Konkurenčni zvočni sistem: 5 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Konkurenčni zvočni sistem, zasnovan v tem projektu, deluje podobno kot zvočniški sistemi, ki se uporabljajo na regionalnih in državnih tekmovanjih v znanstvenih kroglicah. Ta projekt je bil navdihnjen z mojim sodelovanjem z ekipo srednje šole za znanstveno posodo tri leta. Vedno smo imeli željo, da bi s 5-sekundnim in 20-sekundnim časovnikom ustvarili zaklenjeni zvočni sistem.

Da bi dali nekaj ozadja o sistemu brenčal, so brenčalniki znanstvene posode programirani tako, da vnesejo največ 8 igralcev (z 8 ločenimi brenčalci). Ko pritisnete en zvočni signal, zasveti brenčalec prve osebe, ki označuje, kateri igralec je prejel vprašanje. Preostali predvajalniki bodo "zaklenjeni", kar pomeni, da se njihovi zvočniki ne bodo odzvali, dokler moderator ne ponastavi zvočnega sistema.

Ko moderator prebere vprašanja, pritisne gumb za zagon odštevalnika, ki bo prikazan na sedemsegmentnem zaslonu. Po vprašanju "prevračanje" lahko moderator pritisne desni gumb, da začne odštevanje od 5 sekund. Medtem pa lahko po "bonus" vprašanju moderator pritisne levi gumb za začetek odštevanja od 20 sekund. Ko časovnik doseže ničlo, bo zvočni signal pokazal, da je igralcu zmanjkalo časa.

Za ponastavitev sistema in odštevalnika lahko moderator pritisne osrednji gumb. Za ponastavitev mehanizma za zaklepanje in LED luči predvajalnika morajo biti stikala za igralca 1 in igralca 2 v nizkem položaju.

1. korak: Materiali

Potrebovali boste naslednje:

• Plošča Basys3 (ali enakovredna plošča FPGA)
• USB-kabel Micro-B
• Zvočnik (uporabil sem pasivni zvočnik)
• 2 žici
• Programska oprema za implementacijo na FPGA (uporabil sem Vivado)
• Konkurenčna sistemska datoteka Buzzer

2. korak: Shema črne škatle

Diagram črne škatle prikazuje vhode in izhode, ki bodo uporabljeni v tem sistemu zvočnikov.

VHODI:

player1, player2 Ti vhodi so povezani z dvema stikaloma na plošči Basys3. Za udobje se bosta uporabljali levo in skrajno desno stikalo.

reset Srednji gumb bo uporabljen za prikaz gumba za ponastavitev.

count_down_20_sec Levi gumb bo uporabljen za predstavitev 20-sekundnega časovnega gumba.

count_down_5_sec Desni gumb bo uporabljen za predstavitev 20-sekundnega časovnika. Če želite zagotoviti, da se zažene 20-sekundni in 5-sekundni časovnik, držite gumb pritisnjen, dokler sedemsegmentni zaslon ne prikaže časovnika.

CLK Plošča FPGA bo ustvarila uro, ki deluje s frekvenco 10 ns.

UČINKI:

zvočnik Izhod zvočnika je povezan z zunanjim zvočnikom ali zvočnikom. Zvočnik boste morali priključiti na vrata JA pmod na plošči Basys3. Ta korak bo opisan spodaj.

speaker_LED Ta izhod je povezan z LED na sredini plošče in bo samo pokazal, kdaj je izhod zvočnika FPGA visok. To lahko uporabite za testiranje zunanjega zvočnika. Upoštevajte, da nekatera vrata pmod morda ne bodo delovala dobro, zato lahko preizkusite drugačna in z LED -diodo preverite, ali mora biti zvočnik vklopljen.

SEGMENTI Ta izhod je povezan z osmimi posameznimi segmenti na sedem-segmentnem zaslonu, vključno z decimalno vejico.

DISP_EN Ta izhod je povezan s štirimi anodami na sedem-segmentnem zaslonu.

player_LED Ta izhod je 2-sveženjski signal, ki je povezan z LED diodami nad stikaloma player1 in player2. Prvi, ki bo obrnil ustrezno stikalo, bo označen z LED. Upoštevajte, da obe LED ne moreta vklopiti hkrati.

3. korak: Priključite zunanji zvočnik

Če želite zunanji zvočnik priključiti na ploščo Basys3, vzemite dve žici in ju pritrdite, kot je prikazano na zgornji sliki. Bela črta povezuje negativni priključek zvočnika z ozemljitvenimi vrati na plošči. Rdeča črta povezuje pozitivni priključek zvočnika z vrati pmod JA10 na plošči.

Datoteka omejitev je zasnovana tako, da bi morala delovati vsa vrata od JA1 do JA10. Nekateri zatiči na plošči pa se ne odzivajo, zato, če JA10 ne deluje, lahko poskusite z drugimi vrati.

4. korak: Strukturni diagram

Zgornja slika prikazuje strukturni diagram konkurenčnega sistema zvočnikov, ki vključuje vse komponente, ki sestavljajo glavni modul. Njihovi opisi so naslednji:

player_lockout_LED1 Komponenta LED za zaklepanje predvajalnika je stroj s končnim stanjem, ki uporablja enkratno kodiranje. Ima štiri vhode: player1, player2, reset in CLK. Vsebuje 2-bitni izhodni paket player_LED. Vsi vhodi in izhodi komponente player_lockout_LED1 so neposredno povezani z istoimensko imenovanimi vhodi in izhodi glavnega modula.

buzzer_tone1 Komponenta brenčalnika temelji na tej kodi, objavljeni na forumu

stackoverflow.com/questions/22767256/vhdl-… Vendar pa je bil spremenjen tako, da oddaja neprekinjen zvok s frekvenco 440 Hz (opomba). Omogočen vhod je povezan s signalom buzzer_enable, ki je izhod komponente down_counter_FSM1.

clk_div1 Komponenta delilnika ure je spremenjena različica delilnika ure profesorja Bryana Mealyja na PolyLearnu. Ura upočasni, zato je izhodno obdobje 1 sekunda.

down_counter_FSM1 Števec navzdol je FSM, zasnovan za odštevanje do nič. Dva možna začetna časa sta 20 ali 5, ki ju izbere uporabniški vnos. Ko časovnik doseže ničlo, prikaže "1", kar pomeni, da je čas potekel. Ta izhod deluje kot omogočanje komponente zvočnega signala. Števec oddaja tudi 8-bitni signal svežnja, ki pošlje 8-bitno BCD, ki je poslana segmentnemu dekoderju. Drug izhod je counter_on, ki je prav tako povezan z veljavnim vhodom na segmentnem dekoderju.

sseg_dec1 Sedem-segmentna dekodirna komponenta je na voljo na PolyLearnu in jo je napisal profesor Bryan Mealy. Uporablja vhod BCD, ki ga posreduje down_counter_FSM1, in na sedemsegmentnem zaslonu prikaže decimalni ekvivalent. Ko je števec vklopljen, je veljaven vnos visok. To omogoča dekoderju, da prikaže decimalno število na sedem-segmentnem zaslonu. Ko je števec izklopljen, je veljaven vnos nizek. Zaslon s sedmimi segmenti bo nato prikazal le štiri pomišljaje.

5. korak: Shema končnega stanja stroja (FSM)

Seznam občutljivosti za končni avtomat vključuje player1, player2, reset in uro. Izhod FSM je 2-bitni paketni predvajalnik_LED, povezan z dvema LED diodama na plošči Basys3. Stroj končnega stanja prikazuje naslednja tri stanja:

ST0 je stanje zagona. V tem stanju sta dve LED diodi izklopljeni. FSM bo ostal v tem stanju, če sta tako igralec1 kot igralec2 nizka. Asinhrona ponastavitev tudi stanje nastavi na ST0. Ko je stikalo player1 nastavljeno na visoko, bo naslednje stanje ST1. Če je stikalo player2 nastavljeno na visoko, bo naslednje stanje ST2.

ST1 je stanje, pri katerem sveti LED predvajalnika1. FSM ostane v tem stanju za vsak vnos. To pomeni, da bo tudi, ko je stikalo player2 nastavljeno na visoko takoj po stikalu player1, ostalo v ST1. Samo asinhrona ponastavitev lahko naslednje stanje nastavi na ST0.

ST2 je stanje, za katerega je vklopljena LED lučka player2. Podobno kot ST !, FSM ostane v tem stanju za kateri koli vhod, tudi če je stikalo player1 nastavljeno na visoko takoj po stikalu player2 visoko. Tudi samo asinhrona ponastavitev lahko naslednje stanje nastavi na ST0.