Part of the custom optical digital MIDI piano project. Companion board: PIANO_G4_cbt6 (sensor boards).
Часть проекта самодельного цифрового MIDI-пианино на оптических датчиках. Парная плата: PIANO_G4_cbt6 (платы-датчики).
PIANO_H7 is the firmware for the master controller board of a self-built digital MIDI piano that detects key strokes optically. Instead of rubber-dome or simple contact switches, each key's hammer flies past optical sensors, and the hammer flight time is measured to derive a realistic note velocity — the same principle used in high-end digital pianos.
The instrument is split across two board types:
| Board | MCU | Role |
|---|---|---|
| PIANO_H7 (this repo) | STM32H723VGTx | Master controller: UI, USB-MIDI, manages the sensor bus |
| PIANO_G4_cbt6 | STM32G474 | Distributed sensor readers (comparators + timers) |
The boards were fabricated and assembled in late summer–autumn 2025 and are used to play on a real instrument.
- Graphical UI on an ST7796 TFT display with FT6336 capacitive touch, built with LVGL: calibration screens, comparator settings, live charts of the optical sensor signals, and velocity-curve configuration.
- USB-MIDI device via TinyUSB: the board enumerates as a class-compliant USB-MIDI device, so it plays into any DAW or host without drivers.
- Sensor bus master: communicates with up to 27 addressed G4 "chips" (addresses 1–13 for note-on sensors, 14–26 for note-off) over a multidrop UART (UART4), collecting hammer timings and pushing settings/calibration.
- Velocity model: converts hammer flight time (≈390–14000 µs) into a MIDI velocity using a physical model (key mass / travel distance) with separate ON/OFF curves.
- Calibration storage: comparator thresholds and calibration data are persisted in internal flash.
- Bootloader / field update: carries a custom bootloader. The H7 itself can be re-flashed over USB (USB DFU) using its own bootloader, and it can in turn flash the firmware of the G4 boards over the UART bus, including jumping between bootloader and main-application regions.
- MCU: STM32H723VGTx
- Display: ST7796 (TFT), touch: FT6336
- Sensor link: multidrop UART to the G4 boards
- PCB design, schematics and BOM are in
pcb/(EasyEDA Pro project, exported SCH/PCB PDFs and BOM).
3D render of the assembled boards, with the PCB layout and the controller-board schematic:
Piano_H7/ Application firmware (piano_h7.cpp/.hpp, UI, drivers)
├─ st7796.* TFT display driver
├─ ft6336.* Capacitive touch driver
├─ lvgl/, ui/ LVGL library and generated UI
└─ usb_descriptors USB-MIDI descriptors (TinyUSB)
Core/, Drivers/ STM32 HAL/LL, CMSIS, startup
H7_dfu_bootloader/ Custom bootloader for the H7
pcb/ Schematics, PCB and BOM
cmake/, CMakeLists.txt, CMakePresets.json
The project uses CMake + the ARM GNU toolchain (configured via STM32CubeMX / the included presets).
cmake --preset <preset> # see CMakePresets.json
cmake --build --preset <preset>Flash the resulting binary with your usual ST tool (ST-Link / DFU).
Released under the MIT License.
If you use or reference this work, please cite it via its DOI (see the badge
above) or the CITATION.cff file.
PIANO_H7 — это прошивка главной платы-контроллера самодельного цифрового MIDI-пианино с оптическим считыванием нажатий. Вместо резиновых куполов или простых контактов молоточек каждой клавиши пролетает мимо оптических датчиков, и по времени пролёта молоточка вычисляется реалистичная velocity ноты — тот же принцип, что в дорогих цифровых пиано.
Инструмент состоит из двух типов плат:
| Плата | МК | Роль |
|---|---|---|
| PIANO_H7 (этот репозиторий) | STM32H723VGTx | Главный контроллер: интерфейс, USB-MIDI, управление шиной датчиков |
| PIANO_G4_cbt6 | STM32G474 | Распределённые платы-датчики (компараторы + таймеры) |
Платы изготовлены и собраны в конце лета — осенью 2025 года и используются для игры на реальном инструменте.
- Графический интерфейс на TFT-дисплее ST7796 с ёмкостным тачскрином FT6336, построенный на LVGL: экраны калибровки, настройки компараторов, живые графики сигналов оптических датчиков, конфигурация кривых velocity.
- USB-MIDI устройство через TinyUSB: плата определяется как class-compliant USB-MIDI устройство и играет в любой DAW/хост без драйверов.
- Мастер шины датчиков: обмен с до 27 адресуемыми «чипами» G4 (адреса 1–13 — датчики note-on, 14–26 — note-off) по многоточечному UART (UART4): сбор таймингов молоточков, передача настроек и калибровки.
- Модель velocity: перевод времени пролёта молоточка (≈390–14000 мкс) в MIDI-velocity по физической модели (масса клавиши / расстояние) с раздельными кривыми ON/OFF.
- Хранение калибровки: пороги компараторов и данные калибровки сохраняются во внутренней flash-памяти.
- Бутлоадер / обновление «в поле»: собственный бутлоадер. Сам H7 может быть перепрошит по USB (USB DFU) через свой бутлоадер, а также умеет прошивать платы G4 по шине UART, включая переключение между областями бутлоадера и основного приложения.
- МК: STM32H723VGTx
- Дисплей: ST7796 (TFT), тач: FT6336
- Связь с датчиками: многоточечный UART к платам G4
- Файлы платы, схемы и BOM — в
pcb/(проект EasyEDA Pro, экспортированные PDF схемы/платы и BOM).
3D-вид собранных плат, трассировка платы и схема платы-контроллера:
Piano_H7/ Прошивка приложения (piano_h7.cpp/.hpp, UI, драйверы)
├─ st7796.* Драйвер TFT-дисплея
├─ ft6336.* Драйвер ёмкостного тача
├─ lvgl/, ui/ Библиотека LVGL и сгенерированный UI
└─ usb_descriptors Дескрипторы USB-MIDI (TinyUSB)
Core/, Drivers/ STM32 HAL/LL, CMSIS, startup
H7_dfu_bootloader/ Собственный бутлоадер для H7
pcb/ Схемы, плата и BOM
cmake/, CMakeLists.txt, CMakePresets.json
Проект использует CMake + ARM GNU toolchain (настройка через STM32CubeMX / включённые пресеты).
cmake --preset <preset> # см. CMakePresets.json
cmake --build --preset <preset>Прошивка — обычным инструментом ST (ST-Link / DFU).
Распространяется под лицензией MIT.
При использовании или ссылке на эту работу, пожалуйста, цитируйте по DOI
(см. бейдж выше) или через файл CITATION.cff.
(для плат изготовленных лето-осень 2025)