ＴＫ８０／ＢＳの
シンセシステムを復活／拡張したい〜
その２３
ＤＤＳのユーザインタフェース作製
ラダーフィルタの準備
ＴＫ８０−＞ＭＳＰ４３０−＞ＭＩＤＩ出力
２０１８年
６月９日
ここにラダーフィルタのデジタル化のページがあります。このページではＶＣＦの代わりに計算機で係数の計算が簡単になるように、フィルタの式がまとめられています。上手く動作すればＦＰＧＡ内に組み込めます。このページを参考にＰＣでプログラムを作成しました。式の構成は１次のＩＩＲのＬＰＦを４個直列に接続してフィードバックを掛けてレゾナンス制御します。サンプリング周波数は４８ＫＨｚです。下のプログラムでは１次のＬＰＦを４回呼んで、フィードバックを掛けています。ダイオードを使った実際のラダーフィルタは非線形になり、このフィルタとは特性が違います。このページの参考文献の中にダイオードラダーを使ったフィルタが載っています。後で気がつきましたが、ｘ４の式が間違っています（笑）。
下は１次のＬＰＦ部です。初期時Ｎ＝０の時にＮ−１の時の値を０にする必要があるため、少し工夫が必要です。
入力信号です。＋−１．０Ｖ、デューティ比５０％の方形波です。３２個のデータ毎に交番するので周波数は７５０Ｈｚです。波形はｇｎｕｐｌｏｔで確認します。
カットオフ周波数２０ＫＨｚ、フィードバック無しの時の出力です。
カットオフ周波数５ＫＨｚ、フィードバック無しの時の出力です。
カットオフ周波数２ＫＨｚ、フィードバック無しの時の出力です。
カットオフ周波数２ＫＨｚ、フィードバック係数３．０の時の出力です。フィードバックが掛かると、出力レベルは低くなります。
カットオフ周波数１０ＫＨｚ、フィードバック係数２．０の時の出力です。
カットオフ周波数１０ＫＨｚ、フィードバック係数３．０の時の出力です。
カットオフ周波数１０ＫＨｚ、フィードバック係数４．０の時の出力です。レベルは０．５ＶＰ−Ｐくらいになっています。
カットオフ周波数１０ＫＨｚ、フィードバック係数５．０の時の出力です。自己発振が始まりかけています。シミュレーションでは安定した振幅で自己発振することはできません。
上記の状態を続けていると、振幅は８０００を超えて、どんどん大きくなっていきます。
先
週のＶｉｖａｄｏのＳＤＫの思った通りに動かない場合がある件ですが、ＦＰＧＡへの書き込み時にｘｘ_ｈｗ_ｐｌａｔｆｏｒｍ_ｘが選べることが分かりました。選択したｘｘ_ｈｗ_ｐｌａｔｆｏｒｍがプログ
ラムと結合されて、ＦＰＧＡへの書き込まれます。ｘｘ_ｈｗ_ｐｌａｔｆｏｒｍ_ｘを消すと欠番を埋めるように番号が使われるので、間違えないように、生成された時間を確認して、最新のものを選びます。
ＦＰＧＡ内のＭｉｃｒｏＢｌａｚｅでＬＣＤとスイッチを使って、ＤＤＳにユーザインターフェースを追加しました。設定項目はノートのオフセット、ＣＶの効き調整、ＬＣＤのコントラスト、エラーＬＥＤのクリアの簡単なユーザインターフェースです。オフセットやＣＶの効き調整は簡易ＩＰのｓｌｖ_ｒｅｇ［３：０］経由で制御します。スイッチ入力は割り込みではなくポーリングです。ＭＳＰ４３０と違い、スイッチを早く動かすと反応しません（笑）。青色ＬＥＤのＩＮＦＯ１はハートビートで点灯します。赤ＬＥＤはＥＲＲＯＲでオフセットでエラーが発生した時に点灯します。もう一つの青色ＬＥＤのＩＮＦＯ２は未使用です。
友人Ｓから貰ったＤＲ４のＭＩＤＩインターフェースボードをＤＲ４に組み込んでみました。ＤＲ４からＭＩＤＩインターフェースボードが認識されましたが、ボードに載っているＨ８のファームのバージョンが１．０６のため、メニュー項目が少ないようです。
６月９日
ＭＳＰ４３０のＵＳＢ−ＭＩＤＩのプログラムを少し修正しました。修正したのはノートのオフセットを予め設定された値にする機能です。設定スイッチは割り込み駆動のため、オフセットのスイッチ操作１回に半音づつしか可変できないため、大きくオフセットする時は面倒でした。また、ＴＫ８０からのデータ出力中はＭＳＰ４３０は何もしていなので、ポートを入力に変えてＭＣ８０＋バスをキャプチャし、ＵＡＲＴ−ＭＩＤＩにデータ出力する機能を追加予定です。
上記オフセットですが、下はＭＳＰ４３０とＤＤＳのブロック図です。元々はＴＫ８０とＤＣＯのみのシステムにＵＳＢ−ＭＩＤＩを追加したので、ＭＳＰ４３０内で以前のＴＫ８０と合わせるためにマイナスにオフセットしています。そこにＤＤＳが加わったため、オフセットをキャンセルする必要があります。また、ＤＣＯのトーンホイールテーブルは１オクターブ高いなど、煩雑です。
ソニーのリズム音源を組み込んだ旧リズムシーケンサですが、出力レベルが大きい（２．５Ｖｐ−ｐ）ので、ボルカビーツと同じレベル（０．３Ｖｐ−ｐ）位に調整しました。
リズムシーケンサにパターン・シーケンサにデータを書き込んで、久しぶりにＴＫ８０で録音してみました。ＴＫ８０−＞ＭＳＰ４３０−＞ＤＤＳ−＞ＤＣＯ（ＲＯＭテーブル）−＞８ｃｈシンセの接続です。ＭＰ３はこれです。このソニーの音源の難点は各音源のレベルが個別に調整できないことです。
Ｖｉｖａｄｏが２０１８．１になったのでインストールしました。２０１８．１ではフリーのＩＰが増えていて、Ｉ２ＳやＳＰＤＩＦなど、デジタルのシンセサイザに使えそうなものもあります。ただ、各ＩＰはＡＸＩ−Ｓｔｒｅａｍバス経由で接続する必要があるようです。
２０１７．４で作成したＤＤＳの論理は使用している各ＩＰをアップグレードして合成、インプリできました。
ロジック使用率です。
６月１７日
この週末は日曜のみの作業でした。ＭＳＰ４３０のＵＳＢ−ＭＩＤＩにＴＫ８０から音出し中にアドレスの変化を検出して、ノートとゲート情報をＭＳＰ側に取り込み、ＭＩＤＩに出力するコードを追加しました。
ハードウェアの修正を開始しましたが、５Ｖ−＞３．３Ｖのレベル変換が必要でした。
今回の修正はＭＳＰ４３０とＭＣ８０＋のレベル変換のＨＣＴ２４５がＭＳＰ側にも向くようにＤＩＲをＧＰＯで制御します。ただ、ＭＳＰは３．３Ｖなので、そのまま接続できません。赤点線内に５Ｖ−＞３．３Ｖのレベル変換が必要です。
以前にＤＤＳ用に購入した８ビットのレベル変換が１枚余っていました。アドレス分の４ビットが足りません。ＷＥＢを調べていると、ここに情報がありました。ここによると、ＭＳＰの入力端子に付いているクランプダイオードの仕様を守って抵抗を直列に入れてもいいということです。これなら簡単です。
６月２３日
先週の続きです。上記のページを参考に３Ｋオームの抵抗をデータとアドレスバスに入れて、５Ｖ−＞３．３Ｖ変換します。
６月２４日
ＴＫ８０から音出しして、作成したＭＳＰ４３０のプログラムを介して、ＳＣ−８８へＭＩＤＩ出力します。
上手く動いてません。アナログディスカバリを接続してＭＣ８０＋バスとＵＡＲＴのタイミングを確認します。
まず、４ｃｈ出力時にアナログディスカバリのＵＡＲＴプロトコルアナライザでＭＩＤＩ出力データを取り込み、データをチャンネル毎に整理して、確認します。アナログディスカバリのボーレートのプルダウンメニューに３１．２５Ｋはありませんが、直接値を入れれば設定できます。結果はノートＯＮ／ノートＯＦＦが正常にが出力されていません。ノートＯＮ／ノートＯＦＦは必ずセットで出現するはずです。
バスタイミングとＭＩＤＩ出力関数の必要時間を確認します。ＭＣ８０＋バスを解析しながら、順次ＭＩＤＩ出力する方法では処理が間に合っていないことが分かります。先頭で３バイトをＭＩＤＩで出力している間に、ＭＣ８０＋バスでは３チャンネル弱出力しています。デバッグ用のＰ１．５のＤＯ１はＭＩＤＩの３バイト出力関数の先頭でＨＩＧＨにして終了時にＬＯＷにしています。ＨＩＧＨ幅が３バイト出力するの必要な実時間です。ＭＩＤＩの３１．２５Ｋｂｐｓに比べると、２ＭＨｚの８０８０の音出しの方が断然早いです（笑）。
プログラムを修正して、バスの解析とＭＩＤＩ出力の処理を分けるようにします。ＴＫ８０の出力するバスは必ず８ｃｈ分出力する訳ではないので、単純にバスアクセスの終了が分かりません。ゲート検出でタイムアウトをセットして、タイムアウト発生で最後のゲート検出を検出します。下記のＤＯ１の赤枠はタイムアウトが発生したところです。
タイムアウトが発生したところで、まとめてＭＩＤＩ出力するようにプログラムを修正しました。これでも偶にイベントが欠落することがあります。動作不良でノートＯＦＦが出ないと、ＳＣ−８８側で音が残ってしまい、不良が直ぐ分かります。ゲートの幅を測定し忘れましたが、下記のロジアナ波形から、大体２〜３μＳｅｃと思われます。ＭＳＰ４３０は２５ＭＨｚで動きますが、タイマ割り込みも動いているため、短いゲートの幅ではポーリングで取りこぼしているのかもしれません。次回、ＴＫ８０側のプログラムを修正して、ゲートのタイミングを長くすると改善するか確認します。友人Ｓの作成した８ｃｈシーケンサプログラムはバイナリしか残っていないため、逆アセンブルして解析しないといけません。
以前に作ったデジタルラダーフィルタの式が間違えていたので、修正して波形を出し直しました。カットオフ周波数１０ＫＨｚ、フィードバック係数０の時の出力です。
カットオフ周波数１０ＫＨｚ、フィードバック係数１．０の時の出力です。
カットオフ周波数１０ＫＨｚ、フィードバック係数２．０の時の出力です。
カットオフ周波数１０ＫＨｚ、フィードバック係数３．０の時の出力です。
カットオフ周波数１０ＫＨｚ、フィードバック係数４．０の時の出力です。
ＦＰＧＡ開発用のノートＰＣをアパートに持ってきて、Ｖｉｖａｄｏの新しいバージョン２０１８．２をインストールしました。ファイルが大きいのでテザリングでインストールする勇気はありません（笑）。つい、４週間くらい前は２０１８．１だったんですが。２０１７．４で作ったＤＤＳの論理は合成、インプリメントできました。
