PIC16F18326とSDカードで音楽再生（8bit, 24kHz）（FAT）

概要

PIC16F18326を使いました．クロックは32MHzです．

SDカードにあるPCMデータをMCCのFatFsで読み出して，PWM出力しました．
SDカードにファイルシステムを使ってアクセスしているので，音声データの書き込みがPCでちゃちゃっとできます（超便利）．

音質は8bit, 24kHz, モノラルです．PICの性能的には分解能はもっと上げられますが，10bitとか9bitとかキリが悪いので8bitにしました．

僕は今までレジスタこちょこちょ派で，MCCなんか使ったら面白くないじゃん！と思っていたのですが，短時間でこんなに複雑なことができたので大満足です．

MCCの操作

MCCはClassicとMelodyがありますが，現時点（2024/08/21）ではMelodyにはSDカードのライブラリがない（？）のでClassicにします．

System Module

まずはじめに，System Moduleのタブで，クロックを32MHzに，Clock Dividerを1にします．

Timer 0

デューティ比を更新する割り込みを作るためにTimer 0を使います．
PWMのDuty値は，サンプリング周波数が24kHzなので41.66666666666[us]ごとに更新します．
説明がめんどくさいのでスクショはこんな感じです．

Timer 2

PWM用のTimer 2です．

PWM

PWMです．キャリア周波数が125kHzなので，人間には聴こえないはずです．

SDCard

CDとWPはDisableしました．

FatFS

いらない機能を削除すれば，プログラムメモリが節約できます（f_writeなどは今回必要ない）．


これ以外はDefaultのままです．

PPS

SDO1，PWM5，CSは手動で設定しました．

設定は終わったのでGenerateします．

ユーザーコード

SDカード内のmusic.rawを読み込んで再生します．music.rawの作り方は後で説明します．
このプログラムは，常にBUF_SIZE分だけデータを先読みしながら，データ読み出しと音声再生を並列処理しています．

main.c

#include "mcc_generated_files/mcc.h"
#define BUF_SIZE 256

/*
                         Main application
 */

uint8_t buf[2][BUF_SIZE];
uint8_t buf_id=0;
uint16_t ptr=0;
bool request=false;

void tmr0_isr() {
    if(ptr == 0) {
        request = true;    // メインルーチンにバッファへの読み込みをリクエスト
    }
    
    PWM5_LoadDutyValue(buf[buf_id][ptr++]);    // 読み込んだデータでデューティー比を更新
    
    if(ptr == BUF_SIZE) {    // バッファの末尾に達したら，バッファを切り替え
        ptr = 0;
        buf_id = buf_id+1 >= 2 ? 0 : buf_id+1;
    }
}

static FATFS drive;
static FIL file;

void main(void)
{
    // initialize the device
    SYSTEM_Initialize();

    // When using interrupts, you need to set the Global and Peripheral Interrupt Enable bits
    // Use the following macros to:

    // Enable the Global Interrupts
    INTERRUPT_GlobalInterruptEnable();

    // Enable the Peripheral Interrupts
    INTERRUPT_PeripheralInterruptEnable();

    // Disable the Global Interrupts
    //INTERRUPT_GlobalInterruptDisable();

    // Disable the Peripheral Interrupts
    //INTERRUPT_PeripheralInterruptDisable();
    
    
    f_mount(&drive, "0:", 1);
    if(f_open(&file, "music.raw", FA_READ) != FR_OK) {
        f_mount(NULL, "0:", 0);
        while(1);
    }
    
    f_read(&file, buf[0], BUF_SIZE, NULL);
    
    TMR0_StartTimer();
    TMR0_SetInterruptHandler(tmr0_isr);
    TMR2_StartTimer();
    PWM5_LoadDutyValue(0);

    uint16_t actual_len, len;
    FRESULT res;
    
    while (1)
    {
        // Add your application code
        if(request) {    // 割り込みルーチンからのリクエストがあったら，つぎのバッファにデータを準備
            request = false;
            len = 0;
            
            do {
                res = f_read(&file, &buf[buf_id+1 >= 2 ? 0 : buf_id+1][len], BUF_SIZE-len, &actual_len);
                len += actual_len;
                
                if(actual_len == 0 || res != FR_OK) {
                    TMR0_StopTimer();
                    PWM5_LoadDutyValue(0);
                    f_close(&file);
                    f_mount(NULL, "0:", 0);
                    while(1);
                }
            } while(len != BUF_SIZE);
        }
    }
}
/**
 End of File
*/

メモリ使用量はこんな感じです．

音声データの作り方

ffmpegで一発

ffmpeg -i "任意の音楽ファイル" -ac 1 -ar 24000 -acodec pcm_u8 -f u8 music.raw

再生

YouTube人生初投稿！

SDカードの電源は3.3Vです

トランジスタ1個でアンプのようなものも作りました．

おわりに

$ \mathrm{I^2C} $のEEPROM(24LC512)で音楽再生をやったこともありますが，容量的に再生できるのが数秒程度でした．今回は，16GBのSDカードを使ったので，約715828秒，11930分，199時間，8.29日の音楽を流せます！🎉🎉🎉