2012年全国职业院校技能大赛高职组电子产品设计及制作(基于FPGA)

“2012年全国职业院校技能大赛”高职组

电子产品设计及制作（基于FPGA）赛项样题

题目：吉他调音器的设计与制作

一、竞赛任务

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的相关软件设计，完成吉他调音器的设计与制作。

1．根据所给资料了解、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（现场提供）和印刷线路板的约束条件，利用Protel或Altium软件绘制吉他调音器的印刷线路板图；

3．完成赛项提供的印刷线路板的焊接任务；

4．利用赛项提供的机箱完成简单的结构设计，包括开关、电源模块、电路板、插座的安装及机内走线的规划；

5．完成FPGA的相关软件的设计，使其达到规定的功能要求；

6．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；

7．编写设计文件：包括系统框图、电路原理图、印刷线路板图、程序流程图和程序清单；

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)、调试工作单和仪器仪表明细表；

9．编写产品使用说明书；

10．撰写《电子产品设计及制作（FPGA）赛项工作报告》（简称《赛项工作报告》）。

二、竞赛时间

竞赛时间共为10小时。

三、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。吉他调音器则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：330HZ

2弦：247HZ

3弦：196HZ

4弦：147HZ

5弦：110HZ

6弦：82HZ

注：空弦——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检测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。

①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的约束条件，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，根据现场提供的印刷线路板约束条件完成印刷线路板的设计。原理图中各元器件库文件在所发光盘的JingSai.PcbLib文件中。

②吉他调音器的装调

吉他调音器的装调工作要求在现场提供的机箱中完成。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）和训练板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。吉他调音器的后面板需安装带保险丝的电源插座。

前面板如下图所示：

后面板如下图所示：

③吉他调音器的功能要求

通过吉他调音器前面板的按键操作，可以使其工作在查询和校音两种状态，要求实现如下功能：

⑴查询功能

按查询键进入查询状态，第一个数码管显示“F”表示查询状态，第二个数码管显示6根弦的弦号，后三个数码管显示与弦号相对应的标准频率数（1弦：330HZ；2弦：247HZ；3弦：196HZ；4弦：147HZ；5弦：110HZ；6弦：82HZ）。按循环键显示下一根弦的空弦频率，到第6根弦号后再按循环键将显示第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。

⑵校音功能

按校音键进入校音状态，第一个数码管显示“C”表示校音状态，第二个数码管不显示，后三个数码管显示拾音器检测到的吉他弦的振动频率，频率值以整数显示。

校音时需拨动相应的弦，使弦振动。

⑶显示功能

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、调音器FPGA软件编写、吉他调音器装调和设计文件、工艺文件、产品使用说明书及赛项工作报告的撰写等几方面内容，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。

四、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

包括系统框图、电路原理图、印刷线路板图、程序流程图和程序清单。

2．工艺文件（执行《中华人民共和国电子行业标准SJ/T10320-92》）

包括工艺流程图、元器件清单、电气安装连接图(表)、调试工作单和仪器仪表明细表。

3．产品使用说明书

包括：产品概述、技术参数、操作说明和注意事项等。

五、《电子产品设计及制作（基于FPGA）赛项工作报告》撰写要求

每个参赛队应依据赛项提供的“《电子产品设计及制作（基于FPGA）赛项工作报告》撰写要求和规范”，完成《电子产品设计及制作（基于FPGA）赛项工作报告》的撰写。

六、上交方式

设计文件、工艺文件、产品使用说明书及赛项工作报告均需提交电子文档，采用光盘刻录，一式三份上交。

七、评分标准