Набор USB-MIDI адаптера для Arduino Micro / Leonardo — полный список деталей

Компоненты и материалы

Arduino Micro	или Arduino Leonardo	×1
Оптопара 6n137	×1
Диод 1N4148 — быстрый коммутационный	×1
Конденсатор 100 нФ	×1
Резистор 220 Ом	×3
Резистор 10 кОм	×1
Резистор 470 Ом (в корпусном исполнении)	×1
Светодиод (любой)	×1
Держатель для светодиода	для монтажа LED в пластиковом корпусе	×1
DIN-разъем (аудио/видео), 5 контактов	+ болты и гайки для крепления	×2
Корпус (пластиковый)	чтобы поместились все компоненты	×1
Печатная плата (любая универсальная)	×1
Крепежи для платы	например, нержавеющие стойки	×1

Приложения и онлайн-сервисы

• Arduino IDE

О проекте

Искал в интернете, как собрать USB-MIDI адаптер на Arduino, но нашел только решения с плохой реализацией MIDI (программной или аппаратной). Решил сделать свой и выложить на hackster.io.

Сначала собрал прототип на Arduino Leonardo с макетной платой. Когда всё заработало, сделал паяльную версию на Arduino Micro — он компактнее. Оба построены на ATmega32u4, у которого нативный USB, позволяющий представляться как USB-MIDI интерфейс для ПК.

MIDI использует оптопару и резисторы для создания полностью изолированного токового контура. Схема стандартная, использовал 6n137 — быстрый и доступный. Как показывает схема, только у MIDI OUT разъема pin 2 соединен с землёй — это стандарт MIDI.

Фото готового устройства:

На программной стороне выбрал отличную библиотеку Control Surface. В отличие от других библиотек или ручных реализаций, Control Surface корректно обрабатывает все аспекты довольно сложного MIDI-протокола.

Control Surface позволяет легко добавлять экстра: потенциометры, педали, кнопки на аналоговых/цифровых входах для дополнительных MIDI-контроллеров. Подробнее на сайте Control Surface — очень просто!

Можно регистрировать коллбэки для обработки данных перед передачей MIDI→USB или USB→MIDI. Я использовал это для исправления сломанной MIDI-реализации своего синтезатора Roland D50. D50 шлёт команду «All Notes Off» каждый раз, когда отпускается последняя клавиша. Современные VST-инструменты трактуют это как мгновенное жесткое прекращение всех удерживаемых нот. Отфильтровав «All Notes Off», D50 снова стал пригоден как мастер-клавиатура.

Одна проблема с Control Surface — она плохо работает с большими SysEx-пакетами. Это вызывало ошибки при использовании редактора/библиотекаря D50, который шлёт большие SysEx. В заголовочном комментарии исходного кода есть инструкции, как это исправить. Автор библиотеки сказал, что в версии 2.x это будет исправлено.

Включены оба варианта исходного кода: базовый USB-MIDI интерфейс и версия с фильтром «All Notes Off».

Можно использовать другие библиотеки или написать свою — железо будет работать с любой MIDI-библиотекой с поддержкой USB MIDI и Serial MIDI.

Совет по устранению неисправностей: если адаптер не общается с внешними MIDI-устройствами, возможно, вы перепутали пины 4 и 5. Распиновки разъемов иногда запутаны — не всегда понятно, с какой стороны смотрят.

Надеюсь, схемы и код пригодятся. Ставьте лайк, если понравилось, и пишите вопросы в комментариях.

Код

Исходный код базового MIDI-USB интерфейса

/* USB MIDI адаптер.
 * ---
 * Для поддержки больших SysEx-пакетов измените библиотеку Control Surface:
 * В src\MIDI_Parsers\MIDI_MessageTypes.hpp:
 *   uint8_t length;  →  size_t length;
 * В src/Settings/Settings.hpp:
 *   constexpr size_t SYSEX_BUFFER_SIZE = 128;  →  constexpr size_t SYSEX_BUFFER_SIZE = 320;
 * Исправится в Control Surface 2.x.
 * ---
 * Для другого USB-имени устройства отредактируйте hardware/arduino/avr/boards.txt в Arduino IDE (админ права).
 * leonardo.build.usb_product="Arduino Leonardo" → leonardo.build.usb_product="..."
 * Верните обратно после прошивки.
 */
#include <Control_Surface.h>
USBMIDI_Interface midiusb;
// USBDebugMIDI_Interface midiusb; // для дампа MIDI в Serial Monitor
HardwareSerialMIDI_Interface midiser = {Serial1, MIDI_BAUD};
MIDI_PipeFactory<5> pipes;
// Пример добавления контроллеров:
// CCPotentiometer pot = { A0, MIDI_CC::Expression_Controller };
const int ledPin = 10; // пин индикатора питания

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(ledPin, OUTPUT); digitalWrite(ledPin, HIGH);
  midiusb >> pipes >> midiser;      // USB MIDI → Serial MIDI
  midiser >> pipes >> midiusb;      // Serial MIDI → USB MIDI
  Control_Surface >> pipes >> midiusb; // Control Surface → USB MIDI
  midiser >> pipes >> Control_Surface; // Serial MIDI → Control Surface
  midiusb >> pipes >> Control_Surface; // USB MIDI → Control Surface
  Control_Surface.begin(); // инициализация ПОСЛЕ подключения интерфейсов
}

void loop() {
  Control_Surface.loop();
}

Исходный код MIDI-USB адаптера с фильтром «All Notes Off»

/* USB MIDI адаптер с фильтром "All Notes Off".
 * (Те же изменения библиотеки Control Surface для больших SysEx)
 * ---
 * Для другого USB-имени — см. комментарий выше.
 */
#include <Control_Surface.h>
USBMIDI_Interface midiusb;
HardwareSerialMIDI_Interface midiser = {Serial1, MIDI_BAUD};
MIDI_PipeFactory<4> pipes;
const int ledPin = 10;

// Пользовательский коллбэк MIDI
struct MyMIDI_Callbacks : MIDI_Callbacks {
  void onChannelMessage(Parsing_MIDI_Interface &midi) override {
    ChannelMessage cm = midi.getChannelMessage();
    if (cm.header == 0xb0 && cm.data1 == 0x7b) {
      // игнорируем "All Notes Off"
      return;
    } else if (cm.header == 0x90 && cm.data2 == 0x00) {
      // "Note On" с velocity 0 → "Note Off"
      cm.header = 0x80;
    }
    midiusb.send(cm);
  }
  void onSysExMessage(Parsing_MIDI_Interface &midi) override {
    SysExMessage se = midi.getSysExMessage();
    midiusb.send(se); // SysEx без изменений
  }
  void onRealTimeMessage(Parsing_MIDI_Interface &midi) override {
    RealTimeMessage rt = midi.getRealTimeMessage();
    midiusb.send(rt); // Real-time без изменений
  }
} callbacks;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(ledPin, OUTPUT); digitalWrite(ledPin, HIGH);
  midiusb >> pipes >> midiser;
  Control_Surface >> pipes >> midiusb;
  midiser >> pipes >> Control_Surface;
  midiusb >> pipes >> Control_Surface;
  Control_Surface.begin();
  midiser.setCallbacks(callbacks);
}

void loop() {
  Control_Surface.loop();
}

Схемы

Только вкладка schematic заполнена.

usb_midi_interface_twiE32gvR3.fzz