摘 要

电子乐器作为音乐界不可或缺的元素，随着蓝牙和USB通讯技术的不断发展，越来越多的高端电子琴产品开发了蓝牙和USB通讯功能。而一些儿童电子琴只有最基本的弹奏功能，不具备USB和蓝牙通讯的功能，无法满足现代信息化电子化教学的需求，且给产品的测试及程序升级造成了不便。

本设计主要提出一种在儿童电子琴中应用CSR蓝牙模块及USB_MIDI通讯协议的技术方案，对传统儿童电子琴进行改版。在吟飞科技自开发的芯片RWA802上加入了DA模块制成RWA802M01 test2016小主板，并结合蓝牙模块CSR8670，力度键盘和接口板，编写USB_MIDI数据传输与处理代码和力度键盘程序，制作出新款v61a test2016儿童电子琴，实现电子琴与移动设备、PC端可以通过蓝牙或USB进行双向通讯，移动端和PC端上的音乐可以通过电子琴发出，同时电子琴弹奏时的MIDI信息可以在移动端或PC端上的APP中显示。

关键词：MIDI，蓝牙，USB

Abstract

Electronic musical instrument as an indispensable element of music,with the development of Bluetooth and USB communication technology,more and more high-end product development Bluetooth keyboard and USB communication.Some flower children playing only the most basic function, do not have the USB and Bluetooth communication function, can not meet the needs of modern information technology e-learning,and to test and upgrade procedures caused inconvenience.

This design proposes a technical solution CSR Bluetooth module and USB2.0 communication protocol.Traditional flower children were revised in the Yin-Fei technology since the development of the chip RWA802 joined the DA module made RWA802M01 test2016 small board, combined with the Bluetooth module CSR8670, Touch and an interface board,write USB_MIDI data transmission and processing code and Touch program to produce a new v61a test2016 flower children realize the keyboard with a mobile device,the PC can be two-way communication via Bluetooth or USB,music mobile terminal and PC can be issued by the end of the keyboard,MIDI information when playing the keyboard while you can APP mobile terminal or PC terminal on the display.

Key Words:MIDI;Bluetooth;USB

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景、目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本设计研究内容及章节安排 3

第2章 项目方案相关技术 4

2.1 MIDI标准 4

2.2 蓝牙模块 4

2.2.1 蓝牙技术 4

2.2.2 A2DP蓝牙音频传输模型协定 5

2.2.3 BLE-MIDI数据传输协议 6

2.2.4 I2S音频通信协议 7

2.2.5 蓝牙模块的选择 8

2.3 USB数据传输与处理模块 9

2.3.1 USB-MIDI数据传输协议 9

2.4 Altium Designer软件 10

2.5 本章小结 11

第3章 RWA802M01 test2016小主板硬件设计 12

3.1 系统总体硬件原理图设计 12

3.2 RWA802芯片 12

3.3 模块电路的设计 13

3.3.1 蓝牙模块接口设计 13

3.3.2 DAC接口设计 14

3.3.3 RWA802M01 test2016总体原理图 15

3.4 PCB图的设计与实现 16

3.5 本章小结 18

第4章 USB_MDI数据处理与力度键盘程序设计 19

4.1 USB_MIDI数据传输与处理程序设计 19

4.1.1 USB_MIDI数据处理算法与流程图 19

4.1.2 USB_MIDI数据处理部分程序 20

4.2 力度键盘扫描程序设计 22

4.2.1 力度键盘算法与流程图 22

4.2.2 力度键盘扫描部分程序 23

4.3 本章小结 25

第5章 系统实物实现、调试与分析 26

5.1 儿童电子琴系统实物组装 26

5.2 系统调试与分析 26

5.3 本章小结 27

第6章 结论 28

参考文献 29

致谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景、目的及意义

近年来，电子乐器随着电子科技行业的不断发展，成为音乐界的新兴元素。 电子琴作为现代流行乐器，是电声乐队的中坚力量，引领着许多人步入音乐的殿堂，也为音乐的发展作出了重要的贡献。目前，大多数的电子琴采用如下技术方案：键盘按键信息发送给主板处理器，处理器处理信号后输出数字音频信号，通过其内部DA转换电路将数字音频信号转换成模拟信号，模拟信号通过放大电路进行功率放大，最终通过喇叭输出音频。一些功能简单的儿童电子琴，不具备独立的显示屏和功能按键，在生产过程中进行品质检测时只能通过搭建样品测架，人工判别产品是否存在问题。然而这无法满足如今高标准、数字化的生产和用户需求。如何有效利用PC端MIDIPROC测试软件的进行力度键盘的检测、实现PC端和移动设备数据通讯、更好实现人机交互就成为关注的问题。

蓝牙及USB通讯技术是新型的短距离传输技术，由于其应用广泛且发展迅速，被全球越来越多的企业和研究机构所应用和关注。随着物联网概念的提出与发展，智能家居生活将蓝牙及USB通讯技术列为不可缺少的重要实现手段之一。蓝牙（Bluetooth）技术于1994年作为一种无线通讯协议提出，经过20多年的发展，蓝牙技术联盟（SIG，即Bluetooth Special Interest Group）已推出4.2版本，因其成本低、效率高的优点而广受欢迎。利用蓝牙及USB作为实现电子琴和移动设备及PC端的数据通讯成为一种很自然的想法。

在电子琴中加入蓝牙模块，实现电子琴与移动设备的无线通讯，使移动设备上播放的音乐能通过蓝牙通信，自动在电子乐器上播放，还可以通过手机上下载的虚拟键盘软件在电子琴上弹出美妙的音乐，使人机交互更加便捷。利用USB通讯，将实现电子琴与PC的数据通信，在PC端显示当前键盘的键值、力度等信息，以方便进行电子琴力度键盘的调试。

1.2 国内外研究现状

MIDI协议于1983年制定，从概念上的协议化信号传输到真正意义上多变灵活的MIDI音乐制作，MIDI音乐技术在经历了30多年的发展后其突飞猛进。在最初的一阶段里，用户根据GM（General MIDI）音色表来制作MIDI音乐，但由于GM音色表中排列顺序相同，可供选择使用的音色有限，即使在音质上有所区别，制作出的MIDI音乐无法满足用户对音乐创造性与灵活多变性的要求。随着大容量采样音源的推出，不完全依赖GM音色表而创作出多音色的MIDI音乐成为可能，此后用户可在真正意义上进行MIDI音乐的创作。电子乐器作为MIDI音乐不可缺少的部分随着MIDI的不断发展，也发生着翻天覆地的变化。