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基于FPGA的可选择不同频率的音频发生器设计方案

2018年02月08日 03:45 次阅读

EDA技术是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产品的自动设计。对于传统的电子设计是一种突破和变革,一种“自上而下”的设计理念让电路的设计变得相对简单而且高效。本文采用Altera Cyclone ||系列FPGA 实现可选择音频发生器,以实现声乐中的几种不同频率的声音。

声音的产生是由于发声物体以一定的频率振动,带动周围的空气振动,使动耳朵内的听小骨一起振动,这些振动被转换为微弱的电子脑波,它就使我们觉察到了声音。不同的发声物体(声源)音色不同。声源振动的快慢不一样即产生的频率不一样,故有高音、低音、中高音、中低音等区分。由于声源振动的幅度大小不一样,所以我们听到的声音有大小的区分。本文主要通过对输入的时钟频率按不同的分频比进行分频,以达到产生不同频率的声音。

1 音频发生器基本原理及顶层设计

音频发生是基于声音的发生原理,利用外部晶振输入固定的频率(12MHz),由内部进行不同的分频得到,由于从数控分频器出来的信号是脉冲极窄的脉冲信号,为了能有效的驱动扬声器,需要外加一个D触发器以便于均衡占空比,这样出来的信号的频率就只有原信号的一半(6MHz)。

本音频发生器主要实现两个功能,通过按键选择。功能一可以通过按键让喇叭发出不同频率的声音,功能二可以预播放预设置的音频。

2 底层模块设计

基于FPGA的可选择不同频率的音频发生器设计方案

图1 音频发生器顶层各模块连接图

2.1 按键模块

由于本模块可以实现13个不同的音调(7个低音,6个高音),所以在按键模块有13个拨码开关输入,采用编码的方式把13中不同的编码转换为4为的数据输出。为了同步于自动播放的模块,本模块与自动模块采用同一时钟信号(8Hz),以上升沿触发的形式触发得到按键的输入。

2.2 信号选择模块

由于本模块可以实现自动播放于手动输入音调的功能,为此为了能实现单一的信号输入,必须在音频信号处理之前对输入的信号给予选择。此模块有三个信号输入,一个信号选择短,两个输入信号。还有一个信号输出端,对于选中的信号直接输出。

2.3 自动信号产生模块

由于本模块可以实现自动播放内置歌曲的功能,所以必须要有一个模块来产生播放信号,此模块由8Hz 时钟输入,以计时器的方式产生4位的信号输出。
       
2.4 译码模块

此模块的输入由选择器的输出的得,由于选择的输出是4位数据,所以需要由此模块进行译码以判断输出的高音/ 低音,也便把输入的数据输出显示,并且的到分频比以便于用于下一模块的分频。
2.5 分频模块

此模块有输入12MHz时钟频率,由输入的4位总线型数据控制对12MHz的信号进行不同比例的分频,然后经D触发器进行脉冲展宽,使扬声器有足够的功率发音。
如:将PreCLK为CLK的16分频
    DivideCLK : PROCESS(clk)
       VARIABLE Count4 : STD_
LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0) ;
       BEGIN
          PreCLK 11 THEN PreCLK

基于FPGA的可选择不同频率的音频发生器设计方案


经过仿真,证实系统方案可行。

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发表于 2018-02-27 11:55 483次阅读
英特尔发售业内首款基于58G PAM4 技术的F...

针对Linux BSP开发的Petalinux,...

本实验工程将介绍如何利在赛灵思异构多处理器产品系列 Zynq UtralScale+ MPSoC ...

发表于 2018-02-27 11:01 4883次阅读
针对Linux BSP开发的Petalinux,...

基于FPGA的改进型FIR滤波器的实现

FIR数字滤波器在数字信号处理的过程中有很好的线性相位和稳定性,被广泛应用于音频处理、语音处理、信息...

发表于 2018-02-26 18:44 228次阅读
基于FPGA的改进型FIR滤波器的实现

从EasyEDA到立创EDA,国产电路设计软件到...

作为一款以“一个易用的工具来连接工程师与供应链,降低学习门槛,为工程师节约时间”为宗旨的EDA工具。...

发表于 2018-02-26 13:36 183次阅读
从EasyEDA到立创EDA,国产电路设计软件到...

如何经济的设计一个新的芯片

我们最近与Bunny Huang进行了有趣的交流,他是硬件大师以及Chumby,NetTV和Nove...

发表于 2018-02-24 10:53 931次阅读
如何经济的设计一个新的芯片

SoC FPGA的DSP能力应对新兴的小型基站需...

虽然推动业界向小型基站转变的因素众多,但可能最重要的是,消费者想要随时随地都能快速有效地连接到服务提...

发表于 2018-02-20 09:21 1300次阅读
SoC FPGA的DSP能力应对新兴的小型基站需...

基于QPSK数字调制解调的FPGA实现

随着FPGA技术的发展,数字通信技术与FPGA的结合体现了现代数字通信系统发展的一个趋势。为了使高速...

发表于 2018-02-20 07:50 1308次阅读
基于QPSK数字调制解调的FPGA实现

FPGA基础知识及其工作原理与基本的功能块案例

高端设计工具为少有甚是没有硬件设计技术的工程师和科学家提供现场可编程门阵列(FPGA)。无论你使用图...

发表于 2018-02-17 19:38 1794次阅读
FPGA基础知识及其工作原理与基本的功能块案例

基于FPGA的多通道频率测量系统设计方案介绍

FPGA及其外围电路是整个测量系统的核心。外围电路包括以下几个部分:1)电源转换电路,将5V电源转换...

发表于 2018-02-17 03:02 110次阅读
基于FPGA的多通道频率测量系统设计方案介绍

Stratix IV内嵌DPA电路的基本结构分析

不论从哪个角度看,今天的现场可编程门阵列(FPGA),都显得鹤立鸡群,真是非常棒的器件。如果在这个智...

发表于 2018-02-16 17:38 2836次阅读
Stratix IV内嵌DPA电路的基本结构分析

低成本FPGA中实现动态相位调整方案

在FPGA中,动态相位调整(DPA)主要是实现LVDS接口接收时对时钟和数据通道的相位补偿,以达到正...

发表于 2018-02-16 17:32 1495次阅读
低成本FPGA中实现动态相位调整方案

FPGA和多DSP的高速视觉测量系统

随着检测节点的增多,视觉测量系统需要处理的数据量也不断增大,对视觉测量系统的测量速度提出了更高的要求...

发表于 2018-02-10 13:21 311次阅读
FPGA和多DSP的高速视觉测量系统

基于FPGA的实时视频图像采集处理系统

设计了一种基于FPGA的实时视频图像采集处理电路系统。采用FPGA作为整个系统的控制和图像数据处理中...

发表于 2018-02-10 02:43 640次阅读
基于FPGA的实时视频图像采集处理系统