Synthétiseur de musique basé sur DE0-Nano-SoC : 5 étapes (avec images)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Synthétiseur de musique

Ce synthétiseur musical est assez simple: il suffit de souffler, de chanter, voire de jouer de la musique devant le micro, et le son sera modulé et envoyé via le haut-parleur. Son spectre apparaîtra également sur l'écran LCD. Le Music Synthesizer existe en deux versions: vous pouvez choisir de l'implémenter sur un PCB, ou si vous ne pouvez pas, un simple Breadboard fera l'affaire.

Étape 1: Matériel nécessaire et recommandations

Pour mettre en œuvre ce système, vous aurez besoin des éléments suivants:

• une carte DE0-Nano-SoC
• un écran LCD LT24 de Terasic
• un micro à électret
• un haut-parleur de base à deux fils (masse et alimentation)
• un fil Ethernet
• un PCB ou une maquette
• un fer à souder et un graveur PCB, si vous décidez d'implémenter le synthétiseur sur un PCB
• une batterie et son connecteur USB (en option)
• un amplificateur de puissance LM386
• un convertisseur numérique/analogique MCP4821
• un convertisseur de tension à condensateur commuté LT1054
• un régulateur réglable LM317
• 7 AOP TL081 (DIP-8)
• un AOP TL082 (DIP-8)
• un transistor 2N5432
• une diode 1N4148
• 17 condensateurs polarisés 10 µF
• un condensateur de 1µF
• 5 condensateurs 100nF
• un condensateur de 680nF
• un condensateur de 100 µF
• un condensateur de 2,2 µF
• un condensateur polarisé 1000+µF (4400 par exemple)
• un condensateur polarisé de 220 µF
• un condensateur de 0,05 µF
• 4 résistances de 100 Ohms
• 1 résistance 2.2kOhms
• 1 résistance de 10kOhms
• 1 résistance de 470 Ohms
• 1 résistance 1,8kOhms
• 1 résistance 1MOhm
• 1 résistance de 150 Ohms
• 4 résistance 1500 Ohm

N'oubliez pas que vous aurez peut-être besoin de plus de composants que prévu.

Nous vous recommandons également fortement de posséder des connaissances de base en électronique et en conception de SoC avant de commencer ce projet

Étape 2: Conseil d'acquisition

Maintenant que vous avez tout ce dont vous avez besoin, commençons par réaliser la carte d'acquisition. Le microphone capte les sons proches, puis le signal est filtré par un filtre passe-bas afin de l'échantillonner (et ainsi respecter le théorème de Shannon) avant d'être amplifié et finalement enregistré par le DE0.

Si vous connaissez Altium Design Software et avez accès à un graveur de PCB, il vous suffit de reproduire le schéma montré dans l'image ci-dessus, et de placer les composants comme nous l'avons fait dans la deuxième image. Sinon, vous pouvez simplement recréer ce circuit sur une maquette.

Dans les deux cas, les valeurs des résistances, évidemment données en Ohms, et les valeurs des condensateurs, données en Farads, sont les suivantes:

• R4: 2,2k
• R5: 10k
• R6 et R7: 100
• R3: 470
• R1 et R2: 18 (ces résistances sont utilisées pour ajuster la tension de sortie qui devrait être de 2V donc ces valeurs peuvent être légèrement différentes pour vous)
• R8: 1.8k
• R9: 1M
• R10: 150
• R11, R12, R14 et R15: 1,5k
• Déc1: 2.2µ
• Déc2: 100µ
• Déc3: 100n
• Déc4: 1µ
• Dec5, Dec6, Dec7, Dec8, Dec9, Dec10, Dec11, Dec12, Dec13, Dec14: 1µ
• Déc15: +1000µ (4400 par exemple)
• C1: 10µ
• C2: 1µ
• C3 et C4: 100n
• C5: 1µ

Nous en avons fini avec le tableau d'acquisition !

Étape 3: Carte de sortie audio

Pouvoir enregistrer des sons c'est bien, mais pouvoir les reproduire c'est encore mieux ! Ainsi, vous aurez besoin d'une carte de sortie audio, composée simplement d'un convertisseur numérique/analogique, d'un filtre de lissage, d'un amplificateur de puissance et d'un haut-parleur.

Bien sûr, vous pouvez toujours reproduire le circuit sur un PCB (et placer les composants comme indiqué dans la deuxième image) ou sur une maquette. Dans les deux cas, voici les valeurs pour les condensateurs et les résistances:

• R1 et R2: 100
• R3 et R4: fils
• R5: 10
• C1: 1µ
• C2, C3, C5, C6, C7, C9: 100µ (polarisé)
• C4 et C8: 100n
• C10: 0,05 µ
• C11: 250µ

Nous en avons fini avec la sortie audio, passons donc au logiciel !

Étape 4: Projet Quartus

Pour simplifier les choses, nous avons décidé de partir du projet "my first-hps-fpga" fourni dans le CD-ROM inclus avec le DE0-Nano-SoC. Il vous suffit d'ouvrir ce projet et de lancer "Platform Designer" ou "Qsys" depuis la barre d'outils, et de reproduire le projet ci-dessus. Ensuite, générez le design et compilez avec Qsys (voir les démonstrations pour plus de détails).

Étape 5: Profitez

Maintenant que les fichiers HDL sont générés, il ne vous reste plus qu'à lancer le projet Quartus. Pour cela, branchez le câble USB dans le connecteur USB (JTAG) du DE0-Nano-Soc. Ensuite, sélectionnez Outils > Programmation sur Quartus. Cliquez sur Détection automatique, puis sélectionnez la deuxième option. Ensuite, cliquez sur le périphérique FPGA (le second), puis sur "Changer de fichier" et sélectionnez le fichier.sof précédemment généré. Enfin, cliquez sur la case à cocher "Programmer/Configurer" et cliquez sur le bouton "Démarrer" pour lancer le fichier.

Enfin, téléchargez le code C suivant dans la mémoire DE0. Pour cela, installez Putty sur un PC (Linux), reliez-y la carte via une connexion Ethernet et en branchant le câble USB sur le connecteur USB (UART) de DE0. Lancez et configurez Putty avec un débit en bauds de 115 200, aucune parité, un bit d'arrêt et aucun paramètre de contrôle de flux. Ensuite, forcez une adresse IPv4 fixe sur le port Ethernet de votre PC, entrez "root" sur Putty shell, puis "ifconfig eth0 192.168. XXX. XXX" et "password" suivi d'un mot de passe. Ouvrez un shell sur votre PC, accédez au référentiel du projet et entrez "scp myfirsthpsfpga [email protected]. XXX. XXX:~/". Finalement, sur le shell Putty, entrez "./myfirsthpsfpga". Prendre plaisir !