Implementiere USB-MIDI-Controller für Arduino Pro Micro mit Hardware- und Software-Architektur, einschließlich Button- und LED-Steuerung, Multiplexer-Integration und MIDI-Kommunikation.

2025-07-19 15:46:14 +02:00
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+# USB-MIDI-Controller für Arduino Pro Micro
+
+Dieses Projekt implementiert einen vollständigen USB-MIDI-Controller basierend auf einem Arduino Pro Micro (ATmega32u4) mit umfangreicher Hardware-Ausstattung.
+
+## Hardware-Komponenten
+
+### Hauptkomponenten
+- **Arduino Pro Micro** (ATmega32u4) - Hauptcontroller mit USB-MIDI-Unterstützung
+- **2x MCP23017** I/O Expander (I2C) - Erweitert GPIO-Pins für Buttons und LEDs
+- **1x CD74HC4067** Multiplexer (16-Kanal, analog) - Für 12 analoge Regler
+- **8x Drehpotentiometer** (B10K) - Analoge Eingabe
+- **4x Schieberegler** (linear, 10K) - Analoge Eingabe
+- **20x Tact Switches** - Digitale Buttons
+- **20x LEDs** - Optisches Feedback
+
+### Verdrahtung
+
+#### CD74HC4067 Multiplexer
+- S0 → Digital Pin 2
+- S1 → Digital Pin 3
+- S2 → Digital Pin 4
+- S3 → Digital Pin 5
+- SIG → Analog Pin A0
+- VCC → 5V
+- GND → GND
+
+#### MCP23017 #1 (Adresse 0x20)
+- VCC → 5V
+- GND → GND
+- SCL → Pin 3 (Arduino Pro Micro)
+- SDA → Pin 2 (Arduino Pro Micro)
+- A0, A1, A2 → GND (Adresse 0x20)
+- Pins 0-15 → Buttons 0-15 (mit Pull-Up-Widerständen)
+- Pins 0-15 → LEDs 0-15 (mit Vorwiderständen)
+
+#### MCP23017 #2 (Adresse 0x21)
+- VCC → 5V
+- GND → GND
+- SCL → Pin 3 (Arduino Pro Micro)
+- SDA → Pin 2 (Arduino Pro Micro)
+- A0 → 5V, A1, A2 → GND (Adresse 0x21)
+- Pins 0-3 → Buttons 16-19 (mit Pull-Up-Widerständen)
+- Pins 4-7 → LEDs 16-19 (mit Vorwiderständen)
+
+## Software-Architektur
+
+### Modularer Aufbau
+
+#### 1. `config.h`
+- Zentrale Konfigurationsdatei
+- Hardware-Pin-Definitionen
+- MIDI-Mapping-Tabellen
+- Timing-Parameter
+
+#### 2. `multiplexer.h/.cpp`
+- Klasse für CD74HC4067-Multiplexer
+- Analog-Wert-Erfassung mit Änderungs-Erkennung
+- Schwellenwert-basierte Filterung
+
+#### 3. `button_handler.h/.cpp`
+- Button-Erfassung mit Debouncing
+- Verwendung beider MCP23017-Chips
+- Event-basierte Erkennung (Pressed/Released)
+
+#### 4. `led_controller.h/.cpp`
+- LED-Steuerung über beide MCP23017-Chips
+- Zustandsverwaltung und Hardware-Synchronisation
+
+#### 5. `midi_handler.h/.cpp`
+- USB-MIDI-Kommunikation (bidirektional)
+- Note-On/Off und Control-Change-Nachrichten
+- Callback-System für eingehende MIDI-Daten
+
+#### 6. `main.cpp`
+- Hauptprogramm mit Setup und Loop
+- Integration aller Module
+- Timing-Management für optimale Performance
+
+## MIDI-Implementierung
+
+### Ausgehende MIDI-Nachrichten
+
+#### Control Change (CC)
+- **Potis 1-8**: CC1 - CC8
+- **Schieberegler 1-4**: CC9 - CC12
+- **Wertebereich**: 0-127
+- **Kanal**: 1 (konfigurierbar)
+
+#### Note-On/Off
+- **Buttons 1-20**: Noten C2 (36) bis G3 (55)
+- **Velocity**: 127 (Note-On), 0 (Note-Off)
+- **Kanal**: 1 (konfigurierbar)
+
+### Eingehende MIDI-Nachrichten
+
+#### Note-On/Off für LED-Steuerung
+- Entsprechende LEDs werden basierend auf Note-Nummer ein-/ausgeschaltet
+- Synchronisation mit DAW-Software (z.B. Ableton Live)
+
+## Verwendung
+
+### Kompilierung und Upload
+```bash
+# PlatformIO verwenden
+pio run --target upload
+
+# Oder über PlatformIO IDE in VS Code
+```
+
+### Erste Schritte
+1. Hardware gemäß Verdrahtungsplan anschließen
+2. Code kompilieren und auf Arduino Pro Micro hochladen
+3. USB-Verbindung zum Computer herstellen
+4. In DAW/MIDI-Software als USB-MIDI-Gerät auswählen
+5. LED-Test beim Start beobachten
+6. Regler und Buttons testen
+
+### Debugging
+- Serielle Konsole (115200 Baud) für Debug-Ausgaben
+- LED-Test beim Start zeigt Hardware-Funktionalität
+- MIDI-Events werden in der Console geloggt
+
+## Konfiguration
+
+### MIDI-Mapping anpassen
+In `config.h` können folgende Arrays angepasst werden:
+```cpp
+// CC-Nummern für analoge Regler
+const uint8_t ANALOG_CC_MAP[NUM_ANALOG_CONTROLS] = {...};
+
+// Note-Nummern für Buttons
+const uint8_t BUTTON_NOTE_MAP[NUM_BUTTONS] = {...};
+```
+
+### Timing anpassen
+In `main.cpp`:
+```cpp
+const unsigned long ANALOG_READ_INTERVAL = 10;  // 100Hz
+const unsigned long BUTTON_READ_INTERVAL = 5;   // 200Hz
+const unsigned long MIDI_READ_INTERVAL = 1;     // 1000Hz
+```
+
+## Troubleshooting
+
+### MCP23017 nicht erkannt
+- I2C-Verkabelung prüfen (SDA, SCL)
+- Adressen-Jumper kontrollieren
+- Pull-Up-Widerstände an I2C-Bus (4.7kΩ)
+
+### LEDs funktionieren nicht
+- Vorwiderstände prüfen (220-470Ω empfohlen)
+- Verdrahtung der MCP23017-Ausgänge kontrollieren
+- Pin-Zuordnung in Code überprüfen
+
+### MIDI wird nicht erkannt
+- USB-Kabel prüfen (Datenübertragung muss unterstützt werden)
+- Arduino Pro Micro als USB-MIDI-Gerät in DAW auswählen
+- MIDI-Kanal-Konfiguration überprüfen
+
+### Analoge Werte schwanken
+- `ANALOG_THRESHOLD` in `config.h` erhöhen
+- Netzteil-Qualität prüfen (saubere 5V)
+- Verkabelung der analogen Regler kontrollieren
+
+## Erweiterungen
+
+### Zusätzliche Features
+- Encoder-Unterstützung
+- Display-Integration (OLED/LCD)
+- Preset-Speicherung (EEPROM)
+- Weitere MIDI-Modi (Program Change, etc.)
+
+### Hardware-Erweiterungen
+- Zusätzliche MCP23017 für mehr I/Os
+- Mehrere Multiplexer für mehr analoge Eingänge
+- RGB-LEDs für erweiterte Rückmeldung
+
+## Lizenz
+
+Dieses Projekt steht unter MIT-Lizenz und kann frei verwendet und modifiziert werden.