 連接到此擴(kuò)展板的 Arduino 引腳 10（不像其他擴(kuò)展板那樣是引腳 4）

Arduino 通過(guò) SPI 接口與 SD 卡通信。這是引腳分配。

在連接屏蔽層之前，通過(guò)以下步驟測(cè)試 SD 卡是否正常工作：

在計(jì)算機(jī)中格式化 SD 卡。它必須格式化為 FAT32（如果你懷舊的話，也可以格式化為 FAT16）
復(fù)制一些文件到卡上。由于讀者的限制，文件名不能超過(guò)8個(gè)字符，文件擴(kuò)展名限制為3個(gè)字符（記住MSDOS）
Arduino IDE 應(yīng)該預(yù)裝了 SD 庫(kù)。在文件→ SD 示例下檢查。如果不安裝庫(kù)。
將擴(kuò)展板連接到您的 Arduino 并插入 SD 卡。上傳程序 SDCardReadFiles 并運(yùn)行它。如果一切正常，串行監(jiān)視器應(yīng)該列出 SD 卡上的所有文件

/*  SDlistFiles

 This example shows how print out the files in a directory on a SD card

 The circuit:
 * SD card attached to SPI bus as follows:
 ** MOSI - pin 11
 ** MISO - pin 12
 ** CLK - pin 13
 ** CS - pin 10

 This example code is in the public domain.
 
 */
#include 
#include 

File root;

// Chip Select for SD Card - Pin 10 for shield
const int chipSelect = 10;

void setup() {
  // Open serial communications and wait for port to open:
  Serial.begin(9600);
  pinMode(chipSelect,OUTPUT);
  
  Serial.print("Initializing SD card...");

  if (!SD.begin(chipSelect)) {
    Serial.println("initialization failed!");
    return;
  }
  Serial.println("initialization done.");

}

void loop() {
  root = SD.open("/");

  printDirectory(root, 0);

  Serial.println("done!");

  delay(5000);
}

void printDirectory(File dir, int numTabs) {
  while (true) {

    File entry =  dir.openNextFile();
    if (! entry) {
      // no more files
      break;
    }
    for (uint8_t i = 0; i < numTabs; i++) {
      Serial.print('\t');
    }
    Serial.print(entry.name());
    if (entry.isDirectory()) {
      Serial.println("/");
      printDirectory(entry, numTabs + 1);
    } else {
      // files have sizes, directories do not
      Serial.print("\t\t");
      Serial.println(entry.size(), DEC);
    }
    entry.close();
  }
}

MC74HC14A 六路施密特觸發(fā)器反相器

施密特觸發(fā)器反相器用于確保 MIDI 信號(hào)包含正確電壓的干凈方波。施密特觸發(fā)器電路包括滯后功能，可確保數(shù)字信號(hào)從高電平到低電平以及從低電平到高電平的精確轉(zhuǎn)換。

鏈接到數(shù)據(jù)表

https://www.mouser.com/datasheet/2/308/MC74HC14A-D-601265.pdf

如果您對(duì)施密特觸發(fā)器逆變器背后的理論感興趣，互聯(lián)網(wǎng)上有許多描述其操作的文章。

電路

這是該項(xiàng)目中使用的電路示意圖：

原理圖

原理圖未顯示 MC74HC14 芯片所需的 5V 電源和接地連接。這些是有線的：5V 到引腳 14，接地到引腳 7。
兩個(gè) LED 和電阻器內(nèi)置在防護(hù)罩中。要使用它們，請(qǐng)將 Arduino 引腳 5 和 6 橋接到 L1 和 L2 通孔。
midi 流從 Arduino 的 TX 引腳發(fā)送。默認(rèn)情況下，它連接到 Arduino 板上的引腳 1。在程序中，Serial.write 命令會(huì)將 midi 命令發(fā)送到引腳 1，然后發(fā)送到 midi 輸出電路。

如圖所示的電路連接在屏蔽的原型區(qū)域。這需要一些精細(xì)的工作，但這是可能的。這是完成的盾牌的圖片。

作為替代方案，電路可以構(gòu)建在無(wú)焊料面包板上。參考www.midi.orgt上的一篇文章hat 描述了這種方法

https://www.midi.org/midi-articles/arduino-midi-output-basics

原圖來(lái)自www.midi.org

完成后，將擴(kuò)展板連接到 Arduino

完成 Arduino 和 Shield

圖書(shū)館

為了使代碼工作，需要安裝以下庫(kù)。

SdFat（用于訪問(wèn) SD 卡的庫(kù)）
MD_MIDIFile（用于播放 SD 卡中的 midi 文件的庫(kù)）

使用 Tools → Manage Libraries 進(jìn)行安裝。截圖如下：

Midi 庫(kù)的文檔位于這兩個(gè)鏈接

https://github.com/MajicDesigns/MD_MIDIFile

https://majicdesigns.github.io/MD_MIDIFile/

GitHub 存儲(chǔ)庫(kù)中包含的示例概述了該庫(kù)的工作原理。此外，還包括一些示例 MIDI 文件。

播放 Midi 文件

要播放 midi 文件，請(qǐng)按照以下步驟操作：

在格式化的 SD 卡上加載 midi 文件。文件名不能超過(guò)八個(gè)字符，后跟擴(kuò)展名“.mid”
在 Arduino IDE 中打開(kāi)草圖“MinimalMidiPlayer”
在 Arduino sketch 中，更改聲明行 [const char *loopfile = “LOOPDEMO.MID”] 以指定 SD 卡上的文件
確保 SD_SELECT = 10
將草圖上傳到 Arduino
斷開(kāi) Arduino 與電源的連接
將 SD 卡插入讀卡器。
通過(guò) MIDI 電纜將 MIDI 輸出插孔連接到合成器或 MIDI 播放器。
將 Arduino 連接到電源。不要使用 USB 連接器供電，它可能沒(méi)有足夠的能力為擴(kuò)展板和 Arduino 供電。而是使用連接到 Arduino 上的 DC 插孔的源
按下盾牌上的按鈕，歌曲就會(huì)播放。成功！

#include 
#include 
#define SERIAL_RATE 31250 // Midi standard serial rate is 31250 baud
#define ARRAY_SIZE(a) (sizeof(a)/sizeof((a)[0]))

const byte SD_SELECT = 10; // Chip select for Sd card is pin 10
const char *loopfile = "LOOPDEMO.MID"; // pointer to midi file on SD card
const int buttonPin = 7;    // the number of the pushbutton pin
const int ledPin = 6;      // the number of the LED pin
bool playFile = false; // boolean variable indicating if a file should be played


SDFAT  SD;
MD_MIDIFile SMF; // create an instance of a midi file

// Called by the MIDIFile library when a file event needs to be processed
// thru the midi communications interface.
// This callback is set up in the setup() function.
void midiCallback(midi_event *pev){
  if ((pev->data[0] >= 0x80) && (pev->data[0] <= 0xe0)){  
    Serial.write(pev->data[0] | pev->channel);
    Serial.write(&pev->data[1], pev->size-1);
  }
  else {
    Serial.write(pev->data, pev->size);
  }
}

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // use built in pullup resistor with push button
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  
  Serial.begin(SERIAL_RATE);

  // Initialize SD Card
  if (!SD.begin(SD_SELECT, SPI_FULL_SPEED)){  
    while (true) ;
  }

  // Initialize MIDIFile
  SMF.begin(&SD);
  SMF.setMidiHandler(midiCallback);
  SMF.looping(false);
}

void loop() {
  // Wait for pushbutton input
  int reading = digitalRead(buttonPin);
  // If push button is depressed, load midi file and switch on LED
  if (reading == LOW) {
    playFile = true;
    digitalWrite(ledPin, HIGH); // Switch on LED
    SMF.load(loopfile);
    }

  // play the file if playFile is true
  if(playFile == true){
  // Play until end of file is reached  
    while (!SMF.isEOF()){
    SMF.getNextEvent();
    }
  }
  // Once file is finished playing, close midi file and switch off LED
  playFile = false;
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  SMF.close();
}

多軌

作為對(duì)這個(gè)最小 midi 播放器的增強(qiáng)，可以從 SD 卡播放多首歌曲。以下是說(shuō)明：

在 SD 卡上加載多個(gè) midi 文件。這些文件必須都在根目錄中。子文件夾中的文件將無(wú)法播放。文件名不能超過(guò)八個(gè)字符，并且必須后跟擴(kuò)展名“.mid”
在 Arduino IDE 中打開(kāi)草圖“MultiTrackMidiPlayer”。調(diào)整延遲（大約第 82 行）以允許歌曲之間更長(zhǎng)或更短的停頓
確保 SD_SELECT = 10
將草圖上傳到 Arduino
斷開(kāi) Arduino 與電源的連接
將SD卡插入讀卡器
通過(guò) MIDI 電纜將 MIDI 輸出插孔連接到合成器或 MIDI 播放器
將 Arduino 連接到電源。不要使用 USB 連接器供電，它可能沒(méi)有足夠的能力為擴(kuò)展板和 Arduino 供電。而是使用連接到 Arduino 上的 DC 插孔的源
按下盾牌上的按鈕，歌曲將按順序播放，直到播放完所有歌曲。成功！