本文讲述了如何自制一台非常简单并且廉价的MIDI键盘，它通过电脑声卡的游戏口（DB15)与电脑相连接。键盘覆盖了四个八度音阶，不过考虑到成本和电路的制作难度，所以没有加入力度传感器，因此与真正的高档MIDI键盘相比没有力度感，不过以这样的成本而言，我们也不应该苛求了。你能够通过这个MIDI键盘把MIDI数据输入到你的电脑当中去，使用合成器软件最终得到非常动听的声音。这个MIDI键盘是利用旧的玩具电子琴改造成的，不过改造后，它的效果要远远超过了最初的效果，完全可以和一些高档的电子琴相媲美。

一、电路介绍

　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //图1 MIDI键盘电路原理图

元件：
U1:PIC16F84，这是MICROCHIP公司的单片机，这个芯片内部的程序区是FLASH，可以反复编程，用来做实验是非常合适的。关于该芯片的编程器是可以自制的，具体的请参照前几期的文章。

U2:74LS138,3-8译码器，用于动态扫描键盘

Q1,C2,C3:4M晶振和两个电容与PIC芯片的内部电路组成振荡电路。

R1,R2:上拉电阻

R3:限流电阻

D1等二极管：普通的硅二极管都可以，例如1N4148，用来防止当同一线上的两个或多个按键同时按下导致74LS138的输出端短路的情况。

四个八度音阶的键盘矩阵：总共有8x8＝64个开关，每个开关对应于电子琴键盘的一个按键。

DB-15连接头：用于连接声卡的游戏口。

　　这个MIDI键盘有一个优点就是不需要外置的电源，MIDI键盘的＋5V电源是从声卡获得的，我们知道声卡的第1脚是与电脑主机电源的＋5V输出直接联通的，因此从这个脚可以输出足够的电流，实际上MIDI键盘电路耗电量是非常小的。不过连接的时候需要非常的注意，因为如果你不小心造成短路之类的情况就有可能烧毁你的声卡。

　　在这个电路中，因为MIDI键盘是与电脑的声卡连接起来使用的，因此可以利用电脑的电源来供电，如果你打算直接利用这个键盘与其他的MIDI设备连接使用的话，你就需要为这个MIDI键盘做一个外置电源了。另外还需要做一个标准的MIDI接口电路，以便与其他MIDI设备相连。

　　本电路由一个三－八译码器74ls138和单片机的八个I/O口组成一个键盘矩阵。单片机通过扫描方式来确认按下的按键。然后按照MIDI的格式发送给计算机。键盘矩阵决定了可以连接的按键数。当然这仅仅完成了MIDI键盘的最基本功能，如果你有兴趣，也可以增加一些新的功能，比如音色选择等。

二、电路的制作

　　要做这样一个MIDI键盘，我们需要准备一些材料，一个电子琴是必不可少的，这东西应该很好找的，曾几何时，一股电子琴的热潮曾经席卷全国，从亲戚或朋友家中找台淘汰的电子琴并非难事。电子琴的按键有多有少，24键的、37键的、49键的，甚至一些极其廉价的玩具电子琴都无所谓，因为我们利用的仅仅是它的按键而已。键的多少只是可利用的音符多少的问题。另外电路部分是完全独立的，跟电子琴自身的线路没有任何关系，即使最廉价的电子琴改造后效果都是一样的。大概唯一的区别就是外观和按键的手感了。

　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //图2 37键电子琴

　　我找到的一个电子琴如图所示，它有37个按键。电子琴的内部电路分为两个部分，主电路部分和键盘电路部分。主电路部分我们不需要，因此只要把主电路与键盘部分的连线断开就行了。可以把主电路部分全部拆除，如果不希望这样的话，也要把主电路部分断开后的连线固定好省得造成短路等故障。 　　键盘部分已经有二极管了，因此电路图中的二极管，我们就不需要另外准备了。通常电子琴的键盘部分的连接方法与我们的这个电路的连接方法是不同的，因此还要对键盘电路板动一些手术。这部分线比较多，所以连接要特别仔细。对照电路图把键盘部分改造完，引出线部分接上了两个插座，这是为了方便与单片机电路部分的连接。

　　对于键盘矩阵部分，不必完全照搬电路图，其中ROW1到ROW8决定了可以接几组按键，不过如果键盘没有那么多，后面的就可以省略掉。

　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //图3 单片机电路部分

　　整个单片机部分可以做在一块很小的电路板上，因为电路很简单，所以我使用了一块实验板来完成这个电路。单片机和74ls138的接口各引了一个插座，用来接键盘部分。与电脑的接口部分使用了一个9针插座（当然你也可以换成其他的插座），在电子琴的后壳上挖了孔来固定9针插座。然后就是一根MIDI键盘和电脑的连接线了。一头是9针的，另一头是15针的，线用普通的三芯就可以了。

　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //图4 改造后的键盘电路板

　　好了，现在所有的电路都完成了。我们可以把它连接到一起了。不过在实验任何电路前，都最好养成检查的好习惯，首先要检查的是＋5V与地之间（就是15针插头的第1脚与第4脚）是否短路，将连线的9针一端插在MIDI键盘上，然后用万用表测量，确认不短路后才可以把另一头插到电脑声卡的游戏口。16F84也不要插，用万用表检查18脚插座的第5脚（地）和第14脚（VCC）之间的电压，应该是＋5V左右。如果没有电压或者偏差比较大，那就需要仔细检查了。如果电压正常，那么就可以插上16F84来测试了（记住，插16F84时要断开电源，也就是断开与电脑的连线）。

　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //图5 改造后的电子琴内部照片

　　16F84是需要先写入程序后才能工作的，程序可以到我们的网站上下载。在这个电路中，单片机程序完成的工作就是扫描键盘，并且把键盘输入的MIDI数据发送到电脑声卡游戏口的MIDI输入端。

　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //图6 改造完成后的照片

三、测试：

　　MIDI键盘改造完成后，要对它进行一些测试，这可以通过微软的MIDI MONITOR程序来完成。这个程序是一个MIDI监控程序，通过它可以监视MIDI键盘发送的计算机端的所有数据，通过这些数据，我们可以了解键盘的工作情况，也可以帮助我们快速的发现键盘电路存在的问题。

　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //图7 MIDI MONITOR程序

　　打开软件，单击SETUP菜单下的Send to midi mapper（发送到MIDI映射表），这样MIDI键盘来的音符就可以和相应的音色对应起来，我们按下键盘的某个按键就可以从音箱中听到相应音色的声音了。Filter是过滤器，在这一项中可选择过滤掉某个通道或者某个事件。由于我们这个MIDI键盘功能比较单一，所以这些选项是没有用的。STOP（START）停止（开始）：停止或者开始监测MIDI口。CLEAR是清除监测窗口中的数据。

　　软件设置完毕后，就可以弹奏这个MIDI键盘来看看数据是什么样的。当我们按下一个按键时，监测窗口会显示一行数据，如下图：

　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //图8 监测到的数据

　　它们的含义分别是：TIMESTAMP（时间表）STATUS（状态）DATA1（数据1）DATA2（数据2）CHN（通道）ERR（错误信息）EVENT（事件）。其中DATA1表示音符的音阶。DATA2表示音符的开关情况，即按下还是释放。按下时显示29表示NOTE ON，释放时显示00表示NOTE OFF。从这些数据我们就可以确定键盘矩阵的工作状态是否正常。

四、使用：

　　真正使用MIDI键盘来弹奏或者作曲的话，需要和特定的软件相配合。大家比较熟悉的就是CAKEWALK，CAKEWALK是一个音序器软件，用它可以组合各种音色，编辑各种MIDI信号，然后再按照你的意思演奏出来。MIDI键盘在这里充当一个输入设备，当我们在键盘上弹奏时，软件不但可以通过音箱播放，还可以记录下弹奏的每一个音符。我们还可以对音色进行调整，以得到各种各样的效果。

　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //图9 CAKEWALK程序

　　首先要进行设置。我们要告诉电脑，MIDI信号从哪个端口输入，从哪个端口输出。设置很简单，单击选项菜单下的MIDI设备会弹出设置窗口。如下图：

　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //图10 MIDI设置

　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //图11 音轨属性设置

　　然后要进行音轨属性设置：可在通道上点鼠标右键，选择音轨属性。在弹出的窗口中进行设置。例如：源可选择NONE；端口一项可选择声卡MIDI合成装置；通道可设定MIDI通道（一共只有16个通道可以设置）；音色库选择方法可选择标准；音色库可选择NONE；音色是用来选择这一音轨所用的乐器，在此项中你可以看到类似钢琴、吉他、长号、萨克斯等等的乐器，根据需要选吧。

　　 在最下面还有几个选项：“转调”是改变音阶的高低，输入＋12升高一个八度，—12降低一个八度；“声像”是指声音的定位，也就是说声音是在左声道还是右声道，0表示声音全部在左边，127声音则在右边，64表示在中间；“力度”一般设定为0；“音量”可在0-127的范围内调整。

　　所有的设置都完成后，就可以开始弹奏了。当美妙的声音从音箱中传出来时，你会发现，那个破旧的玩具电子琴又焕发出了青春。