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名張市つつじが丘おもちゃ病院

三重県名張市つつじが丘でおもちゃの病院を開院しています。年中無休で修理は無料、部品代のみ実費です。おもちゃの修理依頼は tutuji@cb4.so-net.ne.jp へメールにてご連絡下さい。なお、宅配便での受け付けは行っておりません。このブログにはおもちゃ等の修理事例やツール製作などを載せていきます。故障診断や修理方法の改善等、ご意見をお寄せ下さい。

ATtiny13Aで音声再生

【開発の意図】
音を出すおもちゃは殆どが音声再生でやっている。このようなおもちゃが故障したときに音声再生を汎用的な部品で換装しようとすると音声データを格納する大容量のメモリが必要になってコスト高になってしまう。そのため、メモリ容量が少なくて済む電子オルゴールで音楽を鳴らしたり、必要最小限に音声を切り詰めて修理をしてきた。救急車のような効果音も音符で表現して電子オルゴールで鳴らす工夫もしている。

ところが最近は大容量のSPIフラッシュメモリが安価に出回るようになり、先般、 PIC電子オルゴールの音声再生機能でSPIフラッシュメモリをサポート した。そうすると、おもちゃが元々やっているように音楽も音声再生でやればいい、という考えに戻る。音楽表現は電子オルゴールよりも格段に優れるし、面倒な音符データも作らずに済む。

電子オルゴールは実行時に波形発生の計算を行うので、ある程度の処理能力が必要だ。そのため、PIC電子オルゴールではターゲットデバイスを16F18xxや16F17xxのシリーズに限定している。しかし、音声再生だけならもっと安いCPUでも構わない。そこで、ポート数が5以上ありPWM機能を備えたデバイスで最廉価なATtiny13A(2018年秋月@50円)で音声再生を作る。これならW25Q64と組み合わせて100円以内で、8ビット8ksps、1024秒の音声再生が実現できる。


【設計】
ATtiny13AのPWMはデューティ値を0に設定しても1ステップ分はPWM出力が出てしまう。100%に設定すると出っ放しにはなる。これはデバイスの仕様なので受け入れるしかない。
0%にならないよりは100%にならない方がマシなので、ピン出力を反転出力にして、デューティ値を補数で設定することにした。

最初はPIC電子オルゴール並みに音声番号選択や再生終了時コールバックなどの機能を書いたのだが、プログラムメモリオーバとなり撃沈されてしまった。512ワードに過大な期待は禁物だ。それで、音声データすべてを再生する処理内容に変えて、おもちゃ固有の制御は個別に開発することとする。汎用性のある省電力Sleepのコードは含めている。そうするとプログラムメモリ使用率は44%にまで下がった。

動作は以下の流れとした。
・POR後にはSleepしている。
・トリガSWのオンで音声再生を開始する。
・再生が終了するとSleepする。
・再生中にトリガSWがオンされると再生を中止してSleepする。

また、ポートが1本しか余っていないので、あまり高機能な応用はできない。


【回路図】
ATtiny13Aで音声再生回路図

【再生音】
ATtiny13Aで音声再生
ミラーナの修理で使った音声を8ビット8kpsで再生した音だ。


【ダウンロード】
設計資料と開発プロジェクトは ここから ダウンロードできる。開発環境は AtmelStudio7。
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  1. 2018/10/12(金) 14:03:12|
  2. 音声再生・録音再生
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プロフィール

大泉茂幸

Author:大泉茂幸
名張市つつじが丘おもちゃ病院
名張市つつじが丘南3番町129
tutuji@cb4.so-net.ne.jp
090-5534-6494
連絡は上記のメール、またはSMSでお願いします。

子どもの頃から趣味は電子工作一筋でやってきました。理科離れが進む中で科学技術に興味を持つ子どもが少しでも増えて行くことを願って、子ども達に電子工作の活動の場を提供しています。

1981年からおもちゃ病院の活動を始め、2014年に三重県名張市への移住を機に「つつじが丘おもちゃ病院」を開院しました。自分でおもちゃを設計し製作する【おもちゃ工房】と、マイコンを応用した電子工作を楽しむ【マイコンクラブ】も併設しています。新規参加メンバーを募集しています。

当ブログで公開している技術情報や成果物の複製、改変および再配布はフリーです。読者様のおもちゃ病院活動のお役に立てば幸いです。ご利用いただいた結果や感想等を記事へのコメントやメールでフィードバックしていただけると有難いです。なお、公開ファイルは最新版を載せているので、古い記事の内容から変わっている場合があります。

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