基于XIAO RP2040开发板的小提琴玩具设计与制作

一、项目简介

本项目是为 2026 贸泽电子M-Design创意设计大赛（第二季） 而准备，选题为 方向五：教育与创意互动。

本项目基于Seeed Studio公司的 XIAO RP2040开发板，结合MP3语音芯片等元件，设计了一款语音播放控制板，并制作完成了一款小提琴玩具。将小提琴的琴弓触碰琴弦时，会自动播放音乐，离开时暂停播放，实现模拟真人演奏的效果。

   它的工作原理是，当琴弓触碰琴弦时，开发板会收到开关量接通信号，进而发送播放命令到MP3芯片，实现音乐播放；当琴弓离开琴弦时，开关量信号断开，开发板向MP3发送暂停播放的指令。这样即可实现放音和暂停功能。

电路板上有7个按键，分别控制播放/暂停、曲目选择、音量调节、循环播放等功能。

二、硬件电路设计

硬件电路用到的主要物料如下

系统框图

电路原理图

硬件电路使用立创EDA设计

电源

电源直接使用充电宝供电，后续也可使用锂电池。

MP3电路

MP3芯片可通过UART口和MCU通讯，芯片具有USB接口，连接到电脑可直接更新语音，需要外挂FLASH实现音乐文件存储。使用德州仪器的LM4871实现音频功放。

模拟量ADC连接到MP3芯片的ADKEY引脚上，MP3芯片根据电阻分压得到的不同电压，执行对应的控制功能。

MCU电路

MCU控制器使用XIAO RP2040开发板，主要使用了1路DI输入、1路DO输出以及UART口。

DI输入信号，使用D0端子，当接地时，信号触发。

UART接口和MP3通讯，发送播放和暂停指令。

PCB图

PCB为两层。下图为顶层和底层设计图。

下图为PCB实物图

三、软件设计

本项目使用MicroPython进行开发。

首先，要为开发板更新固件，在micropython.org网站上，下载uf2固件文件。

然后使用Thonny编程。

主要功能是，D0引脚的开关量输入，UART0为串口输出。根据开关量信号变化，控制UART发送播放或暂停的指令到MP3芯片。

主要代码

from machine import Pin, UART
import time

# 配置引脚
led = Pin(25, Pin.OUT)                   # 板载LED（低电平亮）
button = Pin(26, Pin.IN, Pin.PULL_UP)    # D0引脚，内部上拉
user_led = Pin(3, Pin.OUT)

# 初始化UART0（TX=GPIO0, RX=GPIO1）
uart = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0), rx=Pin(1))

# 定义十六进制命令
CMD_PRESS = bytes([0x7E, 0x03, 0x11, 0x12, 0xEF])   # 按下时发送 播放命令
CMD_RELEASE = bytes([0x7E, 0x03, 0x12, 0x11, 0xEF]) # 松开时发送 暂停命令

# 初始状态
last_button_state = 1  # 1表示未按下（上拉电阻）

while True:
    current_state = button.value()
    
    # 检测状态变化（按下瞬间：1->0）
    if current_state == 0 and last_button_state == 1:
        led.value(0)           # LED亮（低电平）
        uart.write(CMD_PRESS)  # 发送十六进制命令
        print("发送按下命令:", CMD_PRESS.hex())
        
    # 检测状态变化（松开瞬间：0->1）
    elif current_state == 1 and last_button_state == 0:
        led.value(1)           # LED灭
        uart.write(CMD_RELEASE) # 发送十六进制命令
        print("发送松开命令:", CMD_RELEASE.hex())
    
    last_button_state = current_state
    time.sleep(0.01)           # 10ms防抖延时

四、演示效果

  将小提琴的琴弓触碰琴弦时，会自动播放音乐，同时XIAO RP2040板载蓝色LED点亮；琴弓离开时暂停播放，蓝色LED灯灭，实现模拟真人演奏的效果。

具体效果请看视频。

五、心得体会

本项目实现了一款音乐小提琴玩具制作，可模拟真人演奏效果。

项目后续还有一定的升级空间。

1.目前使用充电宝5V供电。电源部分可考虑采用干电池或充电电池供电，并设计升压或充电电路。

2.电路板按键和控制功能可进行分类，分成两块电路板，便于后续缩小体积，并与外壳结构更好的融合。

3.目前ADC按键功能直接接入MP3芯片，后续可以接入MCU，编程更加灵活。