一種基於usb接口的教學、娛樂、網絡電子音樂系統的製作方法

2023-05-08 05:19:16 4

專利名稱：一種基於usb接口的教學、娛樂、網絡電子音樂系統的製作方法
技術領域：
一種基於USB接口的教學、娛樂、網絡電子音樂系統技術領塽本實用新型涉及電子音樂領域(主要是MIDI方面)和通信領域(USB通信與TCP/IP通信)，具體講是一 種基於USB通信的具有網絡互動和教學、娛樂功能的電子音樂系統。背錄技術目前世界丄巳經有許多公司和個人做出了與電子音樂相關的軟體，其中在娛樂、製作、播放、教學方 面比較典型，做得比較好的分別有1. 娛樂韓國Hanseulsoft公司於1999年正式推出的、現在已停止更新的免費遊戲軟體"Virtual Orchestra Studio"(簡稱V0S)。2. 製作Twelve Tone Systems公司的Cakewalk、 GenieSoft的Overture。3. 播放Daniel Pustka和Bastian Tugemann編寫的VanBasco's Karaoke Player。4. 教學澳大利亞軟體廠商RISING的視唱練耳軟體Auralia。 但是它們的不足也很明顯1. 功能單一，不能滿足用戶需求的多樣性；2. 它們沒有利用到現今功能強大的、流行的計算機網絡通信技術來進行娛樂、教學和遊戲；3. 遊戲、娛樂功能較為欠缺4. 教學功能缺乏互動性。也有另一些公司做出了與電子音樂相關的硬體，主要包括兩種1. 具有彎音輪、力度感應功能的、能與電腦音序器軟體進行通信的MIDI鍵盤。它們的價格過於昂貴， 不便於普及大眾。2. 用戶可以跟隨燈的指示來演奏樂曲的電子琴。但它們的軟體不夠強大，僅能利用自定義格式的少數 幾首樂曲進行教學，不能利用現在的巨大的MIDI文件資源庫，其價格亦非常昂貴。本實用新型提供一種電子音樂軟硬體系統的實現方案，該系統成本低廉，它不僅能製作電子音樂，而 且具有豐富的教學和娛樂功能，尤其是其網絡通訊功能，更使人們能夠跨越空間進行互動交流。USB接口是PC上最通用的外設接口，除了即插即用外，還可提供5V的直流電源。而TCP/IP通信協議是 目前網際網路中最流行與強大的通信協議，它可以讓各地的人們可以更方便快捷地進行信息交流。這種基於USB通信的具有網絡互動和教學功能的電子音樂系統，包括硬體系統與軟體系統。硬體系統 包括USB接口單元、MCU單元、琴鍵掃描單元和琴鍵對應燈的驅動單元；軟體系統包括主控制模塊、USB 通信模塊、網絡通信模塊、通道選擇與控制模塊、MIDI播放與錄製模塊、MIDI文件接口模塊、遊戲模塊 和教學模塊。對於硬體系統其中所3^MCU單元與所述USB接口單元相聯接； 其中所劍CU單元與所述琴鍵掃描單元相聯接 其中所^CU單元與所述琴鍵對應燈的驅動單元相聯接； 對於軟體系統其中所述的主控制模塊和USB通信模塊相聯接；其中所述的主控制模塊和網絡通信模塊相聯接；其中所述的主控制模塊和通道選擇與控制模塊相聯接；其中所述的主控制模塊和MIDI播放與錄製模塊相聯接；其中所述的主控制模塊和MIDI文件接口模塊相聯接其中所述的主控制模塊和遊戲模塊相聯接；其中所述的主控制模塊和教學模塊相聯接。對於軟硬體銜接的接口其中所述US趙接口單元與所^PC中的軟體系統的USB通信模塊相聯接； 對於硬體系統所述MCU單元為一片8位單片機，其功能有二一是將PC傳來的數據包解析後發送給所述琴鍵對 應燈的驅動單元；二是讀取所述琴鍵掃描單元的狀態信息，然後將其打包後發送給所述USB接口單元。所述USB接口單元包括USB接口和USB與UART互換晶片，其功能是將PC傳來的數據轉化為UART 格式再傳送給MCU單元，同時可以將MCU單元傳來的數據轉化為USB格式再發送給PC。所述琴鍵掃描單元包括由導電橡膠組成的按鍵陣列和並口轉串口移位寄存器，其功能是將並行的按鍵 信息通過串行接口傳送到所^MCU單元。所^LED驅動單元包括LED發光管和串行輸入並行輸出的移位寄存器，其功能是將所^MCU單元傳來 的串行數據轉為並行輸出然後驅動相應的LED點亮。對於軟體系統所述主控制模塊的功能是提供一種MIDI協議在內存中的數據結構，供其他各個模塊讀取其中的信息以 及供MIDI播放和錄製模塊、MIDI文件接口模塊改寫其中的信息。所述USB通信模塊的功能是與硬體系統中的USB接口單元進行通信，並含有容錯機制，即丟棄有字節丟 失的數據包。所述網絡通信模塊的功能是將多臺PC的事件處理模塊聯接起來，進行數據通信。 所述通道選擇與控制模塊的功能是選擇要錄製MIDI的通道以及在播放MIDI文件時控制16個通道中的每個通道的發聲與否、點燈與否。所述MIDI播放與錄製模塊的功能是控制MIDI文件播放的進度、速度、移調，以及將用鍵盤錄製的樂曲傳送給主控制模塊。所述MIDI文件接口模塊的功能是將主控制模塊中的"MIDI數據結構寫到MIDI文件，以及將所讀取的 MIDI文件其解析為供主控制模塊使用的數據結構。所述遊戲模塊包括消滑塊遊戲模塊、拼圖遊戲模塊和歌聲同步播放模塊。所述消滑塊遊戲模塊的功能是將被屏蔽聲音的通道正在播放的音符轉化為下落的滑塊，遊戲者應在滑 塊下落到底部時按下相應的鍵，按鍵時間越準，分數越髙。所述拼圖遊戲模塊的功能是設被屏蔽聲音的通道的總音符數為N，將一副自選圖片分為N塊，遊戲者 每彈—個音符，就會以某種效果(飛入、-百葉窗、馬賽克等)出現一塊圖片，當彈完一首曲子時，整張圖片隨之出現。所述歌聲同步播放模塊的功能是該首歌的音符被正確彈中後，對應的歌聲被播放出來，正確彈完一首 曲後，歌聲也相應地播放出來。-所述教學模塊的功能是提供一種具有很強互動性的樂理知識學習平臺和指導練習於臺，其中包括音階學習、和弦講解、即興伴奏教程、樂曲分段練習、辨認音高、辨認旋律、辨認樂器。附閨說明圖1電路聯接結構圖； 圖2電路圖；圖3軟體系統結構圖；圖4 MCU單元電路圖；圖5 USB接口單元電路圖；圖6 LED電路圖；圖7琴鍵對應燈的驅動單元電路圖；圖8按鍵電路圖；圖9按鍵掃描晶片電路圖。圖10系統連接圖；圖11實物連接圖。脈雄^
以下結合
本實用新型的具體實施方案。圖l所示為本實用新型的電路聯接結構圖，包括USB接口單元，MCU單元，琴鍵掃描單元，琴鍵對 應燈的驅動單元。USB接口單元的功能是完成PC與MCU的數據交換。琴鍵掃描單元將按鍵狀態信息保 存起來等待MCU單元讀取。琴鍵對應燈的驅動單元將MCU傳來的數據轉換後驅動相應的燈點亮。圖2所示為本實用新型的電路圖，所述MCU單元由ATMEGA48單片機構成，外接11.0592M的晶振， 如圖4所示；所述U幼接口單元由CH341構成，它是一片USB轉串口晶片，需外接一個12M的晶振， 如圖5所示；所述琴鍵對應燈的驅動單元由49個LED與6個74HC595構成，如圖6與圖7所示；所述琴 鍵掃描單元由49個按鍵與6個74HC165構成，如圖8與圖9所示。以上圖4至圖9為圖2總電路圖的各 功能電路圖的放大圖。圖3所示為本實用新型的軟體系統結構圖，各個模塊從主控制模塊中讀取所需的MIDI數據，實現各自 的功能關聯。圖10所示為本實用新型的系統連接圖，包括網絡連接。在PC端啟動本軟體後，軟體會通過USB通信模 塊一秒發一次査詢命令數據包，若沒收到回答則認為沒有連上硬體；若硬體連上PC的USB接口後，會直接 從USB總線獲得電源，MCU單元開始工作，當收到PC的査ift^令數據包後會回應給PC。若收到PC的點燈 數據包後MCU會將數據包解析後傳給琴鍵對應燈的驅動單元。MCU單元還不停地讀取按鍵狀態信息，當 發現按鍵狀態與上次不同時會將按鍵信息打包後發送給USB接口單元再傳給PC。事件處理模塊收到按鍵信 息數據包後便去驅動通道選擇與控制模塊發出相應的聲音。當用戶選擇學習模式後，通道選擇與控制模塊開始解析學習曲目MIDI，然後將數據通過USB通信模塊 發送到硬體系統以點亮相應的燈，用戶跟著燈彈即可。當用戶選擇遊戲模式後，如選擇，曲同步播放模式，當用戶彈的音符正確後便播放出相應的歌聲，彈 得快也播放得快，彈得慢相應也播放得慢。當用戶選擇網絡互聯模式後，每臺PC會將各自的MIDI指令通過網際網路傳送到其他的PC上，同時接收 網絡上其它PC發出的MIDI指令，這樣，分布在各地的人就可以組成一個網上樂隊，如果人數足夠多，甚 至可以在網上組成樂團舉行網上音樂會，方便音樂愛好者交流。以上的模式可以同時並存。圖ll所示為本實用新型網絡功能實現方案的實物連接示意圖以上具體實施方式
僅用於說明本實用新型，而非用於限定本實用新型。
權利要求1. 一種基於USB接口的教學、娛樂、網絡電子音樂系統，其特徵在於包括同時提供數據通信和電源的USB接口單元。
2. —種基於USB接口的教學、娛樂、網絡屯子音樂系統，其特徵在於包括一組半透明琴鍵和一個發 光二極體陣列，該陣列中的每一個發光一極管對應於一個琴鍵，並位於它所對應的琴鍵的下方。
3. —種基丁USB接口的教學、娛樂、網絡電子音樂系統，其特徵在於包含裝有Windows作業系統的 PC機(個人計算機)作為網絡的子結點以實現本實用新型系統間的通信。
專利摘要一種基於USB接口的教學、娛樂、網絡電子音樂系統，本實用新型涉及電子音樂領域和通信領域。包括硬體系統與軟體系統。硬體系統包括USB接口單元，MCU單元，琴鍵掃描單元，琴鍵對應燈的驅動單元；軟體系統包括USB通信模塊，網絡通信模塊，通道選擇與控制模塊，MIDI播放與錄製模塊，遊戲模塊，教學模塊。本實用新型的學習功能可以解析現在網絡上資源豐富的MIDI文件，然後驅動相應琴鍵下的燈點亮，用戶跟隨發光的琴鍵彈奏即可；遊戲功能可以在當用戶在合適的時間範圍內按下正確的琴鍵後有相應的效果，如完整圖片顯示或消掉滑塊；網絡互動功能可以讓分隔各地的音樂愛好者在網際網路上組成樂隊一起演奏。
文檔編號H04L12/28GK201127030SQ20072005378
公開日2008年10月1日 申請日期2007年7月6日 優先權日2007年7月6日
發明者肖寧傑 申請人:肖寧傑;楊陶然;葉 欣