MIDI-синтезатор на шаговых двигателях под управлением Arduino

Компоненты и материалы

Arduino UNO (или совместимая плата)	1 шт.
Драйверы шаговых двигателей A4988	4 шт.
Arduino CNC Shield V3 (опционально)	1 шт.
Блок питания 12 В 6 А	1 шт.
Шаговые двигатели NEMA 17 (OpenBuilds)	4 шт.

Инструменты и оборудование

• 3D-принтер (опционально, для печати креплений)

Описание проекта

Проект преобразует MIDI-данные в звук, генерируемый четырьмя шаговыми двигателями. Идея возникла после просмотра видео с музыкой на флоппи-дисках. Цель — создать простой, легко модифицируемый код для управления несколькими двигателями одновременно.

Извлечение MIDI-данных

Используется библиотека MIDI для парсинга входящих сообщений и передачи нот в функцию управления скоростью двигателей.

Управление шаговыми двигателями

Драйверы A4988 имеют входы STEP и DIR. DIR фиксируется (например, LOW), а STEP пульсирует для выполнения шагов. Звук не зависит от направления вращения.

Главная задача: одновременный запуск нескольких двигателей

Функция delay() блокирует выполнение, поэтому используется micros() для точного тайминга пульсов. Скорости хранятся в массивах, индексы которых соответствуют номеру двигателя и MIDI-каналу. Это позволяет масштабировать количество двигателей простым изменением размера массива.

Расчёт скоростей (частот)

Экспериментально установлено: подача меандра 440 Гц на вход STEP даёт ноту Ля первой октавы (A440). Период в микросекундах для каждой MIDI-ноты предварительно вычисляется и сохраняется в массиве pitchValues. Нулевое значение означает паузу. Массив позволяет скорректировать частоты вблизи резонанса двигателя (у автора это F3 — ноты E3, F3, F#3 сдвинуты на октаву). Для настройки используется скетч Tune Stepper.ino.

Создание USB-MIDI-устройства

Для распознавания Arduino как MIDI-устройства прошивается AVR-чип (ATmega16U2/8U2) прошивкой mocoLUFA (поддерживает dual-boot: перемычка на ICSP переключает между USB-MIDI и USB-Serial, позволяя перепрошивать скетч без перепрошивки AVR).

Код и ресурсы

Полный код, инструкции по настройке и установке доступны в репозитории GitHub:

https://github.com/jzkmath/Arduino-MIDI-Stepper-Motor-Instrument

Печатные детали и корпуса

• Крепления для шаговых двигателей
• Декоративные «пальцы» на валах (эстетика)

Схемы подключения