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MIDI 데이터 처리 예
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MIDI 악기 Flow Chart
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1. MIDI 악기 Flow Chart
메인 루틴은 포트 설정, 인터럽트 허가
등, 초기 세트가 종료되면 무한 루프에 들어가 RTCC 인터럽트 대기의 상태로 된다. 인터럽트 처리 루틴에서는 시리얼 데이터 수신처리, MIDI 데이터 해석,
정현파 발생의 처리를 실행하고 있다.
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인터럽트 주기
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2. 인터럽트 주기
1초당 인터럽트 횟수는 시리얼 전송속도 38.4kbps의 3배로서 115,200회로 한다.
따라서 인터럽트 발생시키는 주기 T는
그러므로 434클럭마다 인터럽트를 발생하는데 프리스케일러를 RTCC에 할당하여 분주비를 1:2로 할 필요가 있다.
RTCC는 2클럭마다 카운트되기 때문에 RTCC가 434/2
= 217 카운트 될 때마다 인터럽트를 걸면 된다.
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Serial 데이터의 수신 순서
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3. Serial 데이터의 수신 순서
아래 그림과 같이 ①과 같이 인터럽트마다(인터럽트 주기 T) 스타트 비트를 체크하여 ②와 같이 스타트 비트를 검출한다면 4T후의 데이터를 래치하게 되고 이것이 데이터 비트 0으로 된다. 이후에는
3T 주기에서 데이터 비트 1~7을 래치한다.
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MIDI 메시지 데이터
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4. MIDI 메시지 데이터
Status Byte와 그에
이어 Data Bus로 이루어진다. Status Byte는 MSB가 항상 “1”,
데이터 ~ 바이트는“0”으로 되어 구별된다.
이번에 이용한 Status는 그림에 나타내는 노트
ON과 노트 OFF이다. 채널(ch) 번호는 각 악기에 할당된 번호로서, 0h~Fh(ch~16ch)까지 지정되지만 이 MIDI 악기는 0h(1ch)를 할당했다.
노트 ON과 노트 OFF는 피아노의 건반이‘
눌렸다’와‘ 떨어졌다’는 것을
나타내는 시그널로서, 노트 번호와 벨로시티의 두 가지 데이터가
이어진다. 노트 번지는 건반의 번호, 벨로시티(velocity:속도)는
건반을 튕기는 강도를 나타낸다. 그림 8에 MIDI데이터 해석
루틴의 플로차트를 나타낸다. 노트 번호는 0h~7Fh이지만이 MIDI
악기에서는 32h~5Dh까지 발음하도록 했다. 여기에서 벨로시티는 무시했다. 단, 벨로시티가
0h인 경우는 노트 OFF와 같은 의미이므로 체크하고 있다.
노트 ON을 수신하면 8개가 준비된 정현파 발생 유닛의 빈 유닛에 노트 번호를 세트하고 발음을 개시한다. 한편,
노트 OFF를 수신하면 정현파 발생의 유닛을
정지한다.
Controller는 스위치, 슬라이더, 손잡이 등 Note 소리를 켜고 끄는 것 외에 다른 몇몇의 기능을 수행한다.
MIDI 디바이스에는 128개의 Controller가 있다. 0~127까지의 수는 MIDI 디바이스의 특정 하드웨어 제어에 할당되어 있다. 예를
들면 Controller 1은 Modulation Wheel이다. 다른 Controller 번호는 임의로 MIDI 장치에 의해 결정되어 있다.
특히 드럼은 템포를 제어하는 슬라이더가 있다. 이는 미디 디바이스의 Controller 번호 중 하나에 할당되어 있다. 드럼에서
Controller 메시지를 받게 되면 템포를 조절하게 된다. MIDI 디바이스는 특정 Controller에 반응하기 위한 실제 물리적인 제어가
필요하지 않다. 단지 Controller 메시지를 활용하면 된다.
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정현파 발생 원리
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5. 정현파 발생 원리
여 기서 n은 정수이다. 이것은 sin(x)와
cos(x)의 값을 부여하면 sin(nx)의 값이 승산과 가산으로 얻어진다는 것을 나타내고 있다.
주파수 f의 정현파를 t초 간격으로 계산하는 경우는 sin(n×2πft)으로
되어 앞에서 든 식에서 nt초후의 값이 sin(2πft)과
cos(2πft)를 초기값으로서 부여함으로써 얻어지게 된다. 여기서 t는 인터럽트
주기 T의 10배로 했다. 실제의
연산에서는 ±1의 실수 데이터를 그림과 같은 16비트 부호의 고정 소수점 포맷으로 표시하여 승산 및 가산을 실행했다. 이러한 16비트 길이의 연산을 많이 이용할 때에는 캐리 플래그를 가산결과에 가하는 기능이 도움이
된다. 각 노트 번호에 대응하는 정현파의 주파수에 대한 cos(2πft)과 sin(2πft)의 값은
사전에 계산해 놓고 프로그램 메모리에 테이블로서 기록했다. 또한
계산정밀도가 낮기 때문인지 초기값으로서 sin(2πft)을 부여하면 계산결과가 안정되지 않기 때문에 실제로는 sin(2πft)×0.9 정도의 값을 사용하고 있다.
각 정현파 발생 유닛은 승산을 포함하기 때문에
1회의 인터럽트 시간내에서는 하나의 유닛만을 처리하도록 하고
있다. 각 정현파 발생 유닛의 출력은 가산하여 포트 C(상위 8비트)와 포트 B(하위 8비트)에 출력한다.
대부분의 음악 모듈은 피아노, 기타, 트럼펫, 플롯 등 다양한 악기 소리를 가지고 있다. 각각의 악기는 프로그램으로
포함되어 있다. 그래서 프로그램을 바꾸면 MIDI 디바이스에서 Note on되어 소리를 내고 있는 악기 소리도 바뀌게 된다. 물론 다른 MIDI
메시지로도 현재 악기소리를 바꿀 수 있다. 0~127까지 총 128개의 프로그램 번호가 있다. 만약 디바이스가 다양한 음색을 내는 것이라면 보통
16 채널에서 연주를 할 수 있을 것이다. 이 Program change 메시지를 받으면 각 채널에 해당하는 악기 소리만 바꿀 수 있다. 다른
예로 드럼의 경우 특정한 리틈 패턴(Drum beat)를 선택하기 위해 Program change을 사용한다.
C = Program (patch) change
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