子供用の音楽が鳴るオモチャとか作れたら素敵やん。と思って
本当に軽い気持ちで手を出してしまった。
だって、他の方はシンプルに出来ているんだもん。。。
http://manpuku-koji.hatenablog.com/entry/2017/11/23/104741
http://www.asahi-net.or.jp/~rn8t-nkmr/family/pic/vc/index.html
動機
FONから剥ぎとった2MBのフラッシュメモリが何個か余っているので、有効活用できないかと思った。だって2MBだよ2MB！音楽なら1曲くらい入るんじゃない。
というもったいない精神から始めてしまったので、軽いはずの試作が上の写真みたいに大惨事になった。
なぜかというと・・・
- 使ったPICマイコンが3.3Vに対応してなかった。5Vと3.3Vが必要
- 5V->3.3V変換回路が必要
- 内蔵OSCは8MHzが上限で、PWM周波数が足りない。 外付けOSC追加
- 音が小さかったので、増幅追加
とほほ
使用部品と回路
- フラッシュメモリ MX25L1605
- PICマイコン PIC16F818
- オシレータ20MHz
- 3.3Vレギュレーター
- 5->3.3V変換用 VHC244
はまったこと・メモ
ダイオードのレベル変換はMHzクラスには向いていない
これになかなか気付けなくて、フラッシュからの応答が無かったり、化けたりしてフラッシュ交換したり、電源変えたり大変だった。
ずっとロジアナで見ていたので、余計にドツボにハマった。
以下のようにオシロで見れば一発なのにね。
ダイオードのレベル変換
VHC224のレベル変換
よく調べてから実行しよう
http://kosakai.world.coocan.jp/change_3_3V_5V.html
Zeroplusのロジアナはlinuxで使える
Zeroplusだけじゃないと思うけど、PulseViewで自動認識してくれた。しかもSPIプロトコルも解析できた。すごいね。
いままで、MBEWAREのロジアナを使用していて、そのためにwindows環境が必要だったのだけど、これからはlinux環境でいけそうだね。
ただ、パターンジェネレータ機能はどうしようもないか・・・。
ソフト
ブロック図
ブロック図というか動作イメージ
PWM 周波数とデューティの計算
データシートとにらめっこ、すぐに忘れそう・・・。PWM Period = [(PR2) + 1] • 4 • TOSC • (TMR2 Prescale Value)今回は20MHzのオシレータで、分解能が8bit確保できて、可聴域以上のPWM周波数にしたいので
PWM Duty Cycle = (CCPR1L:CCP1CON<5:4>) • TOSC • (TMR2 Prescale Value)
PR2は255が必要＊で、PWM周波数はPWM Periodの計算式から
（＊CCP1CON<5:4>を駆使すれば、PR2は63でも良いような気がするけど、簡略化のために、CCPR1Lに読み込んだデータを入れるだけで良いようにしたく、今回は255で計算した。次回は63で試してみよう。）
| プリスケーラ | 周期[us] | 周波数[kHz] |
|---|---|---|
| 1 | 51.2 | 19.53125 |
| 4 | 204.8 | 4.8828125 |
| 16 | 819.2 | 1.220703125 |
次にデューティは簡略化のためにCCP1CON<5:4>を0b00とした。
すると計算は簡単でCCPR1Lのみで、26とした場合は、約10%になる。
SPI
Masterモード時のCS
てっきりSlave Select (SS) RB5が使えるのかと思ったけど、これはSlaveモード専用みたい。そして、SPI使用時にRB5は出力設定できないのか、意図した動きにならなかった。
仕方がないので未使用だったRB0をSSとして使うことにした。
flashROMからの連続読み込み
SPIの読み込みは最速でOSC/4なので、今回は5Mbps程度となる。つまり1クロックあたり0.2usとなり8bitのデータ転送には1.6usという計算になる。単純に考えるとflashROMからの読み出しは[READ 03h][AD1][AD2][AD3]と[DATA]の計5B必要になるため
1.6*5で8us/Byte・・・125kHzくらいと思いきや
実測すると5B転送するのに124usくらいかかっている。むーん。
これだと、8kHzぎりぎりなので再生速度揺らいでしまうかもしれない。
MX25Lのデータシートには、CSをLOWのままでクロック与え続けると、アドレスを増加させて読み込み続けると記載があったので、1度に8Bデータを読むようにしてみた。
すると、コマンド+アドレス 計4B データ8Bで合計12Bを読むのに約273usとなった。
データ1Byteあたり約34usなので、約29kHzとなり十分に余裕がある。
リングバッファ
flashROMからの読み込みが十分速いので、不要な気もするけど32Bのバッファ用意した。125us * 32 = 4ms の余裕が生まれるハズ。効果は未確認。
音源の作り方
ようやく音源の準備。ブログとかyoutubeに出していいかわからないので、そういう使用がOKな音源を探す。例えば、d-elf.comさんのところにある「蒼い月 初音ミク・アペンド Blue Moon/HATSUNE MIKU Append Ver.」の場合。
Blue_Moon_MIKU_Append.mp3で2.9MBある。これを8kbps 8bit モノラルとしてデータ部のみ保存する。
Audacityで
cuiなコマンド1発に憧れるけど、まずはguiでやってみる。そうAudacityで。音源を8kbps 8bitモノラルに変更
- トラックを選択してから[トラック]→[ステレオからモノラルへ]を選択
- ウィンドウ下方の[プロジェクトのサンプリング]で8000Hzを選択
データ部のみ保存
- 「選択したオーディオを書き出し」
- 「その他の非圧縮ファイル」、ヘッダ:RAW(header-less)、エンコーディング:Unsigned 8-bit PCM
内容を確認するときは、[ファイル]→[取り込み]→[ロー(Raw)データの取り込み]
flashROMに書き込む
この前やったflashROMの書き換えが早速役に立つ。dd if=/tmp/miku.raw of=/tmp/2m_base.img ibs=2M conv=sync
flashrom -p linux_spi:dev=/dev/spidev0.0 -c “MX25L1606E” -w /tmp/2m_base.img
動作確認
こんな感じ
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