Sintetizzatore musicale basato su DE0-Nano-SoC: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Sintetizzatore musicale

Questo sintetizzatore musicale è abbastanza semplice: devi solo soffiare, cantare o anche riprodurre musica davanti al microfono e il suono verrà modulato e inviato attraverso l'altoparlante. Il suo spettro apparirà anche sul display LCD. Il Music Synthesizer esiste in due versioni: puoi scegliere di implementarlo su un PCB, o se non puoi, un semplice Breadboard andrà bene.

Passaggio 1: materiale necessario e raccomandazioni

Per implementare questo sistema, avrai bisogno di quanto segue:

• una scheda DE0-Nano-SoC
• un display LCD LT24 di Terasic
• un microfono elettrete
• un altoparlante di base a due fili (terra e alimentazione)
• un cavo Ethernet
• un PCB o una breadboard
• un saldatore e un incisore PCB, se decidi di implementare il sintetizzatore su un PCB
• una batteria e il suo connettore USB (opzionale)
• un amplificatore di potenza LM386
• un convertitore digitale/analogico MCP4821
• un convertitore di tensione a condensatore commutato LT1054
• un Reulatore Regolabile LM317
• 7 OPA TL081 (DIP-8)
• un TL082 OPA (DIP-8)
• un transistor 2N5432
• un diodo 1N4148
• 17 condensatori polarizzati da 10 µF
• un condensatore da 1µF
• 5 condensatori da 100nF
• un condensatore da 680nF
• un condensatore da 100 µF
• un condensatore da 2,2 µF
• un condensatore polarizzato da 1000+µF (4400 ad esempio)
• un condensatore polarizzato da 220 µF
• un condensatore da 0,05 µF
• 4 resistori da 100 Ohm
• 1 resistenza da 2,2 kOhm
• 1 resistore da 10kOhm
• Resistenza da 1 470 Ohm
• 1 resistore da 1,8kOhm
• 1 resistenza da 1MOhm
• 1 resistenza da 150 Ohm
• 4 Resistenza da 1500 Ohm

Tieni presente che potresti aver bisogno di più componenti del previsto.

Consigliamo inoltre vivamente di possedere conoscenze di base in elettronica e progettazione SoC prima di iniziare questo progetto

Passaggio 2: scheda di acquisizione

Ora che hai tutto ciò di cui hai bisogno, iniziamo creando la scheda di acquisizione. Il microfono raccoglie i suoni vicini, quindi il segnale viene filtrato da un filtro passa basso per campionarlo (e quindi rispettare il teorema di Shannon) prima di essere amplificato e infine registrato dal DE0.

Se hai familiarità con Altium Design Software e hai accesso a un incisore PCB, devi solo riprodurre lo schema mostrato nell'immagine sopra e posizionare i componenti come abbiamo fatto nella seconda immagine. Altrimenti, puoi semplicemente ricreare questo circuito su una breadboard.

In entrambi i casi i valori delle resistenze, espressi ovviamente in Ohm, ed i valori dei condensatori, espressi in Farad, sono i seguenti:

• R4: 2.2k
• R5: 10k
• R6 e R7: 100
• R3: 470
• R1 e R2: 18 (questi resistori sono usati per regolare la tensione di uscita che dovrebbe essere 2V quindi questi valori potrebbero essere leggermente diversi per te)
• R8: 1,8k
• R9: 1M
• R10: 150
• R11, R12, R14 e R15: 1,5 k
• Dec1: 2.2µ
• Dec2: 100µ
• Dec3: 100n
• Dec4: 1µ
• Dic5, Dic6, Dic7, Dic8, Dic9, Dic10, Dic11, Dic12, Dic13, Dic14: 1µ
• Dic15: +1000µ (4400 per esempio)
• C1: 10µ
• C2: 1µ
• C3 e C4: 100n
• C5: 1µ

Abbiamo finito con la scheda di acquisizione!

Passaggio 3: scheda di uscita audio

Essere in grado di registrare i suoni è fantastico, ma essere in grado di riprodurli è ancora meglio! Pertanto, avrai bisogno di una scheda di uscita audio, composta semplicemente da un convertitore digitale/analogico, un filtro di livellamento, un amplificatore di potenza e un altoparlante.

Ovviamente puoi comunque riprodurre il circuito su un PCB (e posizionare i componenti come mostrato nella seconda immagine) o su una breadboard. In entrambi i casi, ecco i valori sia per i condensatori che per i resistori:

• R1 e R2: 100
• R3 e R4: fili
• R5: 10
• C1: 1µ
• C2, C3, C5, C6, C7, C9: 100µ (polarizzato)
• C4 e C8: 100n
• C10: 0.05µ
• C11: 250µ

Abbiamo finito con l'uscita audio, quindi passiamo al software!

Passaggio 4: progetto Quartus

Per semplificare le cose, abbiamo deciso di partire dal progetto "my first-hps-fpga" fornito nel CD-ROM incluso con il DE0-Nano-SoC. Tutto quello che devi fare è aprire questo progetto e lanciare "Platform Designer" o "Qsys" dalla barra degli strumenti e riprodurre il progetto sopra. Quindi, genera il design e compila con Qsys (vedi le dimostrazioni per maggiori dettagli).

Passaggio 5: divertiti

Ora che i file HDL sono stati generati, devi solo avviare il progetto Quartus. A tal fine, collegare il cavo USB al connettore USB (JTAG) di DE0-Nano-Soc. Quindi, seleziona Strumenti > Programmazione su Quartus. Fare clic su Rilevamento automatico, quindi selezionare la seconda opzione. Successivamente, fare clic sul dispositivo FPGA (il secondo), quindi su "Cambia file" e selezionare il file.sof precedentemente generato. Infine, fai clic sulla scheda di controllo "Programma/Configura" e fai clic sul pulsante "Start" per avviare il file.

Infine, carica il seguente codice C nella memoria DE0. A tal fine, installa Putty su un PC (Linux), collega la scheda ad esso tramite una connessione Ethernet e collegando il cavo USB al connettore USB (UART) di DE0. Avvia e configura Putty con una velocità di trasmissione di 115200, nessuna parità, un bit di stop e nessuna impostazione di controllo del flusso. Successivamente, forza un indirizzo IPv4 fisso alla porta Ethernet del tuo PC, inserisci "root" su Putty Shell, quindi "ifconfig eth0 192.168. XXX. XXX" e "password" seguito da una password. Apri una shell sul tuo PC, vai al repository del progetto e inserisci "scp myfirsthpsfpga [email protected]. XXX. XXX:~/". Alla fine, nella shell Putty, inserisci "./myfirsthpsfpga". Divertiti !