電子產品設計及製作（基於fpga）賽項樣題
題目：吉他調音器的設計與製作
一、競賽任務
按賽題要求，利用所發的技術資料、元器件及器材完成吉他調音器的設計、裝調和技術檔案撰寫任務；進行fpga的相關軟體設計，完成吉他調音器的設計與製作。
1．根據所給資料了解、分析吉他調音器的工作原理和功能要求；
2．根據賽題所給的結他調音器原理圖（現場提供）和印刷線路板的約束條件，利用protel 或altium軟體繪製吉他調音器的印刷線路板圖；
3．完成賽項提供的印刷線路板的焊接任務；
4．利用賽項提供的機箱完成簡單的結構設計，包括開關、電源模組、電路板、插座的安裝及機內走線的規劃；
5．完成fpga的相關軟體的設計，使其達到規定的功能要求；
6．完成吉他調音器整機的安裝與除錯，使其達到規定的技術指標；
7．編寫設計檔案：包括系統框圖、電路原理圖、印刷線路板圖、程式流程圖和程式清單；8．編寫工藝檔案：包括工藝流程圖、元器件清單、電氣安裝連線圖(表)、除錯工作單和儀器儀表明細表；
9．編寫產品使用說明書；
10．撰寫《電子產品設計及製作（fpga）賽項工作報告》（簡稱《賽項工作報告》）。
二、競賽時間
競賽時間共為10小時。
三、功能要求與技術指標
1．原理說明
吉他，又叫六弦琴，是被人們廣泛喜愛的一種樂器。吉他由琴頭、琴頸、琴身組成，在琴頸上從左至右排列著六根弦，最左邊叫6弦，最右邊叫1弦。在琴頭上有6個弦鈕，可分別調節6跟弦的鬆緊，弦的鬆緊程度決定了弦的振動頻率，也就決定了結他的音準。
音準是結他調節的核心問題，一把吉他只有音準了才能彈出美妙的**。吉他的調音需要有
一定經驗的結他手才能完成。吉他調音器則通過檢測吉他弦發音的頻率來指示調音的過程，可以讓非專業人員也能調出很高的音準。
按照國際標準，吉他各弦空弦時應調節的具體頻率是：
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。
吉他拾音器可以安裝在結他音孔上，檢測琴弦的振動頻率。其輸出訊號經放大後，經過a/d 轉換進入fpga，由fpga檢測出頻率後在數碼管上顯示。
2．功能實現
吉他調音器由結他拾音器、音訊訊號放大電路、a/d轉換電路、fpga控制電路、數碼管顯示與鍵盤電路等幾部分組成。fpga控制部分採用xilinx公司的xc6slx9-tqg144為主控晶元；a/d轉換採用spi通訊介面的4路12位轉換晶元ad7991；數碼管顯示和鍵盤由fpga 直接控制。
①印刷線路板繪製
根據賽題所給的結他調音器原理圖和印刷線路板的約束條件，繪製吉他調音器的印刷線路板圖。
仔細閱讀賽題所附的原理圖，根據現場提供的印刷線路板約束條件完成印刷線路板的設計。原理圖中各元器件庫檔案在所發光碟的jingsai.pcblib檔案中。
②吉他調音器的裝調
吉他調音器的裝調工作要求在現場提供的機箱中完成。安裝套件包括機箱、電源模組、前面板、後面板、訓練板dcp-100-lx9（fpga核心板）、訓練板cgq-001-a（差動放大電路）、訓練板dcp-106-a（串列埠a/d轉換電路）、訓練板dcp-102-a（數碼管顯示和鍵盤電路板）以及必需的電氣附件。其中dcp-106-a（串列埠a/d轉換電路板）為散件，需參賽隊員自己焊接。
參賽隊員需自行完成吉他調音器機箱內的結構設計和裝調工作。
成品的訓練板dcp-100-lx9（fpga核心板）、訓練板cgq-001-a（差動放大電路）和訓練板dcp-102-a（數碼管顯示和鍵盤電路板）採用參賽隊自帶的線路板。
吉他調音器的前面板需安裝訓練板dcp-102-a（數碼管顯示和鍵盤電路板）和電源開關。吉他調音器的後面板需安裝帶保險絲的電源插座。
前面板如下圖所示：
後面板如下圖所示：
③吉他調音器的功能要求
通過吉他調音器前面板的按鍵操作，可以使其工作在查詢和校音兩種狀態，要求實現如下功能：
⑴查詢功能
按查詢鍵進入查詢狀態，第乙個數碼管顯示「f」表示查詢狀態，第二個數碼管顯示6根弦的弦號，後三個數碼管顯示與弦號相對應的標準頻率數（1弦：330hz；2弦：247hz；3弦：
196hz；4弦：147hz；5弦：110hz；6弦：
82hz）。按迴圈鍵顯示下一根弦的空弦頻率，到第6根弦號後再按迴圈鍵將顯示第1根弦號和頻率。
開機時直接進入查詢狀態，顯示第1根弦號和頻率。
⑵校音功能
按校音鍵進入校音狀態，第乙個數碼管顯示「c」表示校音狀態，第二個數碼管不顯示，後三個數碼管顯示拾音器檢測到的結他弦的振動頻率，頻率值以整數顯示。
校音時需撥動相應的弦，使弦振動。
⑶顯示功能
要求前面板數碼管顯示清晰、穩定。在校音時要求頻率測量值每秒更新二次。
3．功能的分步實現
本賽題包含印刷線路板設計、調音器fpga軟體編寫、吉他調音器裝調和設計檔案、工藝檔案、產品使用說明書及賽項工作報告的撰寫等幾方面內容，參賽隊在設計和製作時可分步完成以上各項內容。
在fpga軟體設計時，可以採用訓練板先行搭建吉他調音器系統，實現調音器的功能要求。功能要求也應分別實現查詢功能和校音功能。
在參賽隊自己焊接的串列埠a/d轉換電路板dcp-106-a不能正常工作時，可以採用成品的訓練板代替，但會影響參賽隊的得分。
四、技術檔案要求
要求技術檔案的物件是參賽隊裝調的結他調音器。
1．設計檔案
包括系統框圖、電路原理圖、印刷線路板圖、程式流程圖和程式清單。
2．工藝檔案（執行《中華人民共和國電子行業標準sj/t10320-92》）
包括工藝流程圖、元器件清單、電氣安裝連線圖(表)、除錯工作單和儀器儀表明細表。3．產品使用說明書
包括：產品概述、技術引數、操作說明和注意事項等。
五、《電子產品設計及製作（基於fpga）賽項工作報告》撰寫要求
每個參賽隊應依據賽項提供的「《電子產品設計及製作（基於fpga）賽項工作報告》撰寫要求和規範」，完成《電子產品設計及製作（基於fpga）賽項工作報告》的撰寫。
六、上交方式
設計檔案、工藝檔案、產品使用說明書及賽項工作報告均需提交電子文件，採用光碟燒錄，一式三份上交。
七、評分標準
序號一級指標
得分比例
(%) 二級指標得分比例(%)
1 pcb設計25
繪製元件封裝庫 5
繪製印刷電路板20
2 焊接除錯
與安全生產
25裝配焊接質量（採用成品的訓練板者
直接扣5分）
12箱內安裝、佈線工藝8
工作環境及裝置擺放符合企業生產
「5s」原則
2操作符合安全規範 3
3fpga軟
件設計25
查詢功能
(10)
開機時直接進入查詢狀態，顯
示第1根弦號和頻率
3按查詢鍵進入查詢狀態，第一
個數碼管顯示「f」表示查詢狀
態，第二個數碼管顯示6根弦
4的弦號，後三個數碼管顯示與
弦號相對應的頻率數
在查詢狀態下，按迴圈鍵顯示
下一根弦的空弦頻率，到第6
根弦號後再按迴圈鍵將顯示
第1根弦號和頻率
3校音功能
(10) 按校音鍵進入校音狀態，第一
個數碼管顯示「c」表示校音狀態，第二個數碼管不顯示
2後三個數碼管顯示拾音器檢
測到的結他弦的振動頻率，頻
率值以整數顯示
8顯示要求
(5) 要求前面板數碼管顯示清晰、
穩定2 在校音時要求頻率測量值每
秒更新二次
34 技術檔案10 設計檔案 4 工藝檔案 3 產品使用說明書 3
5 賽項工作
報告15
依據選手撰寫的《電子產品設計及製
作（基於fpga）賽項工作報告》的內
容及規範性決定得分
156 總計100
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