Konkurentsivõimeline helisüsteem: 5 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Selles projektis välja töötatud konkurentsivõimeline helisüsteem töötab sarnaselt piirkondlikel ja riiklikel teadusringide võistlustel kasutatavate summeritega. See projekt oli inspireeritud minu kaasamisest oma keskkooli teaduskausi meeskonnaga kolmeks aastaks. Meil on alati olnud soov 5-sekundilise ja 20-sekundilise taimeriga lukustussummer uuesti luua.

Summurisüsteemi taustastamiseks on teaduskausi helisignaalid programmeeritud sisestama maksimaalselt 8 mängijat (8 eraldi helisignaaliga). Kui ühte helisignaali on vajutatud, süttib esimese inimese helisignaal, mis näitab, milline mängija saab küsimuse. Ülejäänud mängijad lukustatakse, mis tähendab, et nende helisignaalid ei reageeri enne, kui moderaator sumiseja süsteemi lähtestab.

Kui moderaator on küsimused läbi lugenud, vajutab ta nuppu, et käivitada taimer, mis kuvatakse seitsme segmendi ekraanil. Pärast "viskamise" küsimust saab moderaator vajutada paremat nuppu, et alustada loendamist 5 sekundist. Vahepeal saab moderaator pärast "boonus" küsimust vajutada vasakpoolset nuppu, et alustada loendamist 20 sekundilt. Kui taimer jõuab nulli, näitab helisignaal, et mängijal on aeg otsa saanud.

Süsteemi ja loenduri taimeri lähtestamiseks võib moderaator vajutada keskmist nuppu. Lukustusmehhanismi ja mängija LED -de lähtestamiseks peavad mängija 1 ja 2 lülitid olema madalal.

Samm: materjalid

Teil on vaja järgmist:

• Basys3 -plaat (või samaväärne FPGA -plaat)
• Micro-B USB-kaabel
• Kõlar (kasutasin passiivset kõlarit)
• 2 juhet
• Tarkvara, mida FPGA -l rakendada (kasutasin Vivadot)
• Konkureeriv helisüsteemifail

2. samm: musta kasti skeem

Musta kasti diagramm näitab sisendeid ja väljundeid, mida selles helisüsteemis kasutatakse.

SISENDID:

player1, player2 Need sisendid on ühendatud kahe lülitiga Basys3 tahvlil. Mugavuse huvides kasutatakse vasakpoolset ja parempoolset lülitit.

lähtestamine Kesknuppu kasutatakse lähtestusnupu tähistamiseks.

count_down_20_sec Vasakpoolset nuppu kasutatakse 20-sekundilise taimerinupu tähistamiseks.

count_down_5_sec Parempoolset nuppu kasutatakse 20-sekundilise taimerinupu tähistamiseks. Nii 20-sekundilise kui ka 5-sekundilise taimeri käivitumise tagamiseks hoidke nuppu all, kuni seitsme segmendi ekraanil kuvatakse taimer.

CLK FPGA -plaat genereerib kella, mis töötab sagedusega 10 ns.

VÄLJUNDID:

kõlar Kõlarite väljund on ühendatud välise summeri või kõlariga. Peate kõlari ühendama Basys3 plaadi JA pmod portidega. Seda sammu kirjeldatakse allpool.

Kõlar_LED See väljund on ühendatud tahvli keskel asuva LED -iga ja näitab lihtsalt, kui FPGA kõlarite väljund on kõrge. Saate seda kasutada välise kõlari testimiseks. Pange tähele, et mõned pmod -pordid ei pruugi hästi töötada, nii et saate proovida erinevaid ja kontrollida LED -i abil, kas kõlar peaks olema sisse lülitatud.

SEGMENDID See väljund on ühendatud seitsme segmendi kuvari kaheksa eraldi segmendiga, sealhulgas kümnendkohaga.

DISP_ET See väljund on ühendatud seitsme segmendi kuvari nelja anoodiga.

player_LED See väljund on 2-kimpuline signaal, mis on ühendatud mängija 1 ja mängija 2 lülitite kohal olevate LED-idega. LED -i näitab esimene mängija, kes vastavat lülitit pöörab. Pange tähele, et mõlemad LED -id ei saa üheaegselt põleda.

Samm: ühendage väline kõlar

Välise kõlari ühendamiseks Basys3 plaadiga võtke kaks juhtmest ja ühendage need ülaltoodud pildil näidatud viisil. Valge joon ühendab kõlari negatiivse klemmi plaadi maanduspordiga. Punane joon ühendab kõlari positiivse klemmi JA10 pmod pordiga plaadil.

Piirangute fail on loodud nii, et kõik pordid JA1 -st JA10 -ni peaksid töötama. Kuid mõned tahvli tahvlid ei reageeri, nii et kui JA10 ei tööta, võite proovida teisi porte.

Samm: struktuuriskeem

Ülaltoodud pilt näitab konkureeriva helisüsteemi struktuuriskeemi, mis sisaldab kõiki põhimooduli komponente. Nende kirjeldused on järgmised:

player_lockout_LED1 Mängija lukustuse LED-komponent on piiratud olekuga masin, mis kasutab ühekujulist kodeerimist. Sellel on neli sisendit: mängija1, mängija2, lähtestamine ja CLK. See sisaldab 2-bitist kimbu väljundit player_LED. Kõik komponendi player_lockout_LED1 sisendid ja väljundid on kõik otse ühendatud põhimooduli identsete sisendite ja väljunditega.

buzzer_tone1 Sumina komponent põhineb sellel foorumisse postitatud koodil

stackoverflow.com/questions/22767256/vhdl-… Seda muudeti aga nii, et väljastatakse pidev heli sagedusega 440 Hz (märkus). Lubamise sisend on ühendatud signaaliga buzzer_enable, mis on komponendi down_counter_FSM1 väljund.

clk_div1 Kellajaotuskomponent on professor Bryan Mealy kellajaguri muudetud versioon, mis on saadaval PolyLearnil. See aeglustab kella, nii et väljundperiood on 1 sekund.

down_counter_FSM1 Allapoole loendur on FSM, mis on loodud loendamiseks nullini. Kaks võimalikku algusaega on 20 või 5, mille valib kasutaja sisend. See väljastab '1', kui taimer on jõudnud nulli, mis näitab, et aeg on otsa saanud. See väljund lubab summeri toonikomponendi. Loendur väljastab ka 8-bitise kimbu signaali, mis saadab 8-bitise BCD, mis saadetakse segmendi dekoodrile. Teine väljund on counter_on, mis on samuti ühendatud segmendi dekoodri kehtiva sisendiga.

sseg_dec1 Seitsme segmendiga dekoodri komponent on saadaval saidil PolyLearn ja selle on kirjutanud professor Bryan Mealy. See kasutab BCD sisendit, mida pakub down_counter_FSM1, ja väljastab kümnendekvivalendi seitsme segmendi ekraanil. Kui loendur on sisse lülitatud, on kehtiv sisend kõrge. See võimaldab dekoodril kuvada kümnendnumbrit seitsme segmendi ekraanil. Kui loendur on välja lülitatud, on kehtiv sisend madal. Seejärel kuvatakse seitsme segmendi ekraanil ainult neli kriipsu.

Samm 5: Finite State Machine (FSM) diagramm

Piiratud olekuga masina tundlikkuse loend sisaldab mängija1, mängija2, lähtestamist ja kella. FSM-väljund on 2-bitine kimbu mängija_LED, mis on ühendatud kahe LED-iga Basys3 tahvlil. Piiratud oleku masin näitab järgmisi kolme olekut:

ST0 on algusolek. Selles olekus lülitatakse kaks LED -i välja. Mikroneesia jääb sellesse olekusse, kui mängija 1 ja mängija 2 on madalad. Asünkroonne lähtestamine seab ka olekuks ST0. Kui mängija1 lüliti on kõrgele seatud, on järgmine olek ST1. Kui mängija2 lüliti on kõrgel, on järgmine olek ST2.

ST1 on olek, mille korral mängija1 LED -tuli põleb. Mikroneesia jääb sellesse olekusse iga sisendi jaoks. See tähendab, et isegi kui mängija2 lüliti on vahetult pärast seda, kui mängija1 lüliti on kõrgel, seatakse kõrgele, jääb see ST1 -sse. Ainult asünkroonne lähtestamine saab määrata järgmise oleku olekuks ST0.

ST2 on olek, mille korral mängija2 LED -tuli põleb. Sarnaselt ST! -Le jääb FSM sellesse olekusse iga sisendi puhul, isegi kui mängija 1 lüliti on vahetult pärast seda, kui mängija 2 lüliti on kõrgel. Jällegi saab ainult asünkroonse lähtestamise korral määrata järgmise oleku väärtuseks ST0.