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MID-Keyboard

Not a MIDI keyboard

Projeto "Teclado MID"

Protótipo do Teclado MID

Sumário

  1. Introdução
  2. Funcionalidades Implementadas
  3. Descrição Técnica
  4. Conclusão

Introdução

Nosso objetivo com o projeto foi expandir as funcionalidades do pianinho original, transformando-o em um teclado mais versátil e interativo. Para isso, tentamos implementar diversas features que vão desde o mapeamento de frequências em formato MIDI até a gravação e reprodução de sequências musicais.

Features

Mapeamento de Frequências em Formato MIDI

  • Cada nota tocada no teclado é representada por uma mensagem no estilo do protocolo MIDI:
    • Note On: Indica o início da reprodução de uma nota.
    • 4 bits para Frequência: Representa a nota específica (até 16 notas diferentes).
    • Note Off: Indica o fim da reprodução de uma nota.
  • Esse mapeamento permite uma representação compacta e padronizada das notas, facilitando futuras integrações com sistemas MIDI.

Sistema de Loop com Gravação e Reprodução

  • O oitavo botão do teclado ativa o modo de gravação:
    • Ao pressionar o botão pela primeira vez, o sistema começa a gravar as mensagens MIDI geradas pelas notas tocadas.
    • Ao pressionar novamente, o sistema para a gravação e inicia a reprodução automática da sequência gravada.
  • As mensagens são armazenadas em um bloco de memória (BRAM) com uma taxa de amostragem específica (e.g., 10 kHz). Isso significa que os eventos são registrados em intervalos regulares para garantir a precisão temporal durante a reprodução.
Snippet da lógica de conexão do módulo de Gravação/Loop

Envio de Mensagens via UART

  • As mensagens MIDI gravadas podem ser enviadas para um computador ou outro dispositivo externo via UART.
  • Essa funcionalidade permite salvar as sequências musicais criadas no teclado para uso posterior ou processamento adicional.
Snippet da conexão UART

Identificação das Notas no Display de 7 Segmentos

  • As notas tocadas são identificadas e exibidas em tempo real no display de 7 segmentos.
  • Isso fornece feedback visual imediato ao usuário, mostrando qual nota está sendo tocada.
Snippet da conexão do display

Combinações de Notas com Porta OR Customizada

  • Um módulo customizado de porta OR foi desenvolvido para permitir combinações de notas.
  • Quando dois ou mais botões são pressionados simultaneamente, o som resultante é uma combinação das frequências correspondentes, gerando um som único e personalizado.
Snippet do módulo OR criado

Botão como Switch

  • Um dos botões foi configurado para funcionar como um switch, alternando entre dois estados lógicos (0 ↔ 1) a cada pressionamento.
  • Essa funcionalidade foi implementada usando um T flip-flop combinado com detecção de borda positiva.
  • O estado do switch pode ser usado para controlar recursos como:
    • Alternar entre modos (gravação/reprodução).
    • Ativar/desativar funcionalidades específicas.
    • Controlar o estado de LEDs ou outros dispositivos.
Snippet do Botão como Switch

Descrição Técnica

Arquitetura Geral

  • Clock Principal: Operando a 27 MHz, o clock é dividido para gerar uma taxa de amostragem de 10 kHz.
  • Memória BRAM: Utilizamos 20 KB de memória para armazenar até ~7447 eventos MIDI (cada evento consome 22 bits: 16 bits de timestamp + 4 bits de nota + 2 bits de status).
  • Buffer Circular: A memória é organizada como um buffer circular, permitindo gravação e reprodução contínuas sem perda de dados.

Fluxo de Dados

  1. Gravação:
    • Os eventos MIDI (Note On, Note Off) são capturados e armazenados na memória BRAM.
    • Cada evento inclui um timestamp, a nota tocada e o status.
  2. Reprodução:
    • Os eventos gravados são lidos sequencialmente da memória e reproduzidos no buzzer.
  3. Envio via UART:
    • As mensagens gravadas podem ser transmitidas para dispositivos externos usando o protocolo UART.

Módulos Principais

  • Divisor de Clock: Reduz a frequência do clock principal para uma taxa de amostragem adequada.
  • Gravador de Notas: Gerencia a gravação e reprodução dos eventos MIDI.
  • Display de 7 Segmentos: Exibe as notas tocadas em tempo real.
  • Porta OR Customizada: Combina múltiplas frequências para criar sons únicos.
  • Botão como Switch: Implementado com um T flip-flop e detecção de borda positiva.

Conclusão

  • Expansão das funcionalidades: gravação e reprodução de sequências, envio MIDI via UART, exibição de notas no display de 7 segmentos e combinações de notas com módulo OR.
  • Ferramenta experimental: mais do que um teclado simples, tornou-se um meio para criação e experimentação musical digital.
  • Nome “MID”: referência ao protocolo MIDI e ao caráter intermediário do projeto, destacando sua proposta educativa.

Sobre a plataforma Chip Inventor

  • Visualização clara das conexões: facilitou a compreensão do circuito a ser sintetizado.
  • Colaboração e reutilização de blocos: acelerou o desenvolvimento e reduziu a curva de aprendizado.
  • Foco no diferencial do projeto: permitiu otimizar tempo e esforços nas inovações.

Melhorias propostas

  • Habilidade de selecionar mais de um bloco, duplicar, etc
  • Documentação mais clara sobre cada módulo implementado
  • Nomenclatura melhor padronizada
  • Erros na simulação
  • Possibilidade de colaboração em conjunto, não apenas visualização

Melhorias para o projeto

  • Implementação completa de um protocolo MIDI para permitir a integração completa ao computador.
  • Suporte a uma maoir quantidade de teclas e mais futuramente ainda, notas musicais.
  • Visualização (display de 7 segmentos) de todas as notas possíveis.