ボイスチェンジャ

アナログ回路とディジタル回路の混在

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ボイスチェンジャにはマイクから得られるアナログ信号を処理する回路と,ディジタル信号に変換しEEPROMに保存したり音声信号を変換したりするディジタル信号を処理する回路が混在しています.このような場合,それぞれの回路から出されるノイズが反対の回路に悪影響を及ぼすことを避けるため,一点接地を行うこととしました.なお,下に書かれていることはあくまで実験中のことであり,このようにすれば必ず動作するようになるというわけではないことをご承知おきください.

下にある図のうち,右側がディジタル回路のグランド,左側がアナログ回路のグランドとなっています.その境目に0603サイズの抵抗をハンダ付けできるよう,パッドが配されていることが分かるかと思います.このようにディジタルとアナログのグランドを分けることで,それぞれの回路で発生するノイズを他方に伝わりにくくすることができるはずです.現在,この基板を発注しましたので,おそらく1か月後にどのようになったか結果を報告できるかと思います.

DigitalGroundAnalogGround

PIC内蔵のDAコンバータ

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今回の教訓は「データシートに書いてあることはちゃんと守るべきです」ということです.今日はそんな話です.

ボイスチェンジャを作っているなかで圧電スピーカからの音が小さいことに気がつきましたので,その原因を探りました.データシートにあるDA変換関連のレジスタを確認すると特に問題はなさそうでしたが,ディジタルをアナログに変換した結果をボルテージフォロワ回路に通すよう書かれていました.しかし,今作成しているボイスチェンジャではアナログ信号で圧電スピーカを駆動させればよいため,ボルテージフォロワ回路は不要かと思ったのです.しかも圧電スピーカに未接続状態でオシロスコープに接続して観測してみましたがやはり振幅が小さくなっていました.八方塞がりだったので,ダメ元でボルテージフォロワ回路に繋いでみましたところ理想的な振幅が出てくるようになりました.

ということでやはりデータシートをちゃんと守るべきですね.工学の世界でよく言われている「守破離」を再確認しました.

さて,これでスピーカから音を鳴らすことができるようになりましたが,まだボイスチェンジャは完成していません.その理由はマイクから得られる信号にノイズが混入しているからです.これについてはまた今度.

ひとまず一部をプログラミング

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PIC16F1709をわたくしは一度も使ったことのない種類のマイコンだったので,ちょっとずつ着実にプログラムを書いていくことにしました.今回のボイスチェンジャには下記の電子デバイスがありますが,そのうちとりあえず○印のついたものを実装と動作確認をし終えました.

  • LED[汎用ディジタル出力端子]〇
  • タクトスイッチ[汎用ディジタル入力端子]〇
  • ロータリスイッチ[汎用ディジタル入力端子]〇
  • スピーカ[DA変換器]〇
  • マイク[オペアンプ,AD変換器]〇
  • EEPROM

とくにマイクに使われているオペアンプについてははじめて使用する周辺機能であるとともに,アナログ回路を含んでいるため正しく動作するか心配でした.試しにオペアンプの出力をオシロスコープで動作を確認してみました.理想的な出力は無音時には2.5[V],最大で0~5[V]の振幅となります.

まず最初に示す下の図はボリュームとして使用する抵抗を絞ったときの波形です.それなりに大きな声を出していますが1.5[V]~3[V]の振幅信号が現れています.

F0009TEK

次に示す下の図はボリュームを上げたときの波形です.あまり声を出していませんが,0~4.5[V]程度の信号が現れています.

F0010TEK

 

以上の結果から,マイクからオペアンプを通って出力されている信号は正しく動作しているものと思われます.

さて,現在の問題点は2点あります.一つはスピーカの音量です.今回の電源は+3[V]のため振幅が少なすぎるようです.音が聞こえないわけではないのですが,少し聞き取りづらいと言わざるを得ません.本来なら昇圧回路などで20[V]くらいにすればよいのですが,基板サイズを極限まで小さくしてしまったことと価格を安くしなければならないため実装するのは厳しそうです.とりあえずはこの回路構成のままプログラミングを進めていき,完成してからもう一度考えたいと思います.もう一つの問題はEEPROMについてです.このプログラムが一番複雑になりそうなため,まだ未実装です.今後,以前作成したI2C通信のプログラムを参考にしてEEPROMを制御していきたいと思います.

ボイスチェンジャーの実装

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年の瀬の隙間でボイスチェンジャの実装を行い,それで分かった問題3個を報告します.まずは写真を示します.左側が表,右側が裏です.

 20151230実装表20151230実装裏

 基板裏を見ればすぐお気付きになると思いますが,電池ボックスがはみ出してしまっています.電池ボックスに予想以上のでっぱりがあったことが原因です.この問題は電池ボックスを180度回転させることで解決させます.次の問題はEEPROMの高さです.EEPROMの上側にあるタクトスイッチがやや押しにくくなっています.今回の試作ではEEPROMをソケットの上に接続しましたが,実際の時には直付けをすることで解決できそうです.最後の問題はダウンロード用ピンヘッダです.現在の配置方法だとPICKit3が裏返しの状態で接続しなければならなくなります.これについてはピンヘッダを表面から裏面へ移動することで解決させます.

以上,いくつかの実装所の問題がありましたが,どれも何とか解決できそうです.引き続き,プログラムを作成していきたいと思います.

失敗その2

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注文していたボイスチェンジャの基板が到着しました.基板をみた瞬間,ある失敗に気がつきました.下の写真をご覧下さい.

 20151228失敗作

片面が見事にそっくりありません.つまり面付けを失敗しています.まぁ試作なので片面だけでもいいのですが….ともかくこの後は部品の実装をしてみたいと思います.