ECE 477 Design ReviewTeam  Fall 2007ECE 477 Design ReviewTeam  Fall 2007
group
Steven
Kingsley
(Analog)
Roy
Scheck
(Leader)
Tony
Liechty
(Digital)
Charles
Lan
(Software)
OutlineOutline
Project overviewProject overview
Project-specific success criteriaProject-specific success criteria
Block diagramBlock diagram
Component selection rationaleComponent selection rationale
Packaging designPackaging design
Schematic and theory of operationSchematic and theory of operation
PCB layoutPCB layout
Software design/development statusSoftware design/development status
Project completion timelineProject completion timeline
Questions discussionQuestions discussion
Project OverviewProject Overview
Allows single note instrument to be usedas MIDI instrumentAllows single note instrument to be usedas MIDI instrument
Ability to tune the instrument for moreaccurate MIDI conversionAbility to tune the instrument for moreaccurate MIDI conversion
MIDI is an audio standardMIDI is an audio standard
Software allows real time composition ofmusic from MIDISoftware allows real time composition ofmusic from MIDI
Project-Specific Success CriteriaProject-Specific Success Criteria
1.Ability to detect the fundamental frequency of anote from single note instrument through ananalog microphone.1.Ability to detect the fundamental frequency of anote from single note instrument through ananalog microphone.
2.Ability to determine/guess the “closest note” beingplayed based on the fundamental frequencydetected (in above).2.Ability to determine/guess the “closest note” beingplayed based on the fundamental frequencydetected (in above).
3.An ability to calculate “how far off” (out-of-tune) thenote being played is relative to the intended“nearest note” (determined in above).3.An ability to calculate “how far off” (out-of-tune) thenote being played is relative to the intended“nearest note” (determined in above).
4.Ability to communicate note information to acomputer.4.Ability to communicate note information to acomputer.
5.Ability to display note detection/operational statususing an LCD display.5.Ability to display note detection/operational statususing an LCD display.
Block DiagramBlock Diagram
PreAmp
Filter
Microphone
DSP
LCD
USB interface
ATD
Volume Control
Parallel
GPIO
2
SPI
7
I2C
4
Volume
Knob
2
PWM
resistor
GPIO
Component Selection RationaleComponent Selection Rationale
DSP requirementsDSP requirements
ATD converterATD converter
At least bits for sufficient resolutionAt least bits for sufficient resolution
SPI interface for SPI to USB controllerSPI interface for SPI to USB controller
I2C for digital potentiometerI2C for digital potentiometer
PWM for analog filterPWM for analog filter
GPIO pins for parallel LCD interfaceGPIO pins for parallel LCD interface
~1200 bytes of RAM for sampling~1200 bytes of RAM for sampling
10Mhz Clock for proper resolution10Mhz Clock for proper resolution
Component Selection RationaleComponent Selection Rationale
Possible DSPsPossible DSPs
Freescale 56F8014Freescale 56F8014
16 Kbyte flash, Kbyte RAM16 Kbyte flash, Kbyte RAM
32 Mhz Clock, 32 pins32 Mhz Clock, 32 pins
$3.15 in 1,000 quantities$3.15 in 1,000 quantities
Atmel AT32UC3B164Atmel AT32UC3B164
64 Kbyte flash, 16 Kbyte RAM64 Kbyte flash, 16 Kbyte RAM
90 Mhz Clock, 48 pins90 Mhz Clock, 48 pins
$4.66 in 10,000 quantities$4.66 in 10,000 quantities
NewerNewer
Component Selection RationaleComponent Selection Rationale
DSPDSP
Freescale 56F8014 ($3.15)Freescale 56F8014 ($3.15)
32 total pins32 total pins
Two 12-bit ATDsTwo 12-bit ATDs
SPI, SCI, I2C, PWMSPI, SCI, I2C, PWM
21 GPIO21 GPIO
16 Kb flash, Kb RAM16 Kb flash, Kb RAM
32 Mhz Clock32 Mhz Clock
pin JTAG/OnCE Interfacefor programmingpin JTAG/OnCE Interfacefor programming
Component Selection RationaleComponent Selection Rationale
USB ControllerUSB Controller
MAX3421E ($2.65)MAX3421E ($2.65)
USB Peripheral Controllerwith SPI InterfaceUSB Peripheral Controllerwith SPI Interface
Allows anymicrocontroller with SPIto be connected overUSBAllows anymicrocontroller with SPIto be connected overUSB
GPIO for Volume KnobGPIO for Volume Knob
Easier RoutingEasier Routing
Accessed through SPIAccessed through SPI
Component Selection RationaleComponent Selection Rationale
LCDLCD
CFAH1602B-YTI-JPCFAH1602B-YTI-JP
bit parallel interface (4 pins)bit parallel interface (4 pins)
bit functionality (3 pins)bit functionality (3 pins)
Power consumptionPower consumption
1.5 ma for LCD1.5 ma for LCD
150 ma for Backlight150 ma for Backlight
Packaging DesignPackaging Design
Form FactorForm Factor
Small for mobilitySmall for mobility
Sloped panel for easy viewing and bettermicrophone receptionSloped panel for easy viewing and bettermicrophone reception
Packaging FeaturesPackaging Features
LCD display of Note Information and VolumeLCD display of Note Information and Volume
Incoming Signal Amplifier (Rotary Knob)Incoming Signal Amplifier (Rotary Knob)
Internal MicrophoneInternal Microphone
USB Interface (Female “B” Adapter)USB Interface (Female “B” Adapter)
Packaging DesignPackaging Design
Hammond 1456CE2Hammond 1456CE2
Layout
Schematic/Theory of OperationSchematic/Theory of Operation
PreAmp
Filter
Microphone
DSP
LCD
USB interface
ATD
Volume Control
D+
D-
Parallel
GPIO
2
SPI
7
I2C
4
Volume
Knob
2
PWM
resistor
GPIO
Schematic/Theory of OperationSchematic/Theory of Operation
Power Supplies (3.3V, Amp)Power Supplies (3.3V, Amp)
Separate Analog and Digital suppliesSeparate Analog and Digital supplies
Schematic/Theory of OperationSchematic/Theory of Operation
AnalogAnalog
Amplify and Bias at 1.65VAmplify and Bias at 1.65V
FilterFilter
10 mV
-10 mV
0 V
3 V
0 V
Schematic/Theory of OperationSchematic/Theory of Operation
Filter
Digital Potentiometer
resistor
AmplifierAmplifier
Schematic/Theory of OperationSchematic/Theory of Operation
Digital PotentiometerDigital Potentiometer
Amplifier
DSP
ATD
GPIO
SPI
I2C
PWM
PWM
Schematic/Theory of OperationSchematic/Theory of Operation
Amplifier
DSP
ATD
GPIO
SPI
I2C
PWM
FilterFilter
PWM
Schematic/Theory of OperationSchematic/Theory of Operation
USB interface
D+
D-
LCD
Parallel
OnCE
Volume Control
resistor
Filter
Clock
Interrupt
DSP
Schematic/Theory of OperationSchematic/Theory of Operation
DSP
ATD
GPIO
SPI
I2C
PWM
PWM
SPI To USB
Schematic/Theory of OperationSchematic/Theory of Operation
DSP
ATD
GPIO
SPI
I2C
PWM
PWM
Ground
Header
PCB LayoutPCB Layout
General DesignConsiderationsGeneral DesignConsiderations
Specific DesignConsiderationsSpecific DesignConsiderations
Power SupplyPower Supply
AnalogAnalog
DigitalDigital
PCB_Example
PCB LayoutPCB Layout
General DesignConsiderationsGeneral DesignConsiderations
Overall low powerconsumptionOverall low powerconsumption
General tracewidth of 10 milsGeneral tracewidth of 10 mils
Separate Analog andDigital systemsSeparate Analog andDigital systems
Minimize trace lengthMinimize trace length
Minimize anglesMinimize angles
PCB_Trace
PCB Trace2
PCB LayoutPCB Layout
Power Supply DesignConsiderationsPower Supply DesignConsiderations
Separate Analog andDigitalSeparate Analog andDigital
Separate GroundsSeparate Grounds
Unregulated SupplyUnregulated Supply
Trace width of 80 milsTrace width of 80 mils
3.3 Regulated Supply3.3 Regulated Supply
Trace width of 70 milsTrace width of 70 mils
Bypass CapacitorsBypass Capacitors
Placed directlybeneath VoltageRegulatorsPlaced directlybeneath VoltageRegulators
USB_Cable
USB_CableEnds
PCB LayoutPCB Layout
Analog DesignConsiderationsAnalog DesignConsiderations
High sensitivityHigh sensitivity
Ground shieldingGround shielding
Copper PourCopper Pour
MicrophoneMicrophone
Minimize leadsMinimize leads
Bypass CapacitorsBypass Capacitors
Placed directlybeneathrespective ICPlaced directlybeneathrespective IC
UnidirectionalMicrophone
PCB LayoutPCB Layout
Digital DesignConsiderationsDigital DesignConsiderations
Bypass CapacitorsBypass Capacitors
Placed directlybeneathMicrocontrollerPlaced directlybeneathMicrocontroller
Bulk CapacitorsBulk Capacitors
Placed further fromMicrocontrollerPlaced further fromMicrocontroller
General Purpose I/O PinsGeneral Purpose I/O Pins
Assigned tocorresponding side tominimize lengthAssigned tocorresponding side tominimize length
FreescaleDSP
PCB_Overall
PCB_Top
PCB_Bottom
PCB_Overall
PCB_Overall
PCB_Overall
PCB_Overall
PCB_Overall
PCB_Overall
PCB_Overall
PCB_Overall
PCB_Overall
PCB_Overall
PCB_Overall
Software Design/Development StatusSoftware Design/Development Status
Three options for developmentThree options for development
JTAG/OnCEJTAG/OnCE
Easy to debugEasy to debug
Costly Development boardCostly Development board
SCI serial bootloaderSCI serial bootloader
Frees up more pinsFrees up more pins
Addition of level translators and RS232implementationAddition of level translators and RS232implementation
Bulk device programmerBulk device programmer
Hard to debug after packagingHard to debug after packaging
Easy to program multiple chipsEasy to program multiple chips
Software Design/DevelopmentStatusSoftware Design/DevelopmentStatus
Frequency DetectionFrequency Detection
Zero-crossings(currently favoredapproach)Zero-crossings(currently favoredapproach)
Peak countingPeak counting
Hybrid modelHybrid model
Shift/CompareShift/Compare
Simulations run in C++using DirectSoundSimulations run in C++using DirectSound
img1
img2
img2
Project Completion TimelineProject Completion Timeline
Week #
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
PCB
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Assembly of PCB
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Software
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Packaging
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Testing
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Documentation
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Research
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Schematic
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Project Finalization
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Thanksgiving
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Current Week
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Questions DiscussionQuestions Discussion
t_chest