Kurs FPGA Lattice (16). Generowanie dźwięków

Dominik Bieczyński

Kursy

FPGA-CPLD-SPLD

12 lutego 2024

1051

W tym oraz kolejnym odcinku kursu sporządzimy odtwarzacz dzwonków podobny do tego, jaki był dostępny w telefonach Nokia 3310. Nauczymy się odtwarzać różne dźwięki, a w kolejnej części poznamy bloki pamięci EBR i wykorzystamy je do odtwarzania melodii.

Poprzednia część

Spis treści

Następna część

1. Kurs FPGA Lattice (1). Wstęp 2. Kurs FPGA Lattice (2). Pierwszy projekt 3. Kurs FPGA Lattice (3). Podstawy języka Verilog 4. Kurs FPGA Lattice (4). Generator, dzielnik i licznik 5. Kurs FPGA Lattice (5). IPExpress i inne gotowce 6. Kurs FPGA Lattice (6). Parametry i ćwiczenia 7. Kurs FPGA Lattice (7). Analizator logiczny Reveal 8. Kurs FPGA Lattice (8). Symulacja w EDA Playground 9. Kurs FPGA Lattice (9). Wyświetlacz multipleksowany 10. Kurs FPGA Lattice (10). Klawiatura matrycowa i maszyna stanów 11. Kurs FPGA Lattice (11). Statyczna analiza czasowa i maksymalna częstotliwość zegara 12. Kurs FPGA Lattice (12). Symulacja w Icarus Verilog i GTKWave 13. Kurs FPGA Lattice (13). Wyświetlacz LCD multipleksowany 14. Kurs FPGA Lattice (14). Enkoder obrotowy 15. Kurs FPGA Lattice (15). Pamięć EBR 16. Kurs FPGA Lattice (16). Generowanie dźwięków 17. Kurs FPGA Lattice (18). Nadajnik UART 18. Kurs FPGA Lattice (19). Odbiornik UART 19. Kurs FPGA Lattice (20). 14-segmentowy wyświetlacz LCD 20. Kurs FPGA Lattice (21). Terminal UART z 14-segmentowym wyświetlaczem LCD 21. Kurs FPGA Lattice (22). Sekwencyjny algorytm Double Dabble 22. Kurs FPGA Lattice (23). Kombinacyjny algorytm Double Dabble 23. Kurs FPGA Lattice (24). Miernik częstotliwości 24. Kurs FPGA Lattice (25). Direct Digital Synthesis 25. Kurs FPGA Lattice (26). Slave SPI

Rozwiń cały spis treści Zwiń spis treści

Czy fotografia otwierająca przywołuje w Tobie wspomnienia? Dla mnie ten projekt okazał się bardzo nostalgiczny – 20 lat temu, kiedy byłem dzieciakiem w gimnazjum, przez całe godziny wklepywałem różne kody w kompozytorze dzwonków na Nokii 3310 (oprócz grania w Snake’a oczywiście!). W raczkującym wówczas Internecie można było znaleźć strony, na których znajdowały się tysiące najróżniejszych melodii. Niektóre z tych witryn istnieją do dzisiaj, a kompozycje ówczesnych wirtuozów piszczących melodyjek posłużą nam, by nauczyć się czegoś nowego na temat FPGA.

Projekt podzielony będzie na dwie duże części. Pierwszą będzie moduł odpowiedzialny za odtwarzanie pojedynczych nut. Każdą z nich można scharakteryzować za pomocą dwóch wartości liczbowych – częstotliwości dźwięku oraz czasu trwania. Moduł odtwarzający nuty będzie sygnalizował, kiedy jest zajęty, a kiedy gotowy do odtworzenia kolejnej nuty.

W drugiej części opracujemy moduł nadrzędny, wyposażony w przyciski Start i Stop, a także pamięć, w której będą zapisane nuty melodii. Po wciśnięciu Start moduł nadrzędny będzie odczytywał kolejne nuty z pamięci i przekazywał je do modułu odtwarzającego pojedyncze dźwięki tak długo, aż melodia się skończy lub zostanie wciśnięty przycisk Stop. W ten sposób poznamy metodę, jak zgrać ze sobą dwa moduły, gdzie praca jednego jest uzależniona od funkcjonowania drugiego.

Ponadto, co najważniejsze, poznamy różne sposoby implementacji pamięci w układach FPGA MachXO2. Dodatkowo na multipleksowanym wyświetlaczu LED, który poznaliśmy w 9 odcinku kursu, wyświetlać będziemy długość trwania nuty oraz jej czas półokresu na potrzeby debugowania układu.

W roli głośnika wykorzystamy prosty i niedrogi brzęczyk. Na płytce User Interface Board, współpracującej z MachXO2 Mega. Pin Buzzer został połączony z linią 28 układu FPGA. Stan wysoki sygnału Buzzer powoduje otwarcie się tranzystora T90, w związku z czym przez niego (a więc i przez cewkę głośnika) płynie prąd. Otwarcie i zamknięcie tranzystora powoduje „pyknięcie” głośnika. Kiedy „pyknięcia” zdarzają się z odpowiednio dużą częstotliwością, nasze uszy odbierają je jako dźwięk – strasznie piszczący i niezbyt przyjemny, ale jakość dźwięku nie jest priorytetem w kursie FPGA.