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作者：洛阳理工学院 蒋欣倩 葛芯宇 贾欢欢
指导教师：李传锋 高翔

　　作品简介　　

　　3.功能
　　(1)动态显示音符
　　“心有灵犀一点通”演示系统能够通过按键输入发出“哆来咪发索拉西”七个音调，并驱动16*16LED点阵屏动态显示相应的七种音符。
　　(2)无线传输弹奏的音符
　　一个单片机发出相应的音调并显示相应的音符，通过无线射频模块NRF24L01的通信功能把发射端产生的音频信号传递给接收端。
　　(3)远距离显示音符
　　单片机的接收端通过无线通信功能接收发射端的信号，远距离的播放对方弹奏的音乐。
　　(4)远距离播放音符
　　接收方同时还可以直观的接收到对方弹奏音乐对应的音符。
　　(5)实现双向通信
　　通信双方均可作为发射、接收端，从而实现两者的同步共鸣效果。

　　4.使用说明
　　(1)“心有灵犀一点通”演示系统最初驱动16*16LED点阵屏分别显示静态、动态汉字“欢迎使用哆来咪发索拉西”。
　　(2)按下7个音符功能键可以发出1.2.3.4.5.6.7音符，同时LED点阵屏显示相应的音符。
　　(3)通过无线接收发射端弹奏的音乐，并显示相应的音符。

　　平台选型说明

　　设计采用大赛指定stc12单片机开发板，以IAP15F2K61S2单片机为主控芯片进行控制。ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器，可当仿真器使用。其中IAP15F2K61S2单片机资源：
　　1、增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通8051快8-12倍;
　　2、61K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上;
　　3、片内大容量2048字节的SRAM;
　　4、大容量片内EEPROM，擦写次数10万次以上;
　　5、内部高可靠复位，8级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路;
　　6、内部高精度R/C时钟，内部时钟从5MHz—35MHz可选，相当于普通8051的60MHz—420MHz;
　　7、两组高速异步串行通信端口(可同时使用)，可在5组管脚之间进行切换，分时复用可当5组串口使用;
　　8、一组高速异步串行通信端口SPI;
　　9、各种接口扩展齐全;
　　此外，还具备多种功能模块，功能强大，IAP15F2K61S2单片机完全可以满足本设计的功能需求，方便使用。IAP15F2K61S2单片机开发板如图2所示　　

　　设计说明

　　1.设计原理
　　设计采用了以IAP15F2K61S2单片机为核心的控制芯片。“心有灵犀一点通”电路原理图如图3所示。
　　利用单片机内部的定时器T0可发出不同频率的脉冲，频率不同的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出不同的音调。其次，定时器按设置的定时参数产生中断，若此次中断发出脉冲低电平，下一下反转发出脉冲高电平，由于定时参数不同，松开后随之延时10个脉冲，但在延时的10个脉冲期间继续检测按键，若此时又有键被按下且按下的按键仍为原键则声音不变，否则发出被按下的另一个键的音调。单片机芯片可通过对按键扫描程序信号的读取以及对应的地址，取出LED点阵屏显示编码和T0初始值以产生不同的声音信号。
　　无线射频模块采用NRF24L01，将其配置为Enhanced ShockBurstTM收发模式，ShockBurstTM的配置字可分为数据宽度、地址宽度、地址、CRC四个部分。配置成功后可收发所弹奏的音频信号，通过按键弹奏动听的音调和节拍。　　

　　2.设计方案
　　电路总体设计分为主控芯片部分，16*16点阵驱动部分和无线射频通讯部分。以IAP15F2K61S2单片机最小系统作为核心控制电路，控制7个独立按键对音调的选择，以及控制LED点阵屏的显示，具体显示内容及方式由软件来完成。无线射频通讯部分由NRF24L01来实现。总体实物效果图如图4所示。　　

　　系统由主处理器模块、无线芯片NRF24L01模块、LED点阵显示模块、独立按键模块和扬声器播放模块组成。

　　2.1主控芯片的选择
　　STC15单片机开发板芯片采用宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2芯片。ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器，可当仿真器使用。IAP15F2K61S2芯片如图5所示。　　

　　2.2 无线芯片NRF24L01
　　在选择无线通信模块时，我们考虑了NRF24L01、cc1101。根据我们对信号传送距离的需要，以及考虑到无线信号传输时的丢包现象而造成的不稳定性。我们决定选用NRF24L01无线模块。由于2401模块需要的供电电压为3.3V，所以这里我们又选择通过LM1117将其稳压为3.3V。选择LM1117的优点是线性稳压芯片的价格便宜，输出电压纹波小。NRF24L01和LM1117的实物图如图6、7所示。　　

　　2.3 LED点阵显示
　　在LED点阵显示上，我们采用了16*16的点阵模块。由于16*16点阵模块有16个行和16个列，共有32个引脚，若全部用单片机的I/O口来连接，则需要32个单片机的I/O口，这样做显然不可行。因此需要另外设计一个驱动电路，应用串行数据转并行数据的方式来实现数据的转换，单片机只要输出8位加8位的串行数据，然后通过单片机外部的移位寄存器，将串行数据转换成并行数据，再去驱动16*16LED点阵的“行”和“列”。这样单片机的I/O口只要用到5个就够了。16*16点阵显示如图8所示。　　

　　2.4 按键和扬声器
　　按键上，我们采用了七个独立按键，分别对应了七个不同的音符。利用单片机内部的定时器T0可发出不同频率的脉冲，频率不同的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出不同的音调。使用示波器测试声音频率如图9所示。在按下按键的时候点阵分别显示它所按下的键位，同时扬声器发出不同音符的声音。按键和扬声器实物图如图10所示。　　

　　作品特色

　　1. 先进性
　　“心有灵犀一点通”演示系统通过无线射频模块实现两个电子琴之间的音频通讯。客观事物也可以实现心灵感应，接近人性化的设计是本设计的亮点。

　　2. 实用性
　　(1)应用广泛
         本“有灵犀一点通”作品不但可以用作传统音乐文化的教学，而且由于它具备现代音乐，特别是电子音乐、电脑音乐的基本结构、特征，因而使教师在进行现代音乐、电子音乐、电脑音乐的教学时，更加广泛方便。
　　(2)体积小、重量轻、成本低、功耗低
　　本设计的无线电子琴方便携带，且有后备电源，无需插电即可弹奏，音准高价格便宜，客户拥有这样一个物美价廉的掌上电子琴，完全可以随时随地尽情弹奏音乐。
　　(3)功能扩展性强
　　本设计可进行扩展回放功能记录所按音符，并能够重复回放弹奏的曲子。也可以增加CC1101、蓝牙、wifi等远程无线模块扩展功能，实现远距离信息传输。
　　还可以进行一定的功能扩展，可以实现单一控制多个的无线通信，可应用于娱乐教学、交通、网络通讯等多种领域。

　　3. 创新性
　　本作品通过无线射频模块实现两个电子琴之间的音频通讯，远距离传输弹奏音乐，并显示音符，从而使两者达到同步共鸣的效果。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2565