Spartan Voice Changer սաղավարտ. 14 քայլ (նկարներով)

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

Բարեւ Ձեզ! Մենք Սորբոնի համալսարանի պոլիտեխնիկական դպրոցի 4 ուսանողներից բաղկացած թիմ ենք.

• Լուի Բուխերտ
• Բիլալ Մելեհի
• Բաո Թին Պիոտ
• Մարկո Լոնգեպե

Այս նախագիծն իրականացվում է մեր ուսումնասիրությունների շրջանակներում և նպատակ ունի ձեռք բերել մի շարք գործիքներ, ինչպես նաև ցուցադրել մեր տեսական նվաճումները:

Հայտնի առարկան ստանում է սաղավարտի տեսք, որը նման է որոշակի տեսախաղի հերոսի, որի անունը կկորչի: Դիզայնի համար մենք ունենք նաև էկրան, որը ցուցադրում է բարձրախոսից դուրս եկող աուդիո ազդանշանի Ֆուրյեի փոխակերպումը: Այս ականջակալի նպատակն է իրական ժամանակում փոխել օպերատորի ձայնը `օգտագործելով մի շարք ընտրելի էֆեկտներ:

Կրթական նպատակներ.

• Ձայնագրեք ձայնը խոսափողից
• Ուժեղացնել, զտել, թվայնացնել ազդանշանը
• Իրականացնել ազդանշանի FFT- ը
• Fույց տվեք այս FFT- ը էկրանին
• Ազդանշանի սինթեզ
• Բարձրախոսից ձայն հանեք
• Իրականացրեք էֆեկտներ աուդիո ձայնի վրա (արձագանք, արձագանք և այլն …)

Այժմ, երբ մենք դրեցինք նախապատմությունը և ներկայացրինք նախագիծը, ժամանակն է ձեռքը վերցնել դրան:

Քայլ 1: Պահանջներ 1/3 - Սարքավորումներ

Ձեր սաղավարտը հաջողությամբ կառուցելու համար մեզ անհրաժեշտ կլինի սարքավորում սարքը գործարկելու համար:

• DE0-Nano-SoC զարգացման խորհուրդ Terasic + Adafruit TFT LCD էկրանով (Arduino)
• Մատչելիություն սաղավարտ պատրաստելու համար 3D տպիչին (եթե համալսարանի ուսանող եք, մոտենալով ձեր համալսարանին, ոմանք լաբորատորիաներ ունեն ուսանողների համար մատչելի)
• Ինտերնետ կապով և նվազագույն կապով համակարգիչ (USB, Ethernet): Ձեր համակարգիչը նույնպես պետք է ունենա հզոր պրոցեսոր, քանի որ Qsys- ում ծրագրեր կազմելը շատ ժամանակ է պահանջում:
• (Պարտադիր չէ) Տպիչ, որը տպագիր տպատախտակները (PCB) պատրաստում է Gerber ֆայլերից `միացման չափը նվազեցնելու համար + զոդման սարք` PCB- ի բաղադրիչները տեղադրելու համար:
• (Խստորեն խորհուրդ է տրվում). Լավ սուրճ `վայելելու ձեր աշխատանքը մեր Instructable- ի հետ:)

Քայլ 2. Պահանջներ 2/3 - բաղադրիչներ ձեր շղթայի համար

Ահա ձեր միացման համար անհրաժեշտ բաղադրիչները.

• Texas Instrument LM386 AB դասի աուդիո ուժեղացուցիչ
• Հացի տախտակ
• Արական-Արական, Արական-իգական մալուխների հավաքածու
• LM358P Թվային-անալոգի փոխարկիչ (DAC)
• Խոսնակ
• Փոքր խոսափող, որն օգտագործվում է անալոգային շղթայում
• 1kOhm- ից 220kOhm դիմադրիչների խաղային հավաքածու
• Կոնդենսատոր 1.5nF
• Կոնդենսատոր 50nF
• Կոնդենսատոր 100nF
• Կոնդենսատոր 100uF
• Կոնդենսատոր 220f
• x4 Կոնդենսատորներ 10uF

Քայլ 3. Պահանջներ 3/3 - Softwareրագրակազմ

Վերջին, բայց ոչ պակաս կարևոր, ձեզ հարկավոր է ծրագրակազմ.

• Quartus 15.1: Lite տարբերակ
• A C կոմպիլյատոր (օրինակ ՝ gcc)
• Altium PCB դիզայնի համար
• Altera- ի SoC- ն ներկառուցված փաթեթ է ՝ SoC քարտեզի հետ հաղորդակցվելու համար
• Մածիկ

Քայլ 4: Մուտքային միացում

Եկեք կառուցենք շրջանը: Օգտագործեք սխեմայի վերը նկարը, որպեսզի այն հավաքեք ձեր տախտակի վրա: Դուք նաև կտեսնեք BreadBoard- ի նկարը և ներսում գտնվող միացումը `տեսնելու, թե ինչպես են կապում կապերը: Ամբողջ միացումը սնուցվում է 5 Վ ուղղակի հոսանքով (DC): Դրա համար կարող եք օգտագործել 5V մարտկոց ՝ USB-B փոխարկիչով կամ գործառույթի գեներատորով:

Որոշ հիշեցումներ.

• 5 Վ էլեկտրամատակարարումը և գետինը միացված են տախտակի առանձին հորիզոնական գծերի վրա
• Եթե ցանկանում եք զուգահեռաբար միացնել 2 բաղադրիչ, դրանք դրեք տախտակի ընդհանուր գծի մեջ
• Եթե ցանկանում եք միացնել 2 սերիական բաղադրիչ, բաղադրիչները պետք է միայն մեկ կապում տախտակի ընդհանուր տողում:

Մի հապաղեք դիտել նվիրված ձեռնարկը, թե ինչպես օգտագործել հացահատիկը և դրա վրա միացում միացնել: Նաև մի մոռացեք ուշադիր կարդալ LM358P աուդիո ուժեղացուցիչի քորոցային դիրքը (տես վերևի նկարը)

Քայլ 5: Ելքային շղթա

Մոտավորապես նույն հրահանգները, ինչ Քայլ 4. Չորս մուտքագրումները ՝ SDI, ոչ CS, SCK, ոչ LDAC ձեր DE0-Nano-Soc Board- ից են: Հետագայում կտեսնենք, թե ինչպես են դրանք ստեղծվում:

Մի մոռացեք ուշադիր կարդալ LM386 Աուդիո ուժեղացուցիչի քորոցների դիրքերը (տես վերը նկարը)

Քայլ 6

Եթե դուք բախտավոր եք, որ ունեք տպատախտակների տպիչ կամ կարող եք օգտագործել այն, մենք պատրաստվում ենք ստեղծել մեր տպագիր տպատախտակները (PCB): Նշենք, որ այս քայլը պարտադիր չէ: Այս քայլը բաղկացած է միայն ձեր սխեման հացաթղթից PCB տեղափոխելու համար:

Ձեզ հարկավոր կլինեն այս 2 GERBER ֆայլերը:

Այս ֆայլերը պատրաստված են Altium- ի վրա: Օգտագործեք դրանք ձեր PCB տպիչի ծրագրակազմում `ձեր PCB տպելու համար: Ձեր PCB- ն ստանալուց հետո համոզվեք, որ ձեր PCB- ն մաքուր է և հետքերը ճիշտ տպված են:

Այժմ գալիս է իրական գործարքը. Oldոդում: Վերոնշյալ 2 նկարները PCB- ի սխեմայի քարտեզն են: Յուրաքանչյուր բաղադրիչ ունի անուններ (R6, C4, MK1 և այլն): 4 -րդ և 5 -րդ քայլերի նկարները ցույց են տալիս բաղադրիչների պարամետրերը (Դիմադրություն, հաղորդունակություն..): Տեղադրեք յուրաքանչյուր բաղադրիչ ձեր տախտակից մինչև PCB ՝ ըստ դրանց անունների:

Երբ ամեն ինչ կպցրեք ձեր եռակցման երկաթով, յուրաքանչյուր բաղադրիչ փորձարկեք վոլտմետրով `ստուգելու համար, արդյոք առկա է կարճ միացում:

Քայլ 7: SoC- ի կարգավորում

Ինչ վերաբերում է SoC- ի կարգավորմանը, ապա ձեզ հարկավոր է տերմինալում գործարկել SoC- ի ներկառուցված փաթեթում ներառված որոշ հրամաններ և սցենարներ: Դա անելու համար ձեզ հարկավոր է ավելացնել $ PATH: PATH- ն օգտագործվում է տերմինալի ներսում ՝ հրամանը գործարկելիս ֆայլ որոնել ճանապարհով տրված գրացուցակներում: Դա անելու համար մուտքագրեք հետևյալ հրամանի տողը.

արտահանել PATH =/cygdrive/c/altera_lite/15.1/quartus/sopc_builder/bin: $ PATH

Այնուհետև մուտքագրեք հրամանի տողը ՝ sof ֆայլից վերնագրեր ստեղծելու համար: Դուք ստանում եք sof ֆայլը ՝ կազմելով ձեր նախագիծը Quartus- ում: Դա անելու համար մուտքագրեք ՝./generate_header:

Քայլ 8. Cրագրավորում C HPS

Այս մասում մենք պետք է 2 բան գիտակցենք, այն է `կարդալ ADC- ի արժեքը և գրել SPI- ում:

1. Կարդացեք ADC- ի արժեքը

Հիշողության հասցեն, որում ADC- ն է պարունակվում, ուղղակիորեն հասանելի չէ, իրականում քարտի վրա առկա linux համակարգը ստեղծում է հիշողության վերացականություն: ADC հասցեն իսկապես մուտք գործելու համար մենք կօգտագործենք mmap գործառույթը:

"h2p_lw_spi_addr = վիրտուալ_բազա + ((երկար չստորագրված) (ALT_LWFPGASLVS_OFST + SPI_0_BASE) & (երկար չստորագրված) (HW_REGS_MASK));"

Այս հրահանգը թույլ է տալիս բազային հասցեի սկզբում ավելացնել օֆսեթ, որը կհասնի ADC- ի համար հատկացված հիշողության հասցեին և ստացված հասցեում կատարել տրամաբանություն ԵՎ հաշվի առնել քողարկումը:

Դրանից հետո միայն անհրաժեշտ կլինի ծրագրի ցուցիչն ուղղորդել դրա արժեքը ստանալու համար:

2. Գրեք ADC- ի արժեքը SPI- ում

Մանիպուլյացիան նույնական է, այս անգամ մենք mmap- ին տալիս ենք փոխհատուցում SPI- ի կողմից հատկացված հասցեով վայրէջք կատարելու համար: SPI- ում գրելիս տեխնիկական փաստաթղթերը սահմանում են, որ դուք պետք է +1 հասցեով գրեք հասցեի արժեքը:

"*(h2p_lw_spi_addr+1) = ((0x1 << 12) | *h2p_lw_adc_addr);"

Այս հրահանգը թույլ է տալիս գրել SPI- ին: Իրոք, 4 -րդ բիտը, այսինքն 1 << 12 -ը, այն բիթն է, որը թույլ է տալիս ակտիվացնել SPI- ն: Տրամաբանական OR- ով, հետևաբար, մենք տալիս ենք ինչպես ակտիվացման բիթը, այնպես էլ ADC- ի արժեքը SPI- ին:

Քայլ 9. ADC- ի թվային ձեռքբերում քարտից

Առաջին հերթին, դուք պետք է սահմանեք ձեր համակարգչի Ethernet IP հասցեն Control Panel -> Network -> Card Parmesals- ի միջոցով: Ընտրեք քարտի, սեփականության, ipv4 հասցեի ethernet ինտերֆեյսը և մուտքագրեք ֆիքսված IP, դիմակ և այլն…

Հաջորդը, միացրեք քարտը հոսանքի վարդակից միկրո USB մալուխի հետ: Բացեք Quartus ծրագրավորողը և գործարկեք արտահանումը: Այս մանիպուլյացիան կվերականգնվի քարտի յուրաքանչյուր անջատումից հետո:

Փոխեք միկրո USB միակցիչի մալուխը ՝ այս անգամ Ethernet վարդակի կողքին միանալու համար: Այժմ, Putty- ի հետ անհրաժեշտ կլինի միանալ քարտին սերիական հղումով: Կոնֆիգուրացիան տեսանելի է լուսանկարներում, գաղափարն այն է, որ COM5- ը փոխարինվի COM- ով, որին հաջորդում է այն համարը, որը կարող եք գտնել ձեր սարքի կառավարիչում (աջ սեղմեք պատուհանների պատկերանշանի վրա `այն բացելու համար):

Սեղմեք enter, դուք միացված եք:

Projectրագրի վերագործարկման մասին տեղեկություններ. Դա արվում է միկրո- USB պորտի միջոցով. Theրագրի արդյունքը ցուցադրելու համար մենք օգտագործում ենք ավելի շատ միկրո USB, բայց UART - putեփամածիկով, որը կազմաձևված է սերիական COM5- ի համար (կամ 6 ժամացույցի հղիություն) Միացեք քարտին: - Սահմանել գաղտնաբառ (passwd) - Սահմանել IP հասցե ifconfig ethxx IPchoice (IP- ն ոչ այնքան հեռու, որքան ԱՀ -ն) - Ստեղծեք վերնագիր ըստ Qsys- ի `տեղադրված տերմինալով (արտահանման ուղի) - կատարել քարտեզ - ծեփամածիկով կատարել prog

Քայլ 10: FFT հաշվարկ

Մեր C ծրագրում Fast Fourier Transform- ը ստանալու համար մենք կօգտագործենք Մարկ Բորգերդինգի գրած գրադարանը ՝ Kiss FFT: Գրադարանը կարող եք ներբեռնել այստեղ ՝ https://kissfft.sourceforge.net/: Ազդանշանի վրա FFT կիրառելը անհրաժեշտ է ազդանշանային էֆեկտները փոփոխելու և կիրառելու համար: Այն կարող է ծառայել նաև ազդանշանի սպեկտրի ցուցադրմանը:

Ձեր C ծրագրի առաջին քայլը բաղկացած է FFT արդյունքը պահելու համար հիշողություն հատկացնելուց: Հիշողության չափը կախված է FFT- ի հաշվարկման համար օգտագործվող կետերի քանակից: Որքան շատ միավորներ ունենաք, այնքան ավելի ճշգրիտ կլինի FFT- ը: Այնուամենայնիվ, ծրագիրը ավելի դանդաղ կաշխատի և ավելի շատ հիշողություն կկիրառի: Նկատի ունեցեք, որ kiss_fft գործառույթից կստանաք երկու զանգված ՝ գործառույթի մուտքն ու ելքը (cx_in և cx_out)

Երբ մեր զանգվածը լցվում է նոր FFT արժեքներով, այսինքն երբ r = Win - 1, մենք մշակում ենք FFT- ը: Ինչ վերաբերում է ցուցադրմանը, մենք ցուցադրում ենք միայն սպեկտրի դրական մասը, քանի որ կա բացասական և դրական մասի համաչափություն:

Ինչ վերաբերում է հորիզոնական առանցքին, մենք նվազեցնում ենք գագաթնակետի արժեքները 100*բարձրությամբ ((բարձրություն²) `հիմնական հաճախականությունների գագաթները տարբերելու համար:

Մենք օգտագործում ենք usleep համակարգի կանչը `ADC արժեքների համար ընթերցման հաճախականություն սահմանելու համար: Այս հաճախականությունը ներկայումս սահմանվում է 1, 5 Հց:

Քայլ 11: FFT- ի ցուցադրում

Հիմնվելով Adafruit TFT LCD էկրանին տրված օրինակին ՝ այստեղ հասանելի ՝ https://www.terasic.com/downloads/cd-rom/de0-nano-s… մենք ծրագրավորել ենք մեր խորհրդի NIOS- ը, որպեսզի նա կարողանա կարդալ ADC արժեքը:

Այսպիսով, ADC գրանցամատյանը կիսվում է NIOS- ի և HPS- ի միջև, որովհետև ADC- ի արժեքները կօգտագործվեն FFT- ը NIOS- ի էկրանին ցուցադրելու համար, և այդ նույն արժեքները կգրվեն SPI- ում, որպեսզի դուրս գան տախտակից և վերջապես փոխարկվեն: DAC- ի կողմից `անալոգային ազդանշան ստանալու համար:

Քայլ 12: Հավաքում

Մենք գրեթե ավարտված ենք: Դուք պետք է հավաքեք պրոյեկտորի յուրաքանչյուր մաս (մուտքի միացում, ելքային միացում և տախտակ): Համոզվեք, որ մասերը միացրեք ուղղիչ կապումներին ՝ ըստ Quartus Project- ի:

1. Մուտքային սխեման կուղարկի խոսափողի կողմից գրավված աուդիո ազդանշանը, ուժեղացված, զտված և անջատված:
2. Քարտի վրա առկա C ծրագիրը կկարդա ADC- ի արժեքները, ինչպես նախկինում տեսել ենք, և այն կգրի SPI- ում, որպեսզի կարողանանք վերականգնել քարտի GPIO- ի արժեքը:
3. Այնուհետև SPI- ի ելքային GPIO- ն կփոխանցի այն տեղեկատվությունը, որը կվերծանվի մեր DAC- ի կողմից և կամրապնդվի `աշխատելով հասնել բարձրախոսին:

Քայլ 13: Ձայնային էֆեկտներ

Մնում է միայն ձայնային էֆեկտները:

Մատչելի էֆեկտներն են.

• Բարձր հաճախականության ֆիլտր
• Lowածր հաճախականության ֆիլտր
• …

Կոճակի շնորհիվ կարող եք անցնել էֆեկտների միջև: Այս կոճակը կփոխի փոփոխական մեր C ծրագրում, այնպես որ կարող է կիրառել ճիշտ էֆեկտը:

Քայլ 14: [ԸՆՏՐՈԹՅՈ]Ն] Սաղավարտ պատրաստելը

Այստեղ մենք գտնվում ենք ծրագրի առավել ձեռքով քայլում.

1. Սկզբում մենք սոսնձեցինք սաղավարտի 3D տպված տարբեր մասերը:
2. Սոսնձված կտորների միջև բացերը լրացնելու համար մենք ավելացրեցինք ավարտ ՝ օգտագործելով 3D գրիչ:
3. Մենք փայլեցրինք գրիչով և սաղավարտով լցված միջանցքները ավելի ընդհանրապես, որպեսզի նկարը լավ պահի հետո:
4. Մենք սաղավարտը ներկեցինք 2 շերտով.
5. Վերջապես մենք տպեցինք մեր դպրոցի պատկերանշանը Սաղավարտի կողքին