USB MIDIキーボード → VS1053再生
2025.11.24
ESP32-S3のUSBホスト機能を利用して、USB MIDIコントローラからの打鍵情報に基づき音を鳴らせてみます
前回11月20日の記事で紹介したNANO ESP32 統合環境を活用して、USB MIDIキーボードとVS1053 MIDIモジュールを使って音を鳴らしてみます。
NANO ESP32 統合環境
●KORG nanoKEY2
USB MIDIコントローラには、KORG nanoKEY2 を使いました
| コントローラー |
25鍵ベロシティ対応キーボード
PITCH UPボタン、PITCH DOWNボタン、OCTAVE UPボタン、OCTAVE DOWNボタン、MODボタン、SUSTAINボタン |
| オクターブ・レンジ |
-4 ～ +4 |
| ベロシティ・カーブ |
4種類 |
| 対応ソフトウェア |
MIDI入力に対応するホスト・アプリケーション |
| 接続端子 |
USB端子(mini B) |
| 電源 |
USBバス電源方式 |
| 消費電流 |
100mA以下 |
| 外形寸法 |
325(W) x 83(D) x 16(H) mm |
| 質量 |
244g |
●VS1053 Codec + MicroSD Breakout - MP3/WAV/MIDI/OGG Play + Record - v4
nanoKEY2の鍵盤を押した際のMIDIコードをVS1053に送信して音を確認します
VS1053 Codec + MicroSD Breakout
下記はArduino UNOとの配線例です。今回は、Arduino Nano ESP32互換ボードを使用しています。
VS1053のモジュール化
ブレッドボード仕様の基板にヘッダーピンをはんだ付けして、VS1053をジャンパーピンで接続しています。
裏面に配線しています。
KORG nanoKEY2のUSB端子はminiBです。
miniB-TypeA USBケーブルを繋いでいるので、さらにType-A → Type-C変換ケーブルを作りました。
VS1053のオーディオ出力をMP3ラジオのLINE-INに接続し、アンプ付きスピーカーとして利用します、
USB MIDIキーボードとVS1053をNANO ESP32に繋ぎ、
シリアル接続によりMIDIデータをNANO ESP32からVS1053に送信します。
| NANO ESP32 | - | VS1053 | - | SPEAKER |
| 3.3V | - | VCC | | |
| GND | - | GND | | |
| | | GND - GPIO-0 | | |
| Serial2 TX(8) | - | RX | | |
| Serial2 RX(9) | - | RST | | |
| | | 3.3V - GPIO-1 | | |
| | | AGND | - | speaker(G) |
| | | LOUT | - | speaker(L) |
| | | ROUT | - | speaker(R) |
VS1053から受信するデータはないので、RXはVS1053のリセット制御に利用しています
●開発環境
ソースコードのビルドには、開発環境に PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO
ボードの初期設定を行います
$ pio init -b arduino_nano_esp32
v
初期設定に追記します
$ vi platformio.ini
[env:arduino_nano_esp32]
platform = espressif32
board = arduino_nano_esp32
framework = arduino
board_build.partitions = default_16MB.csv
build_flags =
-DBOARD_HAS_PSRAM
-mfix-esp32-psram-cache-issue
-DCORE_DEBUG_LEVEL=4
board_build.arduino.memory_type = qio_opi
board_build.f_flash = 80000000L
board_build.flash_mode = dio
monitor_speed = 115200
upload_port = /dev/ttyACM0
Configuration for esp32s3 N16R8
●プログラミング
下記に示すUSE MIDIおよびVS1053ライブラリを組合せて、ご自身の動作環境に合わせて編集するとよいと思います。
ESP32-S3 USB MIDI
touchgadget/esp32-usb-host-demos
必要となるのは以下の3つのソースファイルです。
・usbhmidi.ino
・show_desc.hpp
・usbhhelp.hpp
usbhmidi.inoのESP_LOGI()を書き換え、Telnet経由でTeraTermに表示するように加工すると便利です。
Adafruit VS1053 Libraryo
adafruit/Adafruit_VS1053_Library
必要となるのは以下のソースコードです。
・examples/player_miditest/player_miditest.ino
コード変更のポイント
Arduino NANO ESP32 に実装されている ESP32-S3 の Serial1、Serial2 には、任意のGPIOを割り当てることができます。
RXはSerial0に逃がして、QWIICケーブルのRXは、VS1053_RESETとして利用します。
#define VS1053_RESET A0
・・・・・
void setup() {
・・・・・
VS1053_MIDI.begin(31250);
↓
Serial2.begin(31250, SERIAL_8N1, SERIAL0_RX, SERIAL2_TX);
pinMode(SERIAL2_RX, OUTPUT);
digitalWrite(SERIAL2_RX, LOW);
delay(10);
digitalWrite(SERIAL2_RX, HIGH);
delay(10);
usbhmidi.ino と組み合わせます。
static void midi_transfer_cb(usb_transfer_t *transfer)
{
if (Device_Handle == transfer->device_handle) {
int in_xfer = transfer->bEndpointAddress & USB_B_ENDPOINT_ADDRESS_EP_DIR_MASK;
if ((transfer->status == 0) && in_xfer) {
uint8_t *const p = transfer->data_buffer;
for (int i = 0; i < transfer->actual_num_bytes; i += 4) {
if ((p[i] + p[i+1] + p[i+2] + p[i+3]) == 0) break;
switch ( p[i+1] & 0xF0 ) {
case 0x90: midiNoteOn (p[i+1] & 0x0F, p[i+2], p[i+3]); break;
case 0x80: midiNoteOff(p[i+1] & 0x0F, p[i+2], p[i+3]); break;
default: break;
}
}
esp_err_t err = usb_host_transfer_submit(transfer);
}
}
}
p[i+1] & 0xF0：MIDIコマンドの下位4ビットが示すCHANNEL番号を無効にしています
p[i+1] & 0x0F：MIDIコマンドの下位4ビットが示すCHANNEL番号を抽出しています
$ pio run -t upload
$ pio device monitor -p /dev/ttyAMA0 -b 115200
ビルドして、デバイスモニターを起動します。
モバイル・バッテリーから5Vを供給しマイコンを起動します。
起動すると、不明なデバイスとしてKORG nanoKEY2 が認識されているようです。
nanoKEY2の鍵盤を押すと、MIDIコードを解析して、VS1053にMIDIコードを送信、スピーカーで音を確認しています。
また、TeraTermにノート番号が表示させるとともに、Teratermのログ機能で保存しています。
鍵盤の状態のほかに音の間隔（デルタ・タイム）も算出しています。
デルタ・タイムが極端に短い場合は、鍵盤を同時に押したものとみなし、デルタ・タイムをゼロに補正しています。
記録したメロディーのお気に入り箇所を抜き出し、先頭部分のMIDIコードを用いて再現できるので便利です。
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