Syntezator muzyczny oparty na DE0-Nano-SoC: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Syntezator muzyki

Ten syntezator muzyczny jest dość prosty: wystarczy dmuchać, śpiewać, a nawet odtwarzać muzykę przed mikrofonem, a dźwięk będzie modulowany i przesyłany przez głośnik. Jego widmo pojawi się również na wyświetlaczu LCD. Syntezator muzyczny występuje w dwóch wersjach: możesz zaimplementować go na płytce drukowanej, a jeśli nie możesz, wystarczy zwykła płytka do krojenia chleba.

Krok 1: Potrzebne materiały i zalecenia

Do wdrożenia tego systemu potrzebne będą:

• płytka DE0-Nano-SoC
• Wyświetlacz LCD LT24 firmy Terasic
• mikrofon elektretowy
• podstawowy głośnik dwuprzewodowy (masa i zasilanie)
• przewód Ethernet
• płytka drukowana lub płytka stykowa
• lutownica i grawer PCB, jeśli zdecydujesz się zaimplementować syntezator na PCB
• bateria i jej złącze USB (opcjonalnie)
• wzmacniacz mocy LM386;
• konwerter cyfrowo-analogowy MCP4821
• Konwerter napięcia LT1054 z przełączanym kondensatorem
• Regulowany reulator LM317
• 7 OPA TL081 (DIP-8)
• OPA TL082 (DIP-8)
• tranzystor 2N5432
• dioda 1N4148
• 17 10 µF spolaryzowanych kondensatorów
• kondensator 1µF
• 5 kondensatorów 100nF
• kondensator 680nF
• kondensator 100 µF
• kondensator 2,2 µF
• kondensator spolaryzowany 1000+µF (na przykład 4400)
• kondensator spolaryzowany 220 µF
• kondensator 0,05 µF
• 4 rezystory 100 Ohm
• 1 rezystor 2,2 kOhm
• 1 rezystor 10kOhm
• Rezystor 1 470 omów
• 1 rezystor 1,8 kOhm
• 1 rezystor 1MOhm
• 1 rezystor 150 Ohm
• Rezystor 4 1500 Ohm

Pamiętaj, że możesz potrzebować więcej komponentów niż oczekiwano.

Zalecamy również posiadanie podstawowej wiedzy z zakresu elektroniki i projektowania SoC przed rozpoczęciem tego projektu

Krok 2: Rada ds. Akwizycji

Teraz, gdy masz już wszystko, czego potrzebujesz, zacznijmy od wykonania tablicy akwizycji. Mikrofon zbiera pobliskie dźwięki, następnie sygnał jest filtrowany przez filtr dolnoprzepustowy w celu jego samplowania (a tym samym respektowania twierdzenia Shannona), zanim zostanie wzmocniony i ostatecznie zarejestrowany przez DE0.

Jeśli znasz Altium Design Software i masz dostęp do grawera PCB, wystarczy odtworzyć schemat pokazany na powyższym obrazku i umieścić komponenty tak, jak to zrobiliśmy na drugim obrazku. W przeciwnym razie możesz po prostu odtworzyć ten obwód na płytce prototypowej.

W obu przypadkach wartości rezystorów, oczywiście podane w omach, a wartości kondensatorów podane w faradach, są następujące:

• R4: 2,2k
• R5: 10k
• R6 i R7: 100
• R3: 470
• R1 i R2: 18 (rezystory te służą do regulacji napięcia wyjściowego, które powinno wynosić 2V, więc te wartości mogą się nieznacznie różnić dla Ciebie)
• R8: 1,8k
• R9: 1M
• R10: 150
• R11, R12, R14 i R15: 1,5k
• Grudzień1: 2,2µ
• Grudzień2: 100µ
• 3 grudnia: 100n
• Grudzień4: 1µ
• Dec5, Dec6, Dec7, Dec8, Dec9, Dec10, Dec11, Dec12, Dec13, Dec14: 1µ
• 15 grudnia: +1000µ (na przykład 4400)
• C1: 10µ
• C2: 1µ
• C3 i C4: 100n
• C5: 1µ

Skończyliśmy z tablicą akwizycyjną!

Krok 3: Płyta wyjścia audio

Możliwość nagrywania dźwięków jest świetna, ale możliwość ich odtwarzania jest jeszcze lepsza! Tak więc będziesz potrzebować płyty wyjściowej audio, składającej się po prostu z przetwornika cyfrowo-analogowego, filtra wygładzającego, wzmacniacza mocy i głośnika.

Oczywiście nadal można odtworzyć obwód na płytce drukowanej (i umieścić komponenty, jak pokazano na drugim obrazku) lub na płytce stykowej. W obu przypadkach podajemy wartości zarówno dla kondensatorów, jak i rezystorów:

• R1 i R2: 100
• R3 i R4: przewody
• R5: 10
• C1: 1µ
• C2, C3, C5, C6, C7, C9: 100µ (spolaryzowane)
• C4 i C8: 100n
• C10: 0,05 µ
• C11: 250µ

Skończyliśmy z wyjściem audio, więc przejdźmy do oprogramowania!

Krok 4: Projekt Quartus

Aby uprościć sprawę, zdecydowaliśmy się zacząć od projektu "mój pierwszy hps-fpga" dostarczonego na płycie CD-ROM dołączonej do DE0-Nano-SoC. Wszystko, co musisz zrobić, to otworzyć ten projekt i uruchomić „Platform Designer” lub „Qsys” z paska narzędzi i odtworzyć powyższy projekt. Następnie wygeneruj projekt i skompiluj go za pomocą Qsys (więcej szczegółów znajdziesz w demonstracjach).

Krok 5: Ciesz się

Po wygenerowaniu plików HDL wystarczy uruchomić projekt Quartus. W tym celu podłącz kabel USB do złącza USB (JTAG) DE0-Nano-Soc. Następnie wybierz Narzędzia > Programowanie w Quartus. Kliknij Automatyczne wykrywanie, a następnie wybierz drugą opcję. Następnie kliknij urządzenie FPGA (drugie), następnie „Zmień plik” i wybierz wcześniej wygenerowany plik.sof. Na koniec kliknij pole wyboru "Programuj/Konfiguruj" i kliknij przycisk "Start", aby uruchomić plik.

Na koniec wgraj następujący kod C do pamięci DE0. W tym celu zainstaluj Putty na komputerze PC (Linux), połącz z nim płytkę za pomocą połączenia Ethernet i podłączając kabel USB do złącza USB (UART) DE0. Uruchom i skonfiguruj Putty z szybkością transmisji 115200, bez parzystości, jednobitowym zatrzymaniem i bez ustawień kontroli przepływu. Następnie wymuś stały adres IPv4 na porcie Ethernet swojego komputera, wpisz „root” w powłoce Putty, następnie „ifconfig eth0 192.168. XXX. XXX” i „hasło”, a następnie hasło. Otwórz powłokę na swoim komputerze, przejdź do repozytorium projektu i wpisz „scp myfirstpsfpga [email protected]. XXX. XXX:~/”. W końcu w powłoce Putty wpisz "./myfirstpsfpga". Cieszyć się !