使用Arduino的MIDI音序器定时精度

我制作这些音序器。

只是它不完全是一个音序器，它是音序器的物理接口。音序器是一种在音序器连接到的便携式计算机上运行的应用程序，它使用户可以快速制作鼓循环。这很有趣，但是它需要一台笔记本电脑，因为音序器不是“板载”的。

我想要在设备上进行测序。

现在让我们假设我知道如何解决USB MIDI连接的类合规性，并且还假设我可以弄清楚如何连接arduino以从5针DIN端口发送MIDI音符。我最担心的是由于事件循环每次运行的分钟量计时不一致，导致速度随时间变化。

我知道一些事情：

1. 您不应该依赖于delay()控制速度循环。延迟会停止固件的所有操作，并且无法运行，因为我需要在序列运行时轮询物理用户界面以查找更改。

2. 基于的计算millis()会更好，因为固件可以在经过一定次数后继续运行并起作用。

3. 即使我的物理控件都没有触发中断例程，但是某些操作可能会延迟主程序loop()的运行。如果我设计了一个等待用户输入的函数，那么很明显，如果millis()计数超出范围，可能会导致缺少“最后期限”来执行的问题。我知道这个问题是我自己设计的。

问题：

A.基于AVR的arduino是否适合用于轮询用户界面并运行关键任务定时循环的微控制器？我知道现在有一个基于ARM的Arduino，速度要快得多。Teensy 3.0会是更好的选择吗？这两个都是3.3V电路板，所以这是另一个需要解决的问题...但是我暂时将其忽略。

B.我应该把任务分成两个微处理器吗？一种用于轮询和更新用户界面，另一种用于关键任务时序循环。

C。还有吗

我的主要目标是根本不必使用计算机。我也想计算挥杆，但在这种情况下，如果我没有锁定且计时准确的速度，挥杆就没有任何意义。谢谢你的建议！

中断是定时敏感任务的朋友，但前提是您必须将定时关键方面放到中断中，并且不会发生其他优先级更高的中断。“基于AVR的” Arduino上的微控制器（例如ATmega328P）具有固定的中断优先级，详见数据表第58ff页。因此，如果您将TIMER2 COMPA用作关键时序中断，并且没有其他中断，则应该没问题（因为它具有最高优先级）。如果您还想使用优先级较低的中断，则需要确保在进入中断服务程序时，它们全部重新启用全局中断：

发生中断时，清除全局中断允许I位，并禁用所有中断。用户软件可以将逻辑1写入I位以启用嵌套中断。然后，所有允许的中断都可以中断当前的中断程序。

（数据表第14页）

这与基于ARM的Arduino稍有不同，因为其Cortex-M3内核具有“嵌套矢量中断控制器”，其优先级不固定（可以在软件中设置），并且嵌套中断处理已成为常态。因此，对于定时关键的应用程序，基于ARM的Arduino将为您提供更大的灵活性。但是，我认为这对于您的应用程序不是真正必要的。

更大的问题是，使用Arduino库可以轻松实现这些功能。为了获得最佳性能，您可能必须在库外部进行某种程度的编码，至少对于时序关键位而言，即完全避免诸如delay（）或millis（）之类的事情。

是否需要拆分取决于您打算进行多少处理。同样，走出库可能会给您带来更好的性能。

通过适当的编程，这绝对可以在ATmega328P上完成（在某种程度上取决于鼓循环的复杂性。我假设循环中的循环事件少于50个。这合理吗？）。

请注意，我说的是ATmega328P，不一定是Arduino。

Arduino环境在后台运行着许多默认的东西，这给确定性编程（因为您需要一些对时间要求严格的东西）提出了挑战。

您需要在这里提出的真正问题是，您对编程有多大兴趣，而对开发仪器有多大兴趣？

尽管我非常有信心，可以在单个ATmega上完成您想做的所有事情（鼓循环，多个模拟输入，LCD，按钮，MIDI接口），但真正的问题是，将所有东西都挤进去需要多少工作？同样，您是否想学习优化嵌入式MCU代码或构建仪器？这是很容易的，只需去一个更快的MCU如果需要的话，但是你需要确定MCU的性能，你需要现在，让工作半年的，你不知道你不能很得到的一切工作一样快，你需要。

如果我是你，我要做的第一件事就是在没有arduino东西的情况下使其正常工作（基本上，将其视为原始ATmega，并使用AVR Studio或类似工具）。然后，您可以更有效地分析所需的性能以及ATmega是否可以对其进行管理。

一旦您摆脱了arduino的麻烦，您就可以更加自由地使用不同的MCU（它们通常更相似，然后又有所不同。如果您可以从其文档中找到一个，则可能对其他人也可以这样做）。

我最近在很多地方都在使用ATxmega设备，它们真的很棒。您将获得三个中断优先级，这使得管理时间紧迫的工作变得更加容易。它们也非常好用（健全的外围设计！便捷的端口结构！等等）。

也有来自恩智浦的基于ARM的LPC设备，以及Atmel的一些ARM设备（用于Arduino Due），或来自ST的STM32 MCU。所有这些都将有显著更多的表现那么的ATmega，甚至是ATxmega。

更大，功能更强大的处理器的主要缺点是价格，但是除非您要制造成千上万个这样的单元，否则每个单元的组装和制造成本将大大超过成本差异（可能只有几美元） ），这基本上是无关紧要的。

在开始考虑计时精度之前，我需要阅读计时器（也可以使用arduino构建midi步进音序器，尽管可以保证它看起来不那么酷^^）。该系列文章提供的信息最丰富：

http://maxembedded.com/category/microcontrollers-2/atmel-avr/avr-timers-atmel-avr/

现在，我认为我的解决方案将获得精确的时间。

A.使用AVR arduino

B.将任务保留在一个微处理器上

C.明智地使用预分频器，计时器和中断来获得所需的精度。

更新

使用Arduino的基本midi教程，并在阅读了有关定时器和预分频器的文章之后，下面的代码就是我想到的。该代码使用timer1和CTC模式在每四分之一秒播放一次中音，然后每四分之一秒播放一次音符（应为120 bpm）。可悲的是，尽管这是我得到的最接近的速度，但它仍然比120bpm慢一些。

// Includes
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

int last_action=0;

void setup()
{
    //  Set MIDI baud rate:
    Serial.begin(31250);

    // initialize Timer1
    cli();          // disable global interrupts
    TCCR1A = 0;     // set entire TCCR1A register to 0
    TCCR1B = 0;     // same for TCCR1B

    // set compare match register to desired timer count:
    OCR1A = 15624;
    // turn on CTC mode:
    TCCR1B |= (1 << WGM12);
    // Set CS12 bits for 256 prescaler:
    TCCR1B |= (1 << CS12);
    // enable timer compare interrupt:
    TIMSK1 |= (1 << OCIE1A);
    // enable global interrupts:
    sei();
}

void loop()
{
    // do some crazy stuff while my midi notes are playing
}

ISR(TIMER1_COMPA_vect)
{
  // Turn notes on
  if (last_action == 0) {
    send_note(0x90, 60, 0x45);
    last_action = 1;

  // Turn notes off
  } else {
    send_note(0x90, 60, 0x00);
    last_action = 0;
  }
}

//  plays a MIDI note
void send_note(int cmd, int pitch, int velocity) {
  Serial.write(cmd);
  Serial.write(pitch);
  Serial.write(velocity);
}

更新

我已经为此苦苦挣扎了〜24小时，终于从论坛上得到了一些答案。我认为我在^^上方使用的代码非常好。使用ISR，使用CTC模式和预分频器等。进入论坛后，我认为解决方案不仅仅在于在Midi音序器上获得精度，而是使整个硬件设置（我的合成器和采样器）都连在一起midi时钟，无论时钟是否来自Arduino。

根据您希望从系留计算机过渡到基于µC的系统的逐步进度，您可以考虑将Raspberry Pi放入该包装盒中（零售价25-35美元）。这样一来，您就可以拥有一台完整的（尽管功耗低）基于Linux的计算机，该计算机具有USB端口和GPIO引脚。