아두이노 기반 MIDI 스테퍼 모터 신시사이저

부품 및 소모품

부품	수량	비고
Arduino UNO (또는 호환 보드)	1	I/O 확장을 위해 Mega 등 사용 가능
A4988 스테퍼 드라이버	4
Arduino CNC Shield V3	1	선택 사항, 없으면 브레드보드에 직접 배선
12V 6A 파워 서플라이	1	스테퍼 모터 구동용
NEMA 17 스테퍼 모터 (OpenBuilds)	4

필요 도구 및 장비

• 3D 프린터 (선택 사항, 모터 마운트 및 핑거 출력용)

프로젝트 소개

플로피 드라이브 음악 영상을 보고 스테퍼 모터로 소리를 내는 악기를 직접 만들기로 했습니다. 기존 프로젝트들은 코드 미공개 또는 버그가 많아, C++ 학습 경험을 살려 간단하고 수정하기 쉬운 코드를 목표로 개발했습니다.

전체 프로세스

핵심은 MIDI 데이터를 추출해 각 음에 해당하는 스테퍼 모터 스텝 속도(주파수)로 변환하는 것입니다.

MIDI 데이터 추출

MIDI 라이브러리를 이용해 들어오는 MIDI 메시지(Note On/Off, 채널 등)를 파싱하고, 음높이(노트 번호)와 채널 정보를 스테퍼 제어 함수로 전달합니다.

스테퍼 제어

A4988 드라이버의 STEP, DIR 핀으로 제어합니다. DIR은 소리에는 영향 없으므로 LOW 고정(또는 GND 연결). STEP 핀에 펄스를 주면 모터가 한 스텝 회전하며 소리가 납니다. digitalWrite로 펄스 생성.

동시 다중 모터 구동의 과제

여러 모터를 동시에 돌리려면 delay()를 쓸 수 없습니다. 대신 micros()로 마이크로초 단위 타이밍을 계산해 각 모터별 다음 펄스 시점을 관리합니다. 속도 변수를 배열로 만들어 인덱스 = 모터 번호 = MIDI 채널로 매핑, 모터 수를 배열 크기만 바꾸면 쉽게 확장 가능.

초기엔 millis()를 썼으나 해상도 부족으로 음정 구현 불가 → micros()로 해결.

속도(주기) 계산

테스트 결과 440Hz 사각파를 STEP 핀에 주면 A4(440Hz) 음이 나옴. 즉, 스텝 펄스 주기(µs) = 1,000,000 / 주파수. MIDI 노트 번호(0~127)별 주기를 미리 계산한 pitchValues 배열에 저장. 속도 0 = 정지.

• 배열 방식 덕분에 각 음역의 공진 주파수에서 나는 잡음(스톨어링) 회피 가능. 예: F3 근처 공진 → E3, F3, F#3 값을 옥타브 위/아래로 조정.
• 튜닝용 스케치 Tune Stepper.ino 제공.

USB MIDI 장치로 만들기

아두이노의 ATmega16U2(또는 8U2) 펌웨어를 mocuLUFA로 교체하면 USB MIDI 장치로 인식됨. 듀얼 부트 지원으로 ICSP 헤더에 점퍼만 꽂으면 USB 시리얼(업로드용) ↔ USB MIDI 전환 가능. HIDUINO도 대안.

코드

전체 소스코드, 설정 가이드, 튜닝 스케치는 GitHub 저장소에 있습니다.

https://github.com/jzkmath/Arduino-MIDI-Stepper-Motor-Instrument

커스텀 파트 및 인클로저

• 스테퍼 모터 고정용 마운트
• 모터 축에 끼우는 '핑거' (미관용)

회로도

• CNC Shield V3 점퍼 위치도
• 브레드보드 배선도 (Fritzing)
• 상세 회로도 (부품 값 포함)
• MIDI DIN 잭 사용 시 배선도