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[[lbed]]
#contents
2013/12/14からのアクセス回数 &counter;
Interface 2013/11から連載が始まった「実験で入門!音声合成のメカニズム」をLM4F120 LaunchPadで試してみます。
** DACモジュールの作成 [#uef269c2]
LM4F120 Lauchpadには、DAC(デジタルからアナログへの変換)モジュールが付属していませんので、
SPIインタフェースを持つ、12-bit DAC(デジタル・アナログ変換)
[[MCP4922>http://akizukidenshi.com/catalog/goods/search.aspx?search=x&keyword=MCP4922&image=%8C%9F%8D%F5]]
を使用します。
MCP4922の使い方は、[[arduino/DACを試す]]を参照してください。
*** MCP4922クラスを作成 [#n9038886]
MCP4922にアクセスするために、SPIクラスのサブクラスとしてMCP4922を作成します。
#pre{{
#include "MCP4922.h"
#define HIGHT (1)
#define LOW (0)
MCP4922::MCP4922(PinName mosi, PinName miso, PinName sclk, PinName cs, PinName ldac)
: SPI(mosi, miso, sclk), _ldac(ldac), _cs(cs)
{
}
void MCP4922::write(int value) {
_ldac = HIGHT;
_cs = LOW;
SPI::write((value >> 8) | 0x30);
SPI::write(value & 0xFF);
_cs = HIGHT;
_ldac = LOW;
}
void MCP4922::frequency(int hz) {
SPI::frequency(hz);
}
}}
*** テストプログラムで動作を確認 [#dfc39520]
SPIの通信には、SSI1を使用することにして、MOSI(PD3), MISO(PD2), SCLK(PD0)とつなぎます。
CS(PE1), LDAC(PE2)としてJ3列のレジスタで揃えました。
&ref(LaunchPad-DAC-setting.png);
TestMCP4922.cppは、以下の通りです。
#pre{{
#include "lbed.h"
#include "MCP4922.h"
int main(void) {
// PD_2は使用していないので、未接続で実行
MCP4922 mcp4922(PD_3, PD_2, PD_0, PE_1, PE_2); // mosi, miso, sclk, cs, ldac
// 16MHzにセット
mcp4922.frequency(16000000);
while(1) {
for (int i=0; i < 4096; i+=4) {
mcp4922.write(i);
}
}
}
}}
こんなに簡単にノコギリ波の生成プログラムが出来上がります。
オシロスコープで生成された波形を見ると以下の様になります。
&ref(saw-wave.png);
LM4F120 LaunchPadは、FPUが付いているので、sine波を計算するとどうなるか試してみました。
#pre{{
#include "lbed.h"
#include "MCP4922.h"
#include "math.h"
#define PI 3.1415926
#define SAMPLE 4096
#define sin(x) sinf(x)
int main(void) {
// PD_2は使用していないので、未接続で実行
MCP4922 mcp4922(PD_3, PD_2, PD_0, PE_1, PE_2); // mosi, miso, sclk, cs, ldac
// 16MHzにセット
mcp4922.frequency(16000000);
while(1) {
for (int i=0; i < 4096; i+=4) {
int sineValue = (int)(0xFFF*(1 + sin(2*PI*i/SAMPLE))/2);
mcp4922.write(sineValue);
}
}
}
}}
sine波の出力でも、39.39Hzで1024ポイント(1ポイント: 1/39.39/1024=0.025ms)を出力できています。
これなら音声合成で使用する8KHzサンプリング(1ポイント: 1/8000=0.125ms)データにも余裕で対応できます。
&ref(sine-wave.png);
** 第1回の課題 [#a24222f4]
Interface 2013/11号の第1回目の課題をLauchpadで実験してみましょう。
*** 「あ」を合成するマイコン・プログラム [#ef52b3f6]
Synthesisという関数を作成して、フーリエ係数から「あ」を合成してみるというものです。
((例題では、サンプリングの不連続をちょっと補正するために、サンプリングデータの最初と最後の
データの平均値を先頭の値にセットしています。))
母音の「あ」の合成には、以下のようなフーリエ関数を使っています。
$$
f\left( \frac{n}{8000} \right) = a_0 + \Sum_{k=1}^K \left( a_k cos \frac{2 \pi k}{T_0} n + b_k sin frac\frac{2 \pi k}{T_0} n \right), n =0, 1, …, N-1
$$