簡易WavePlayer(PIC18F2620)
概要
今迄、音声を記録したり、再生したりするものを製作したことがありません。
そこで今回は、音声を再生することだけに注力した、“簡易WavePlayer“なるものを製作してみました。
今回製作した、“簡易WavePlayer”には、当初、SDCに保存した、Waveファイルを再生するだけの機能を搭載する予定でしたが、SDC接続に向かないPIC(例えば、PIC12F683など)では音声が扱えないことになってしまいます。
そこで、Waveファイルの音声データ(PCM)部だけを、EEPROMに記録し、再生することが出来る機能も付加しました。
<仕様>
- SDCに記録されたWaveファイルを再生します。
※Wave形式は、PCM(無圧縮)、8kHz、8ビット、モノラルのみとします。 - SDCに記録されたWaveファイルのPCMデータ部をEEPROMに保存します。
※EEPROMの記憶容量は、約131kバイトです。 - EEPROMに記録されたPCMデータを再生します。
- Waveファイルは、パソコン上のツール(サウンドレコーダーなど)で作成します。
動作原理(ハードウェア)
◎電源電圧
3.3Vの単一電源による駆動とします。
◎SDC
FAT16(最大2Gバイト)に対応します。
Waveファイル名は、“wave.wav“固定とします。
Wave形式は、PCM(無圧縮)、8kHz、8ビット、モノラルのみとします。
◎EEPROM
約131kバイトの記憶容量を持つ、マイクロチップ社の、“24LC1025”を使用します。
◎LCD
16文字2行のLCDを使用します。
LCDを動作させるために、PICのPWM信号を利用して、“負電圧“を発生させ、LCDに供給します。
◎再生信号出力
PICのPWMとローパスフィルタを使用して、アナログ信号に変換します。
微弱な信号なので、アンプを接続し、スピーカを駆動します。※実験ではクリスタルイヤホンを使用しました。
動作原理(ソフトウェア)
◎SDCに記録されたWaveファイルの再生(SW1)
Waveファイルのフォーマットの詳細については、公開サイトが多くありますので、其方を参考にしてください。
Waveファイルの最初の58バイトには、以下に示すように、各種情報が記載されています。
本来は、この58バイトについてもチェックを行い、該当するデータかどうかを判断する必要があります。
今回は、これらのチェックを省略(58バイト読み飛ばす)しています。
59バイト以降のPCMデータを順次読み出しPWMに出力します。
尚、Waveファイルの作成ツールは、フリーソフトも含めいろいろ公開されています。
最も簡単な方法は、Windows標準の“サウンドレコーダー”を使って作成する方法です。
◎SDCに記録されたWaveファイルのPCMデータ部のEEPROMへの保存(SW3)
Waveファイルの59バイト以降のデータを、EEPROMに書き込みます。
EEPROMの容量を超えるデータは無視されます。
◎EEPROMに記録されたPCMデータの再生(SW2)
EEPROMに保存された、PCMデータを順次読み出しPWMに出力します。
◎停止(SW4)
上記の処理を停止する場合には、SW4を押下します。
<WAVEファイルのフォーマット(例)> 0 : 52 49 46 46 B2 38 01 00 57 41 56 45 66 6D 74 20 1 : 12 00 00 00 01 00 01 00 40 1F 00 00 40 1F 00 00 2 : 01 00 08 00 00 00 66 61 63 74 04 00 00 00 80 38 3 : 01 00 64 61 74 61 80 38 01 00 80 80 7F 80 7F 80 4 : 7F 80 7F 80 7F 84 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 5 : 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 6 : 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 7 : 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 8 : 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 4バイト:52 49 46 46:“RIFF" 4バイト:B2 38 01 00:RIFFデータサイズ 4バイト:57 41 56 45:“WAVE" 4バイト:66 6D 74 20:“fmt" 4バイト:12 00 00 00:fmtサイズ 2バイト:01 00:フォーマットID 2バイト:01 00:チャネル数 4バイト:40 1F 00 00:サンプリングレート 4バイト:40 1F 00 00:データ速度 2バイト:01 00:ブロックサイズ 2バイト:08 00:サンプルあたりのビット数 2バイト:00 00:拡張部分のサイズ 4バイト:66 61 63 74:“fact" 4バイト:04 00 00 00:factサイズ 4バイト:80 38 01 00:factデータ 4バイト:64 61 74 61:“data" 4バイト:80 38 01 00:dataサイズ (計58バイト) ※59バイト以降がPCMデータになります。
回路図
ソースコード
- wave_player.c
//********************************************************************** /* 『ｗａｖｅ－ｐｌａｙｅｒ』 */ //********************************************************************** //■マクロの定義 #define BYTE unsigned short #define WORD unsigned int #define WWORD unsigned long #define SW_PLAY_SDC PORTB.B7 #define SW_PLAY_EEPROM PORTB.B6 #define SW_LOAD PORTB.B5 #define SW_STOP PORTB.B4 #define LED PORTB.B3 #define ACK 1 #define NO_ACK 0 #define WRITE_CYCLE_TIME 5 //********************************************************************** //■関数および変数の宣言 extern void main(); extern void init_lcd(); extern void init_sdc(); extern void init_ccp_compare(); extern void init_i2c(); extern void EEPROM_24LC1025_Page_Write(WWORD addr, BYTE *msg, WORD len); extern void EEPROM_24LC1025_Page_Read(WWORD addr, BYTE *msg, WORD len); extern void play_sdc(); extern void play_eeprom(); extern void load_sdc2eeprom(); //********************************************************************** //■グローバル変数の定義 char buf[500]; //********************************************************************** //■メイン関数です。 void main() { //ポートの設定 TRISA = 0b11111111; TRISB = 0b11110000; TRISC = 0b00000000; ADCON1.PCFG3 = 1; ADCON1.PCFG2 = 1; ADCON1.PCFG1 = 1; ADCON1.PCFG0 = 1; //ＰＷＭの初期化（１）→ＷＡＶＥ再生用に使用します。 PWM1_Init(100000); //100kHz PR2 = 0xFF; PWM1_Set_Duty(PR2 / 2); PWM1_Start(); //ＰＷＭの初期化（２）→ＬＣＤの輝度電圧（負電圧発生）に使用します。 PWM2_Init(100000); //100kHz PR2 = 0xFF; PWM2_Set_Duty(PR2 / 2); PWM2_Start(); Delay_ms(100); //ＬＣＤの初期化 init_lcd(); //ＳＤＣの初期化 init_sdc(); //Ｉ２Ｃの初期化 init_i2c(); // while (1) { Lcd_Out(1, 1, "RUN MODE ?"); // if (SW_PLAY_SDC == 0) { Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Lcd_Out(1, 1, "PLAY SDC"); play_sdc(); Lcd_Out(1, 1, "STOP "); Delay_ms(500); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); } if (SW_PLAY_EEPROM == 0) { Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Lcd_Out(1, 1, "PLAY EEPROM"); play_eeprom(); Lcd_Out(1, 1, "STOP "); Delay_ms(500); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); } if (SW_LOAD == 0) { Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Lcd_Out(1, 1, "LOAD SDC->EEPROM"); load_sdc2eeprom(); Lcd_Out(1, 1, "STOP "); Delay_ms(500); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); } } } //********************************************************************** //■ＳＤＣのＷＡＶＥファイルの内容を再生する関数です。 void play_sdc() { WWORD fsize, length, cnt, addr; char character; // Mmc_Fat_Assign("wave.wav", 0); Mmc_Fat_Reset(&fsize); length = 0; for (cnt = 0; cnt < 58; cnt++) { Mmc_Fat_Read(&character); } length += 58; addr = 0; while ((length < fsize) && (SW_STOP == 1)) { Mmc_Fat_Read(&character); PWM1_Set_Duty(character); length++; Delay_us(70); } } //********************************************************************** //■ＥＥＰＲＯＭの内容を再生する関数です。 void play_eeprom() { WWORD addr; // addr = 0; Soft_I2C_Start(); Soft_I2C_Write(0xA0); Soft_I2C_Write((addr >> 8) & 0xFF); Soft_I2C_Write(addr & 0xFF); Soft_I2C_Start(); Soft_I2C_Write(0xA1); while (addr < 0x10000) { PWM1_Set_Duty(Soft_I2C_Read(ACK)); addr++; Delay_us(50); if (SW_STOP == 0) { break; } } PWM1_Set_Duty(Soft_I2C_Read(NO_ACK)); Soft_I2C_Stop(); // addr = 0; Soft_I2C_Start(); Soft_I2C_Write(0xA8); Soft_I2C_Write((addr >> 8) & 0xFF); Soft_I2C_Write(addr & 0xFF); Soft_I2C_Start(); Soft_I2C_Write(0xA9); while (addr < 0x10000) { PWM1_Set_Duty(Soft_I2C_Read(ACK)); addr++; Delay_us(50); if (SW_STOP == 0) { break; } } PWM1_Set_Duty(Soft_I2C_Read(NO_ACK)); Soft_I2C_Stop(); } //********************************************************************** //■ＳＤＣのＷＡＶＥファイルの内容をＥＥＰＲＯＭに書き込む関数です。 void load_sdc2eeprom() { WWORD fsize, length, cnt, addr; char character; // Mmc_Fat_Assign("wave.wav", 0); Mmc_Fat_Reset(&fsize); length = 0; for (cnt = 0; cnt < 58; cnt++) { Mmc_Fat_Read(&character); } length += 58; addr = 0; while ((length < fsize) && (addr < 0x20000) && (SW_STOP == 1)) { for (cnt = 0; cnt < 128; cnt++) { Mmc_Fat_Read(&character); //1個データを飛ばします。 Mmc_Fat_Read(&character); buf[cnt] = character; } EEPROM_24LC1025_Page_Write(addr, buf, 128); addr += 128; fsize += 128; LongWordToStr(addr, buf); Lcd_Out(2, 1, buf); } Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); } //********************************************************************** //■ＬＣＤを初期化する関数です。 sbit LCD_RS at RA5_bit; sbit LCD_EN at RA4_bit; sbit LCD_D7 at RA0_bit; sbit LCD_D6 at RA1_bit; sbit LCD_D5 at RA2_bit; sbit LCD_D4 at RA3_bit; sbit LCD_RS_Direction at TRISA5_bit; sbit LCD_EN_Direction at TRISA4_bit; sbit LCD_D7_Direction at TRISA0_bit; sbit LCD_D6_Direction at TRISA1_bit; sbit LCD_D5_Direction at TRISA2_bit; sbit LCD_D4_Direction at TRISA3_bit; void init_lcd() { short cnt; // Lcd_Init(); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); Lcd_Out(1, 1, "wave player v1.0"); for (cnt = 0; cnt < 16; cnt++) { Lcd_Chr(2, cnt + 1, 0xFF); Delay_ms(100); } Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); } //********************************************************************** //■ＳＤＣを初期化する関数です。 sfr sbit Mmc_Chip_Select at RC6_bit; sfr sbit Mmc_Chip_Select_Direction at TRISC6_bit; void init_sdc() { SPI1_Init_Advanced(_SPI_MASTER_OSC_DIV64, _SPI_DATA_SAMPLE_MIDDLE, _SPI_CLK_IDLE_LOW, _SPI_LOW_2_HIGH); if (Mmc_Fat_Init()) { while (1) { Lcd_Out(2, 1, "SDC error!"); Delay_ms(500); Lcd_Out(2, 1, " "); Delay_ms(500); } } SPI1_Init_Advanced(_SPI_MASTER_OSC_DIV4, _SPI_DATA_SAMPLE_MIDDLE, _SPI_CLK_IDLE_LOW, _SPI_LOW_2_HIGH); Lcd_Out(2, 1, "SDC complete!"); Delay_ms(500); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); } //********************************************************************** //■Ｉ２Ｃを初期化する関数です。 sbit Soft_I2C_Scl at RC0_bit; sbit Soft_I2C_Sda at RC1_bit; sbit Soft_I2C_Scl_Direction at TRISC0_bit; sbit Soft_I2C_Sda_Direction at TRISC1_bit; void init_i2c() { Soft_I2C_Init(); } //********************************************************************** //■ＥＥＰＲＯＭにページ単位でデータを書き込む関数です。 void EEPROM_24LC1025_Page_Write(WWORD addr, BYTE *msg, WORD len) { int cnt; // Soft_I2C_Start(); if ((addr & 0x10000) == 0) Soft_I2C_Write(0xA0); else Soft_I2C_Write(0xA8); Soft_I2C_Write((addr >> 8) & 0xFF); Soft_I2C_Write(addr & 0xFF); for (cnt = 0; cnt < len; cnt++) { Soft_I2C_Write(msg[cnt]); } Soft_I2C_Stop(); // Delay_ms(WRITE_CYCLE_TIME); } //********************************************************************** //■ＥＥＰＲＯＭからページ単位でデータを読み込む関数です。 void EEPROM_24LC1025_Page_Read(WWORD addr, BYTE *msg, WORD len) { int cnt; // Soft_I2C_Start(); if ((addr & 0x10000) == 0) Soft_I2C_Write(0xA0); else Soft_I2C_Write(0xA8); Soft_I2C_Write((addr >> 8) & 0xFF); Soft_I2C_Write(addr & 0xFF); Soft_I2C_Start(); if ((addr & 0x10000) == 0) Soft_I2C_Write(0xA1); else Soft_I2C_Write(0xA9); for (cnt = 0; cnt < (len - 1); cnt++) { msg[cnt] = Soft_I2C_Read(ACK); } msg[cnt] = Soft_I2C_Read(NO_ACK); Soft_I2C_Stop(); // Delay_ms(WRITE_CYCLE_TIME); } //**********************************************************************
動作確認
サウンドレコーダー(Windows標準付属ツール)を使用して、Waveファイルを作成します。
SDCに保存したWAVEファイル(例)です。
左側:動作スイッチ押下待ちの画面です。
右側:SDC内のWaveファイルに記録されているPCM(無圧縮)データを再生しています。
左側:EEPROM内に記録されているPCM(無圧縮)データを再生しています。
右側:SDC内のWaveファイルのPCM(無圧縮)データをeepromに書き込んでいます。
如何ですか?
EEPROMに音声データを記録し、再生することが出来るので、今後の製作物に多いに活かせそうです。
例えば、
- 電圧や電流の測定器に置いて、LCDや7セグで表示するのではなく、音声で読み上げてくれる。
- 温度制御では、温度の高低を、音声で教えてくれる。
- モーター制御では、回転の異常を、音声で警告してくれる。
- 時計の目覚ましでは、音声で時間を教えてくれる。