應用 Digilent Arty A7 設計 Wifi 電子鋼琴

想彈鋼琴,卻沒有鋼琴怎麼辦?鋼琴動輒上萬元怎麼辦?何不 DIY 一個電子鋼琴呢?一塊 FPGA 開發板+ 一個鍵盤+ 一個WIFI小板,即可完成電子鋼琴的 DIY 工作。插上電,連上網,躺在床上都能彈鋼琴。

本項目是一款以 Digilent Arty FPGA 開發板為基礎進行設計的 WiFi 電子鋼琴,利用普通電腦鍵盤的 104 個按鍵代替鋼琴的 88 個音符鍵,不同的按鍵對應不同的音符,實現 88 個音符的無線演奏。FPGA 驅動鍵盤與 WiFi 模組,建立服務器並控制音響播放音符文件。

FPGA 透過 WiFi 模組與遠端服務器和音響建立連接,用戶可以感受“無線鋼琴”的體驗。 本項目的特色在於,利用普通電腦鍵盤代替鋼琴鍵盤,通過 WiFi 模組傳輸鋼琴鍵值,服務器端根據接收到的鍵值播放對應的音符文件,實現"數位鋼琴"的概念。這樣的設計與實際生活中的鋼琴相比,一般由於大氣壓力、溫度、濕度以及彈奏等多方面因素影響,一台鋼琴正常使用一段時間後,會使音調產生偏離,即通常所說的音不准了,這時候就需要對其進行調音。而本項目的“ WiFi 電子鋼琴” 採用標準的 88 音符 wav 文件,也就不存在音調偏離和調音的情況了。

如圖所示,首先將鍵盤透過 USB 介面連接 Digilent Basys 3 FPGA 開發板(因為 Arty 沒有 USB Host 的介面,所以使用了 Basys 3),Basys3驅動鍵盤、讀取按鍵值,並利用串列通訊界面將按鍵值​​傳遞給 Arty 開發板。Arty 開發板讀取按鍵值之後,再透過 WiFi 模組傳輸到遠端服務器。服務器使用的是家用電腦,利用 Qt 編寫了 TCP 通訊的程序,使之與 Arty 端的 WiFi 模組建立連接。主機方面,製作了 88 個音符 wav 文件,利用 QSound 類根據按鍵值播放對應的音符 wav 文件。按鍵盤後電腦就會撥放相對應的音符。

本項目完成了“無線傳輸”和“鋼琴彈奏”的功能,由於 WiFi 僅傳輸按鍵值,音符文件儲存在服務器本地,所以基本不會存在“彈奏延時”的情況。另外,利用 Qt 編寫服務器端的主機程序,實現接收鍵值和播放音符的工作。
(本文為 2017 DDC中國選拔賽參賽作品)

 

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文章連結 │ 基于FPGA的WiFi电子钢琴

 

 

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