吉他校音器的设计与制作.doc

2012年北京市职业院校技能大赛“电子产品设计及制作（FPGA）”项目竞赛试题题目: 吉他调音器的设计与制作一、任务按赛题要求，利用所发的技术资料、元器件及器材完成吉他调音器的设计、装调和技术文件撰写任务；进行FPGA的顶层软件设计，完成吉他调音器的规定功能。1根据所给资料分析吉他调音器的工作原理和功能要求。2根据赛题所给的吉他调音器原理图和印刷线路板约束条件，利用Protel-DXP或Altium软件绘制吉他调音器的印刷线路板图。3完成组委会提供的印刷线路板焊接任务。4利用组委会提供的机箱完成简单的结构设计，包括开关、变压器、电路板、插座的安装及机内走线的规划。5完成吉他调音器整机的安装与调试，使其达到规定的技术指标。6完成FPGA顶层软件的设计，使其达到规定的功能要求。7编写设计文件：包括电路原理图、印刷线路板图、程序结构说明和程序清单。8编写工艺文件：包括工艺流程图、元器件清单、电气安装连接图(表)、调试工作单、仪器仪表明细表和使用说明书。二、功能要求与技术指标1原理说明吉他，又叫六弦琴，是被人们广泛喜爱的一种乐器。吉他由琴头、琴颈、琴身组成，在琴颈上从左至右排列着六根弦，最左边叫6弦，最右边叫1弦。在琴头上有6个弦钮，可分别调节6跟弦的松紧，弦的松紧程度决定了弦的振动频率，也就决定了吉他的音准。音准是吉他调节的核心问题，一把吉他只有音准了才能弹出美妙的音乐。吉他的调音需要有一定经验的吉他手才能完成。吉他调音器通过检测吉他弦发音的频率来指示调音的过程，可以让非专业人员也能调出很高的音准。按照国际标准，吉他各弦空弦时应调节的具体频率是：1弦：330HZ2弦：247HZ3弦：196HZ4弦：147HZ5弦：110HZ6弦： 82HZ 注：空弦是指板上不按任何品上的音吉他拾音器可以安装在吉他音孔上，检测琴弦的振动频率，其输出信号经放大后，经过A/D转换进入FPGA，由FPGA检出频率后在数码管上显示。2功能实现吉他调音器由吉他拾音器、音频信号放大电路、A/D转换电路、FPGA控制电路、数码管显示与键盘电路等几部分组成。FPGA控制部分采用Xilinx公司的XC6SLX9-TQG144为主控芯片；A/D转换采用SPI通讯接口的4路12位转换芯片AD7991；数码管显示和键盘由FPGA直接控制。 印刷线路板绘制根据赛题所给的吉他调音器原理图和印刷线路板约束条件，利用Protel-DXP或Altium软件绘制吉他调音器的印刷线路板图。仔细阅读赛题所附的原理图，在给定的吉他调音器外壳（如右图所示，具体尺寸用直尺或游标卡量测）里，设计印刷线路板。原理图中各元器件库文件在所发U盘的JingSai.PcbLib文件中。 吉他调音器的装调吉他调音器的装调工作要求在如右图所以的机箱中完成。安装套件包括机箱、电源模块、前面板、后面板、训练板DCP-100-LX9（FPGA核心板）、训练板CGQ-001-A（差动放大电路）、训练板DCP-106-A（串口A/D转换电路）、训练板DCP-102-A（数码管显示和键盘电路板）、以及必需的电气附件。其中DCP-106-A（串口A/D转换电路板）为散件，需参赛队员自己焊接。参赛队员需自行完成吉他调音器机箱内的结构设计和装调工作。成品的训练板DCP-100-LX9（FPGA核心板）、训练板CGQ-001-A（差动放大电路）、训练板DCP-102-A（数码管显示和键盘电路板）采用参赛队自带的线路板。吉他调音器的前面板需安装训练板DCP-102-A（数码管显示和键盘电路板）和电源开关。前面板的布置如下：（下面面板图为借用，吉他调音器的面板图要重新绘制）吉他调音器的的后面板需安装带保险丝电源插座。（下面面板图为借用，吉他调音器的面板图要重新绘制） 吉他调音器的功能要求通过吉他调音器前面板的按键，可以使其工作在查询和校音两种状态，要求实现如下功能： 查询功能：按查询键进入查询状态，在第一个数码管显示“F”指示查询状态，在第二个数码管显示“1”指示6根弦的弦号，后三个数码管显示与弦号相对应的频率数。按循环键显示下一根弦的空弦音频率，到第6根弦号后再按循环键就显示第1根弦号和频率。开机时直接进入查询状态，显示第1根弦号和频率。 校音功能：按校音键进入校音状态，在第一个数码管显示“C”指示校音状态，第二个数码管不显示，后三个数码管显示拾音器检测吉他弦振动的频率，频率值以整数显示。校音时需拨动相应的弦，使弦振动。 显示要求要求前面板数码管显示清晰，稳定。在校音时要求频率测量值每秒更新二次。3功能的分步实现：本赛题包含印刷线路板设计、吉他调音器的装调、设计文件和工艺文件的撰写和调音器软件的编写几方面内容，参赛队在设计和制作时可分步完成以上各项内容。在FPGA软件设计时，可以采用训练板先行搭建吉他调音器系统，实现调音器的功能要求。功能要求也应分别实现查询功能和校音功能。在参赛队自己焊接的串口A/D转换电路板DCP-106-A不能正常工作时，可以采用成品的训练板代替，但会影响参赛队的得分。三、技术文件要求要求技术文件的对象是参赛队装调的吉他调音器。1设计文件包括：原理说明（包括电路图、电路框图、电路参数）、程序流程图、程序清单、印刷电路板图等。2生产工艺文件（执行中华人民共和国电子行业标准SJ/T10320-92）包括：主要的生产工艺流程、元器件清单、连线图（表）、调试工作单卡等。3产品说明书包括：产品概述、技术参数、面板及操作说明、使用注意事项等。四、评分标准一级指标比例二级指标比例安全文明生产5%工作环境及设备摆放符合企业生产“5S”原则，操作符合安全规范。5%PCB设计赛项25%按赛题约束条