Музыкальный синтезатор на базе DE0-Nano-SoC: 5 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Музыкальный синтезатор

Этот музыкальный синтезатор довольно прост: вам просто нужно подуть, спеть или даже проиграть музыку перед микрофоном, и звук будет модулироваться и передаваться через динамик. Его спектр также будет отображаться на ЖК-дисплее. Музыкальный синтезатор существует в двух версиях: вы можете реализовать его на печатной плате, или, если вы не можете, подойдет простая макетная плата.

Шаг 1. Необходимые материалы и рекомендации

Для реализации этой системы вам потребуется следующее:

• плата DE0-Nano-SoC
• ЖК-дисплей LT24 от Terasic
• электретный микрофон
• базовый двухпроводной (заземляющий и питающий) динамик
• провод Ethernet
• печатная плата или макет
• паяльник и гравер на печатную плату, если вы решили реализовать синтезатор на печатной плате
• аккумулятор и USB-разъем (опция)
• блок усилителя мощности LM386
• Цифро-аналоговый преобразователь MCP4821
• преобразователь напряжения на коммутируемом конденсаторе LT1054
• Регулируемый Reulator LM317
• 7 TL081 OPA (DIP-8)
• TL082 OPA (DIP-8)
• транзистор 2Н5432
• диод 1N4148
• 17 поляризованных конденсаторов 10 мкФ
• конденсатор 1 мкФ
• 5 конденсаторов по 100 нФ
• конденсатор 680 нФ
• конденсатор 100 мкФ
• конденсатор 2,2 мкФ
• поляризованный конденсатор емкостью 1000 + мкФ (например, 4400)
• поляризованный конденсатор 220 мкФ
• конденсатор 0,05 мкФ
• 4 резистора 100 Ом
• 1 резистор 2,2 кОм
• 1 резистор 10 кОм
• Резистор 1470 Ом
• 1 резистор 1,8 кОм
• 1 резистор 1 МОм
• 1 резистор 150 Ом
• 4 резистора 1500 Ом

Имейте в виду, что вам может потребоваться больше компонентов, чем ожидалось.

Мы также настоятельно рекомендуем обладать базовыми знаниями в области электроники и проектирования SoC перед тем, как начать этот проект

Шаг 2: Доска объявлений

Теперь, когда у вас есть все необходимое, давайте начнем с создания доски для приобретения. Микрофон улавливает соседние звуки, затем сигнал фильтруется фильтром нижних частот, чтобы отобрать его (и, таким образом, соблюдая теорему Шеннона), прежде чем он будет усилен и, наконец, записан DE0.

Если вы знакомы с программным обеспечением Altium Design и имеете доступ к граверу для печатных плат, вам просто нужно воспроизвести схему, показанную на изображении выше, и разместить компоненты, как мы сделали на втором рисунке. В противном случае вы можете просто воссоздать эту схему на макете.

В обоих случаях значения резисторов, явно указанные в Омах, и номиналы конденсаторов, указанные в Фарадах, следующие:

• R4: 2,2 тыс.
• R5: 10 тыс.
• R6 и R7: 100
• R3: 470
• R1 и R2: 18 (эти резисторы используются для регулировки выходного напряжения, которое должно быть 2 В, поэтому эти значения могут немного отличаться для вас)
• R8: 1,8 тыс.
• R9: 1 млн
• R10: 150
• R11, R12, R14 и R15: 1,5 тыс.
• Dec1: 2.2µ
• Dec2: 100µ
• Dec3: 100н
• Dec4: 1µ
• 5 декабря, 6 декабря, 7 декабря, 8 декабря, 9 декабря, 10 декабря, 11 декабря, 12 декабря, 13 декабря, 14 декабря: 1µ
• Dec15: + 1000µ (например, 4400)
• C1: 10 мк
• C2: 1 мк
• C3 и C4: 100n
• C5: 1 мк

Мы закончили с платой для приобретения!

Шаг 3: плата аудиовыхода

Возможность записывать звуки - это здорово, но возможность их воспроизводить еще лучше! Таким образом, вам понадобится плата аудиовыхода, просто состоящая из цифро-аналогового преобразователя, сглаживающего фильтра, усилителя мощности и динамика.

Конечно, вы все равно можете воспроизвести схему на печатной плате (и разместить компоненты, как показано на втором изображении) или на макете. В обоих случаях вот значения как для конденсаторов, так и для резисторов:

• R1 и R2: 100
• R3 и R4: провода
• R5: 10
• C1: 1 мк
• C2, C3, C5, C6, C7, C9: 100 мкм (поляризованный)
• C4 и C8: 100n
• C10: 0,05 мкм
• C11: 250 мк

С аудиовыходом мы закончили, так что перейдем к программному обеспечению!

Шаг 4: проект Quartus

Для простоты мы решили начать с проекта «my first-hps-fpga», представленного на компакт-диске, входящем в комплект DE0-Nano-SoC. Все, что вам нужно сделать, это открыть этот проект и запустить «Конструктор платформ» или «Qsys» на панели инструментов и воспроизвести проект выше. Затем сгенерируйте дизайн и скомпилируйте с помощью Qsys (подробности см. В демонстрациях).

Шаг 5: Наслаждайтесь

Теперь, когда файлы HDL созданы, вам просто нужно запустить проект Quartus. Для этого подключите USB-кабель к USB-разъему (JTAG) DE0-Nano-Soc. Затем выберите «Инструменты»> «Программирование на Quartus». Щелкните Автоопределение, затем выберите второй вариант. После этого щелкните устройство FPGA (второе), затем «Изменить файл» и выберите ранее созданный файл.sof. Наконец, нажмите кнопку «Программа / Настроить» и нажмите кнопку «Пуск», чтобы запустить файл.

Наконец, загрузите следующий код C в память DE0. Для этого установите Putty на ПК (Linux), подключите к нему плату через Ethernet-соединение и подключите USB-кабель к USB-разъему (UART) DE0. Запустите и настройте Putty со скоростью 115200 бод, без контроля четности, остановки по одному биту и без настроек управления потоком. После этого принудительно установите фиксированный IPv4-адрес на порт Ethernet вашего ПК, введите «root» в оболочке Putty, затем «ifconfig eth0 192.168. XXX. XXX» и «пароль», за которым следует пароль. Откройте оболочку на своем ПК, перейдите в репозиторий проекта и введите «scp myfirsthpsfpga [email protected]. XXX. XXX: ~ /». В конце концов, в оболочке Putty введите "./myfirsthpsfpga". Наслаждаться !