Arduino Micro/Leonardo用 USB-MIDIアダプタキット – 完全パーツリストと実装ガイド

部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Micro (または Leonardo)	1	ATmega32U4搭載 (ネイティブUSB必須)
6N137 オプトカプラ (高速)	1	MIDI入力絶縁用
1N4148 高速スイッチングダイオード	1	MIDI出力保護用
コンデンサ 100nF (0.1µF)	1	電源バイパス
抵抗 220Ω	3	LED電流制限、MIDI OUT駆動等
抵抗 10kΩ	1	オプトカプラ プルアップ
抵抗 470Ω	1	MIDI OUT 系列抵抗
LED (汎用、電源表示用)	1
LEDホルダ	1	ケース取り付け用
DIN 5ピンコネクタ (MIDI用)	2	MIDI IN / OUT 用、取り付けネジ付き推奨
プラスチックケース	1	全部品が収まるサイズ
ユニバーサル基板	1
基板スペーサー (ナイロン等)	1式	ケース固定用

アプリとオンラインサービス

• Arduino IDE
• Control Surface ライブラリ – GitHub からインストール (MIDIプロトコル完全実装)

プロジェクト概要

Arduino Leonardo/Micro (ATmega32U4) のネイティブUSB機能を活用し、PCから見ると標準的な **USB-MIDIインターフェイス** として認識されるアダプタを自作します。市販品の代替として、また独自コントローラー拡張のベースとして最適です。

ハードウェア設計のポイント

• MIDI規格準拠の絶縁: 入力側に6N137オプトカプラでカレントループを完全絶縁。グランドループによるノイズ/機器破損を防止。
• MIDI OUT ピン2接地: 規格通り、OUT側コネクタのピン2のみシールド接地 (IN側は接地しない)。
• 6N137選定理由: 高速 (10Mbps)、広温度範囲、入手性良好。標準的なMIDIボーレート 31.25kbps に十分対応。
• 電源LED: 動作確認用に搭載 (D10制御)。

ソフトウェア: Control Surface ライブラリ採用

自前実装や他ライブラリでは扱いきれないMIDIプロトコルの複雑さ (SysEx、リアルタイムメッセージ、ランニングステータス等) を正しく処理。さらに以下の拡張が容易：

• ポテンショメータ/ペダル/ボタンをアナログ/デジタルピンに接続 → MIDI CC出力
• コールバック登録で MIDI↔USB 間のデータ加工・フィルタリング可能

実用例: Roland D-50 の「All Notes Off」問題を修正

D-50は最後の鍵を離すたびに All Notes Off (0xB0, 0x7B) を送出しますが、多くの現代VSTはこれを「全音即座にミュート」と解釈し、サステインが不自然に切れます。コールバックでこのメッセージを除去することで、D-50をマスターキーボードとして実用可能に。

既知の制約と回避策

大容量SysExの扱い: Control Surface 1.x ではSysExバッファが128バイト固定で、D-50エディタ/ライブラリアン等の大容量SysEx転送が失敗します。以下の修正で暫定対応可能 (2.xで修正予定)。

// 修正箇所 (Control Surfaceライブラリ内)
/* src/MIDI_Parsers/MIDI_MessageTypes.hpp */
uint8_t length;  →  size_t length;

/* src/Settings/Settings.hpp */
constexpr size_t SYSEX_BUFFER_SIZE = 128;  →  constexpr size_t SYSEX_BUFFER_SIZE = 320;

USBデバイス名の変更 (任意)

Arduino IDEインストールフォルダ内 hardware/arduino/avr/boards.txt (管理者権限必要) で：

leonardo.build.usb_product="Arduino Leonardo"
→ leonardo.build.usb_product="My USB-MIDI Adapter"

書き込み後は元に戻すことを推奨。

スケッチ

1. 基本版: MIDI⇔USB 双方向透過

/* USB MIDI Adapter - Basic Version */
#include <Control_Surface.h>

USBMIDI_Interface midiusb;
// USBDebugMIDI_Interface midiusb; // デバッグ用: 全MIDIをシリアル出力
HardwareSerialMIDI_Interface midiser = {Serial1, MIDI_BAUD};

MIDI_PipeFactory<5> pipes;
const int ledPin = 10;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  
  // MIDIパイプ接続: USB ⇄ Serial1 双方向
  midiusb >> pipes >> midiser;
  midiser >> pipes >> midiusb;
  
  // Control Surface経由のメッセージはUSBのみへ
  Control_Surface >> pipes >> midiusb;
  
  // 両インターフェイスをControl Surfaceにも接続
  midiser >> pipes >> Control_Surface;
  midiusb >> pipes >> Control_Surface;
  
  Control_Surface.begin();
}

void loop() {
  Control_Surface.loop();
}

2. 拡張版: 「All Notes Off」フィルタ + Note On(Vel=0)→Note Off 変換

/* USB MIDI Adapter - with All Notes Off Filter */
#include <Control_Surface.h>

USBMIDI_Interface midiusb;
HardwareSerialMIDI_Interface midiser = {Serial1, MIDI_BAUD};
MIDI_PipeFactory<4> pipes;
const int ledPin = 10;

// カスタムコールバック
struct MyMIDI_Callbacks : MIDI_Callbacks {
  void onChannelMessage(Parsing_MIDI_Interface &midi) override {
    ChannelMessage cm = midi.getChannelMessage();
    if (cm.header == 0xB0 && cm.data1 == 0x7B) {
      // All Notes Off (0x7B) を無視
      return;
    } else if (cm.header == 0x90 && cm.data2 == 0x00) {
      // Note On (Velocity=0) → Note Off に変換
      cm.header = 0x80;
    }
    midiusb.send(cm);
  }
  void onSysExMessage(Parsing_MIDI_Interface &midi) override {
    midiusb.send(midi.getSysExMessage()); // SysExはそのまま転送
  }
  void onRealTimeMessage(Parsing_MIDI_Interface &midi) override {
    midiusb.send(midi.getRealTimeMessage()); // リアルタイムメッセージもそのまま
  }
} callbacks;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  
  midiusb >> pipes >> midiser;
  Control_Surface >> pipes >> midiusb;
  midiser >> pipes >> Control_Surface;
  midiusb >> pipes >> Control_Surface;
  
  Control_Surface.begin();
  midiser.setCallbacks(callbacks); // コールバック登録
}

void loop() {
  Control_Surface.loop();
}

回路図

usb_midi_interface_twiE32gvR3.fzz (Fritzing形式、回路図タブのみ記入済み)

トラブルシューティング

• 外部MIDI機器と通信できない: DINコネクタのピン4/5 (MIDI IN/OUT信号線) が逆になっていないか確認。コネクタ図面の「どちら側から見た図か」に注意。
• USBデバイスとして認識されない: ボード選択が Micro/Leonardo になっているか、ブートローダーモードで書き込みできているか確認。
• ノイズが乗る: オプトカプラ周りのグランド分離、電源ラインのバイパスコンデンサ、ケースのシールド接続をチェック。

拡張アイデア

• フットスイッチ/エクスプレッションペダル入力追加 (アナログピン + Control Surface CCPotentiometer 等)
• MIDIマージ/スプリット/フィルタ機能をコールバックで実装
• 複数MIDIポート対応 (USB-MIDI + Serial1 + Serial2 等)
• OLEDディスプレイでメッセージモニタ表示

まとめ

数百円〜数千円の部品で、市販品並みの信頼性を持つUSB-MIDIインターフェイスが自作可能です。Control Surfaceライブラリのおかげでプロトコル実装の負担が劇的に減り、独自機能追加にも集中できます。MIDI機器をお持ちの方、自作コントローラーを作りたい方におすすめのプロジェクトです。