Hudební syntezátor založený na DE0-Nano-SoC: 5 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Hudební syntezátor

Tento hudební syntetizátor je docela jednoduchý: stačí jen foukat, zpívat nebo dokonce přehrávat hudbu před mikrofonem a zvuk bude modulován a odesílán přes reproduktor. Jeho specctrum se také objeví na LCD displeji. Music Synthesizer existuje ve dvou verzích: můžete se rozhodnout jej implementovat na PCB, nebo pokud nemůžete, udělá to jednoduchý Breadboard.

Krok 1: Potřebný materiál a doporučení

K implementaci tohoto systému budete potřebovat následující:

• deska DE0-Nano-SoC
• LT24 LCD displej od Terasic
• elektretový mikrofon
• základní dvouvodičový (uzemňovací a napájecí) reproduktor
• ethernetový vodič
• PCB nebo breadboard
• páječka a rytec DPS, pokud se rozhodnete implementovat syntetizátor na DPS
• baterie a její USB konektor (volitelně)
• zesilovač LM386
• digitální/analogový převodník MCP4821
• LT1054 Převodník spínaného kondenzátoru
• nastavitelný regulátor LM317
• 7 TL081 OPA (DIP-8)
• TL082 OPA (DIP-8)
• tranzistor 2N5432
• dioda 1N4148
• 17 10 µF polarizovaných kondenzátorů
• kondenzátor 1 µF
• 5 kondenzátorů 100 nF
• kondenzátor 680nF
• kondenzátor 100 µF
• kondenzátor 2,2 µF
• polarizovaný kondenzátor 1000+µF (například 4400)
• polarizovaný kondenzátor 220 µF
• kondenzátor 0,05 µF
• 4 100 ohmové odpory
• 1 odpor 2,2 kOhms
• 1 odpor 10 kOhmů
• 1 470 ohmový odpor
• 1 rezistor 1,8 kOhms
• 1 1MOhm odpor
• Rezistor 1 150 Ohm
• 4 1500 Ohm odpor

Mějte na paměti, že možná budete potřebovat více komponent, než se očekávalo.

Před zahájením tohoto projektu také důrazně doporučujeme mít základní znalosti v oblasti elektroniky a návrhu SoC

Krok 2: Akviziční rada

Nyní, když máte vše, co potřebujete, začněme výrobou akviziční desky. Mikrofon sbírá zvuky v okolí, poté je signál filtrován dolnoprůchodovým filtrem, aby jej mohl vzorkovat (a respektovat tak Shannonovu větu), než je zesílen a nakonec je zaznamenán DE0.

Pokud jste obeznámeni se softwarem Altium Design a máte přístup k rytečku na desky plošných spojů, stačí reprodukovat schéma zobrazené na obrázku výše a umístit součásti jako na druhém obrázku. Jinak můžete tento obvod jednoduše znovu vytvořit na prkénku.

V obou případech jsou hodnoty odporů, zjevně udávané v Ohmech, a hodnoty kondenzátorů, uvedené ve Faradově, následující:

• R4: 2,2 tis
• R5: 10 tis
• R6 a R7: 100
• R3: 470
• R1 a R2: 18 (tyto odpory se používají k nastavení výstupního napětí, které by mělo být 2V, takže tyto hodnoty se pro vás mohou mírně lišit)
• R8: 1,8 tis
• R9: 1M
• R10: 150
• R11, R12, R14 a R15: 1,5 tis
• Dec1: 2,2 µ
• Dec2: 100 µ
• 3. prosince: 100 n
• Dec4: 1 µ
• Dec5, Dec6, Dec7, Dec8, Dec9, Dec10, Dec11, Dec12, Dec13, Dec14: 1 µ
• Dec15: +1000 µ (například 4400)
• C1: 10 µ
• C2: 1 u
• C3 a C4: 100n
• C5: 1 u

S akviziční radou jsme skončili!

Krok 3: Výstupní deska zvuku

Umět nahrávat zvuky je skvělé, ale umět je reprodukovat je ještě lepší! Budete tedy potřebovat zvukovou výstupní desku, která se jednoduše skládá z digitálního/analogového převodníku, vyhlazovacího filtru, výkonového zesilovače a reproduktoru.

Samozřejmě můžete stále reprodukovat obvod na desce plošných spojů (a umístit součásti podle druhého obrázku) nebo na prkénko. V obou případech jsou zde hodnoty pro kondenzátory i odpory:

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

Skončili jsme se zvukovým výstupem, takže přejdeme k softwaru!

Krok 4: Projekt Quartus

Aby to nebylo jednoduché, rozhodli jsme se začít od projektu „my first-hps-fpga“, který je součástí disku CD-ROM dodaného s DE0-Nano-SoC. Jediné, co musíte udělat, je otevřít tento projekt a z lišty nástrojů spustit „Platform Designer“nebo „Qsys“a projekt reprodukovat výše. Poté vygenerujte návrh a zkompilujte pomocí Qsys (další podrobnosti najdete v ukázkách).

Krok 5: Užijte si to

Nyní, když jsou generovány soubory HDL, stačí spustit projekt Quartus. Za tímto účelem zapojte kabel USB do konektoru USB (JTAG) v DE0-Nano-Soc. Poté vyberte Nástroje> Programování na Quartusu. Klikněte na Automatická detekce a poté vyberte druhou možnost. Poté klikněte na zařízení FPGA (druhé), poté na „Změnit soubor“a vyberte dříve generovaný soubor.sof. Nakonec klikněte na zaškrtávací políčko "Program/Konfigurace" a kliknutím na tlačítko "Start" spusťte soubor.

Nakonec nahrajte následující kód C do paměti DE0. Za tímto účelem nainstalujte Putty na PC (Linux), připojte k němu desku přes ethernetové připojení a zapojením USB kabelu do USB konektoru (UART) DE0. Spusťte a nakonfigurujte Putty s přenosovou rychlostí 115200, bez parity, s jedním bitovým zastavením a bez nastavení řízení toku. Poté vynuťte pevnou adresu IPv4 k ethernetovému portu vašeho počítače, zadejte „root“na Shell Putty, poté „ifconfig eth0 192.168. XXX. XXX“a „heslo“následované heslem. Otevřete na počítači shell, přejděte do úložiště projektu a zadejte „scp myfirsthpsfpga [email protected]. XXX. XXX: ~/“. Nakonec na shellu Putty zadejte „./myfirsthpsfpga“. Užívat si !