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“Canta-Cart是一件觸摸式樂器/合成器。它僅有標準 ID-1 卡片大小（85.6 × 53.98 mm），是一個可以隨身攜帶的小樂器，能成為任何人手里的小玩具，亦能在熟練玩家的手中大顯神通。”

?Made with KiCad 系列將支持新的展示方式。直接將以下鏈接復制到瀏覽器中(或點擊“閱讀原文”)：https://www.eda.cn/ecadViewer/viewerPage/?xmlId=52f314b6-e02d-4747-bc15-5cd0527847bc&fileZip=%2Fdata%2Fdesign%2Fdemo%2F52f314b6-e02d-4747-bc15-5cd0527847bc.zip即可動態查看設計的原理圖、PCB、3D 及 BOM，查詢設計中器件、走線、焊盤的屬性詳情。還可以在原理圖中與AI小助手互動，幫您更高效地學習設計細節：

概覽

Canta-Cart是一件觸摸式樂器/合成器。它僅有標準 ID-1 卡片大小（85.6 × 53.98 mm），是一個可以隨身攜帶的小樂器，能成為任何人手里的小玩具，亦能在熟練玩家的手中大顯神通。它即插即用，一個小小的 USB-C 電源可以帶著它的聲音走遍世界。材料清單的總成本為人民幣 5 元（折合約 0.7 美元）。

演示樂曲：

《人生的旋轉木馬》（Merry-Go-Round of Life）——電影《哈爾的移動城堡》插曲；久石讓作曲

《短途旅行》（A Short Hike）——電子游戲配樂旋律主題；Mark Sparling 作曲

《白鴿與少年》（ハトと少年）——電影《天空之城》插曲；久石讓作曲

除了實體裝置外，樂器也可以在瀏覽器中游玩：

https://ayu.land/canta-cart/play

操作

卡片上有 12 個觸摸按鍵（10 個用于發聲，2 個用于轉調）。發聲按鍵對應自然大調音階中的樂音，跨越十度音程。

轉調按鈕提供了多種擴展方法。操作方式如下：

按一次：沿音階移動。
按住的同時演奏一個音符：臨時升降半音。
按住其一的同時按下另一個：整體移調。

其背后的原理是，大多數旋律（在與西方調性理論相兼容的音樂文化中）在短時間內通常跨越大約十度以內的音域，這是由于人聲的音域范圍以及樂器和作曲往往模仿和喚起人聲的方式所決定的。因此，十個音鍵通常足以重現大多數旋律。在需要的情況下，移調按鈕可以通向十音大調音階之外的音高，覆蓋其余情況，并為和聲、音樂織體等創造豐富的機會，從而使細膩的音樂表達成為可能。

內部原理

詳情請參考固件源程序：

https://github.com/ayuusweetfish/Canta-Cart/blob/master/fw/src/main.c

電容傳感

觸摸感應是利用 RC 網絡的階躍響應實現的。

電路由一個與感應電極串聯的大電阻器（約 1 MΩ）組成。后者可被視為電路接地（不一定是接地，電池負極也可以）的電容器，其值會隨著人體部位的接近而增加。驅動引腳為網絡提供階躍信號（即將其驅動為高電平），并監測電阻上的電壓變化，等待傳感引腳變為“邏輯高電平”。由于該網絡的階躍響應是一個指數函數（其推導過程在任何基礎電子學教科書中都有解釋），因此感應點的電壓要上升到邏輯高電平閾值VIH=k?VCC以上（典型值k=0.7），所需的時間為?ln?(1?k)?RC?ln(1?k)?RC，與感應電容CC成線性關系。

音頻合成

合成器是一個基礎的波表三角波合成器，結合了一個attack/release包絡。所有計算均采用 32 位整數，從而最大限度地減少了合成時間，并將整體延遲時間降至 1 毫秒以下。

音頻輸出

音頻通過由字選擇 (WS)、位時鐘 (BCK) 和串行數據 (DATA) 三個信號組成的數字總線發送到 DAC。電路中的 DAC IC 接收的式 LSBJ 格式，這與標準 I2S 格式非常相似。我們的微控制器沒有直接適配此類格式的外設，但在限制之內也有可行方案：BCK 和 DATA 可由 SPI 輸出覆蓋，WS 可由細心作好同步的 PWM 定時器通道提供。DMA 提供一個“半完成”（half-complete）中斷，簡化了雙緩沖的實現。

為什么會出現這些奇怪的限制？當然是為了節衣縮食！這就引出了……

The Muntz Wildcard

性價比是本次設計中的首要考量。這導致了一些看似奇怪的選擇，但整件裝置最終拼湊起來的那一刻，便實現了每件 5 元的超低原料成本。如今不少廠家都為這種尺寸的電路板提供免費的打樣服務，因此上述即設備的最終制造成本。（所有元件都可以用熱風槍或烙鐵手工焊接；我并非經驗豐富的制作者，電子制作僅是我在設計學之外的副業，但我只用焊膏和熱風槍就完成了所有工作，沒有使用鋼網、放大鏡或助焊劑。當然每個人的情況也會不同啦。）

微控制器是裝置的核心部件，通常也占據物料成本中的很大比例。在本設計中，我選擇了 PY32，這是半導體公司普冉（Puya）推出的 Arm Cortex-M 微控制器系列。入門產品線 PY32F002/3 的定價令人印象深刻，低至 1 元以內。PY32F003 型號的運行頻率為 32 MHz，外設包括定時器、SPI 和 DMA，非常適合我們的連續數字音頻輸出使用場景。音頻 DAC 和放大器 IC 也是低成本型號，但足以滿足我們的應用需求。

我在中國，從淘寶上的一家大型經銷商處購買元件的總成本為每臺 4 元（小批量對應的階梯價格）。知名的在線分銷商在訂購數量較少的情況下可能價格會略高，但數字相差不大，最高即為前述的約 5 元。

音樂從來不是誰的專屬話語。全世界音樂夢想家，聯合起來！