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Die Soundkarte

Zu einer richtigen Spielekonsole gehört natürlich auch Sound. Wir hatten aber weder Lust, für das Feature mehr als ein paar Cent auszugeben noch erneut ein aufwändiges Schaltungsdesign mit entsprechenden Fertigungszeiten vorzunehmen. Also haben wir uns mit einer Minimalfassung einer Soundkarte begnügt:

Technische Daten

  • Mono-Digitalsoundausgabe 
  • 12 bit Samplegröße
  • frei wählbare Samplerate (min. 11 kHz, sinnvolles Maximum liegt bei 50 kHz)
  • Geringe Knack- und Klirrgeräusche ;-)
  • Sehr kurze Latenz (typ. 10 ms)

Aufbau

Die Soundkarte ist weitestgehend im FPGA implementiert. Die Komponente xsound enthält dazu im Wesentlichen einen Soundpuffer (von 256 Samples) und einen sogenannten Sigma-Delta-Konverter. 

Diese erstaunlich einfache Schaltung konvertiert den parallelen 12-bit Input des aktuellen Soundsamples x ein 1-bit-Signal, das möglichst schnell wechselt, und im Mittel x/4096 der Zeit HIGH ist, ansonsten LOW. Sie ist im folgenden Bild dargestellt: 

Schaltung des Sigma-Delta-Konverters

Dieses Signal wird dann an die Soundkarte ausgegeben. Es stellt das Soundsignal, überlagert mit sehr hochfrequentem Rauschen (in Größenordnung der FPGA-Clock), dar. Die Trennung von Sound und Rauschen wird dabei um so besser, je höher die Arbeitsfrequenz des Konverters ist. Da dieser sehr einfach ist, konnten wir ihn mit der doppelten Taktfrequenz wie den Rest des Chips, also 96 MHz, takten. Diese wird intern im FPGA durch einen eingebauten Clock-Multiplier generiert. 

Dieses Rauschen wird nun durch einen einfachen Tiefpass auf der Soundkarte entfernt, die Ausgabe ist dann das (hoffentlich weitgehend unverfälschte) Soundsignal. Es kann über einen Klinkenstecker abgegriffen werden. Zu beachten ist aber, dass das Signal nur durch das FPGA getrieben wird, da kein zusätzlicher Verstärker auf der Soundkarte angebracht wurde. Es kann daher nur mit Kopfhörern oder Aktivboxen angehört werden. 

Die Schaltung der Soundkarte ist: 

Schaltung des Soundboards

Und so sieht sie in Wirklichkeit aus: 

Foto der Soundkarte

Anschlusshinweise

Achtung: Wegen der billigen Bauweise sitzt die Soundkarte nicht so stabil auf dem FPGA-Basisboard wie die anderen Erweiterungskarten. Auch muss sie abgenommen werden, um die darunterliegenden Jumper umzustellen. Sie muss dann wie folgt wieder angeschlossen werden: 

  • Am rechten oberen Steckplatz des Basisboards
  • Die Soundbuchse muss nach hinten zeigen (wie die anderen Anschlüsse, VGA, Parallel, etc.) 
  • Die Karte muss so eingesteckt werden, dass links vier Reihen auf dem kleinen Stecker und rechts 14 auf dem großen Stecker des Basisboards freibleiben. Die letzte Reihe des kleinen Steckers und die ersten sechs Reihen des großen Steckers werden also belegt.
 
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