キーボードおもちゃの修理（マイコン換装）

本件は、 おもちゃの病院新津（新潟）様 の修理事例 であり、つつじが丘おもちゃ病院（当院）はファームウェアの開発を請け負った。
当記事には依頼元のおもちゃの病院新津（新潟）様から提供していただいた情報や資料が含まれている。

１．患者

よくあるキーボードおもちゃだ。



2．症状
３．診察

依頼元の診察によるとＣＯＢチップの不良とのこと。


４．治療

当院は故障したＣＯＢチップをＰＩＣで換装するためのファームウェアの開発を請け負った。

【要件】

素のキーボードのおもちゃは多機能であるが、ＰＩＣ電子オルゴールで実現できる範囲の検討を含めて、要件定義もお任せいただいた。

・鍵盤の操作で音階を演奏すること

・数種類の音色のバリエーションを持つこと

・自動演奏曲を持つこと

・数種類の効果音が出せること

・動作中はLEDをチカチカさせること


【設計】

①キーボードとオルゴールは定まった音程で音を出すところは似ていて、キーボードおもちゃの修理にＰＩＣ電子オルゴールを適用することはできそうだ。

②しかし、オルゴールは音符で表される長さ（音価）に従って音を出すが、キーボードでは人が鍵盤を押している間は音を出し、鍵盤を離すと音を止める必要がある。これを以下の処理方法で実現する。

・鍵盤が押されたら鍵盤に対応する曲を演奏開始する。

・曲は１個の音符でできていて、その音符を永久に演奏し続けるものにしておく。具体的には、無条件分岐を使って１個の音符を繰り返させる。さらにタイ修飾することで、音符の切れ目を殺す。

・鍵盤が離されたら演奏中断させる。具体的にはＡＰＩのＳＯＮＧ＿ＳＥＬ（）をパラメータ値を０としてコールする。

③鍵盤の数だけ曲を用意する。例えば３７キーの場合は３７曲になる。

④音色のバリエーションについては、矩形波で平坦なエンベロープはオルガン的な音色になる。ストリングは鋸波でエンベロープのアタックを若干長くとる。ピアノ音は生ピアノのサンプリング波形でエンベロープもピアノに合わせる。

⑤現行のＰＩＣ電子オルゴールでは曲に音色が固定されるので、３種類の音色を表現するには音程毎に３種類の曲を用意することになり、３７キーでは１１１曲になる。収容曲数の上限は２５５なので実現は可能である。

⑥鍵盤での手動演奏と電子オルゴールでの自動演奏、それと、音符で表現できる効果音と音声再生での効果音も入れる。

⑦キーマトリクスの回路は、依頼元から以下の資料をいただいた。なお、作成途上のものであり、キーマトリクス部分のみを参考にして欲しいとのこと。


　本ファームウェアでは、音色の切り替えや手動演奏／自動演奏／効果音の機能切り替えの操作も含めて、セレクト線６本×センス線８本　の構成で利用することとした。

【発生音】
発声音のサンプルはこれ

【ダウンロード】

キーボードおもちゃ用ファームウェアの開発資材は　ここから　ダウンロードできる。