ひとまずプロトタイプの完成を目指そう…

ＦＭ音源をソフトウェアで作れないかというお話
の続き。

あれもこれもと盛り込むと大変なことになっちゃう
ので、ひとまず最低限のスペックでプロトタイプを
作ってみたいと思います。

で、電卓弾きながら紙にメモをざっくりと書き出して
みました。仕様的にはこんな感じ。

・ＡＶＲのアセンブラで作る
・ＰＷＭ使って、頑張って４００００Ｈｚを出してみる
・オペレータは２個だけ（１個はキャリア、１個は
　モジュレータ）で、単音発声とする
・ＬＦＯ、エンベロープはひとまず見送り
・内部のｓｉｎ関数テーブルは８ビット精度とする
・メロディーデータ（楽譜）は固定決め打ちで
　ドレミド（４つ目のドは１オクターブ上）の４音とする
・キャリアとモジュレータの周波数比はプロコンで
　指定しておくことにして、プログラム修正にて
　１：１から１：７で可変とする
・変調の度合い（キャリアのノコギリ波に加算する
　モジュレータの振幅）もプロコンで指定
・音程は、少し周波数が不正確になっても処理が
　簡単に済むように、４００００Ｈｚの割り込み
　タイミングに合わせた長さで丸める
・その他出来るだけ手を抜きつつ、上記で面倒な
　ものがあれば更に手を抜く…音を出すことが
　最優先

といった感じ。
ちなみにドレミドの各音を周波数にすると、

（通常）　262Hz 330Hz 392Hz 523Hz
（試作）　261Hz 331Hz 392Hz 526Hz
　　　　　　　　　（四捨五入値）

といった具合に数Ｈｚずれます。まぁ、このくらいは
いいことにします。

MEGA8が手元にいっぱいあるのでMEGA8を使いたいと
思うのですが、そうするとクロックは１６ＭＨｚ。
割り込み１回につき４００クロックに相当。

ＭＥＧＡ４８なら２０ＭＨｚが使えるから、５００
クロック使えるんですが、この間作ったシリアル版の
arduinoボード（MEGA8登載）を流用しちゃえば
はんだ付けもブレッドボードも不要になるので、
流用してしまおうかと思ってます。
（この場合もちろんarduinoのＩＤＥもブートローダー
　も使えませんが）

このくらいに機能を削れば、ひとまず作れないって事は
なさそう。まずは少しずつ進めて、音を出してみようと
思います。

センサーとアクチュエータで

http://jp.makezine.com/blog/2008/09/balance_a_ball_on_servo_c.html

例によってｍａｋｅブログです。

このムービー見てると、機械が
　　「おーーーーとっとっと…」
　　「お、やべっ」
とか言いながらバランス取ってる声が聞こえて
きそうで、妙な生き物感が伝わってきます。

タッチセンサでボールの位置をセンシングし、
ボールを転がす方向を計算しながら
アクチュエータで角度を制御しているみたいです。

見事です…。

ＰＩＤ制御なんか使ってるんだろうなぁ。きっと。

ネコロジー・オシロ化作戦の続き

昨日あれこれ考えていた、ネコロジーをオシロ化する
上での入力回路周りについてです。ちょっと進みました。

ＡＤコンバーターを壊さないために、ＡＤコンに掛かる
電圧を－０．５Ｖ～４Ｖの間に絶対収めるというお話。

オペアンプの電源電圧を±３Ｖ（もしくは３．３Ｖ程度）
にすれば、＋側は３Ｖまでしか掛からないことは
昨日のとおり。

もう一方の、負電圧時に０Ｖまでで食い止めるという
のが残った課題でした。

例によって私のオペアンプのバイブルを引っ張り出して
読み直してみます。理想ダイオード回路のところです。

理想ダイオード回路は、普通のシリコンダイオード
等と違って順方向電圧降下が無い（Ｖｆ＝０）という
綺麗な動作をする回路です。

回路で言うとこんな感じ。


例の本にはＲ１から右側の部分しか載ってないのですが、
これだけだと反転出力（Ｒ１に０～３Ｖを入力すると
０～－３Ｖが出力）になってしまうので、その前段に
反転増幅回路を設けました。これによって、
反転＋反転＝非反転というわけです。これなら
増幅率（入力レンジの設定）の設計自由度も高いし。

この図中のダイオードを両方ともショットキバリアに
すれば、考えられる範囲で最速の動作をしてくれる
はずなんですけどね。


それにしても高ーーーーい高速オペアンプを２個も
使うのはいかがなものかと思って、いろいろ検索
してみました。

なひたふさんのこのページに、ボルテージフォロアを
使った理想ダイオード回路がありました。↓
http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame3/ideald.html


こんな回路。

この回路、よく出来てるなぁ…。Ｄ２の使い方が
かなり絶妙。非反転の１倍出力です。

さらにこの回路をボルテージフォロアではなく、
非反転増幅を応用すれば適当な増幅率が設定出来る
んですが、非反転なので増幅率は１倍以上にしか
設定できません。
（AD9631は元々１倍以上にしか設定できませんが）


オペアンプのオフセット電圧（誤差）とか、
入力電圧のレンジ設定の設計自由度とか、そういうこと
を考えるとオペアンプ２個で反転＋反転にしたほうが
有利なんだよなぁ…。

まぁ、いずれにしてもまずは簡単に、安く、そこそこ
安定して動作してくれればいいってことで、後者を
使うのがベストチョイスかな。ＡＣ１００Ｖ測りたい
とか考えてないので。


これらの回路、本当はショットバリアダイオードでも
スイッチングの時間はゼロじゃないので、極々わずかな
時間だけ負電圧が出力される瞬間があるはずだし、
オペアンプのオーバーシュート等も考慮すると、
本当にＡＤコンバーターに負電圧が掛からないのか
という点で懸念はあるのですが、そもそも
私の頭ではこれ以上は無理です。

これで壊れちゃったらそれはそれということで…。

ま、ちょっとだけ前進。

初のナイトレース…シンガポール

http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20080928-00000002-fliv-moto

金融危機の影響で、Ｆ１のスポンサー収入が
危機的な予想になっているようです。

そんな中の今回のシンガポールＧＰ。初の
ナイトレース。

ナイトレースというのは人目を引くのですが、
多分野球のナイターと同レベルかもしくはそれ以上
の電気を使って照明を焚いていることでしょう。

地球には優しくないなぁ…。

そもそもモータースポーツと環境問題は相反する
部分があるのは仕方ないんだけど、かつて
故本田宗一郎氏は
　　「より良い製品を作り出す実験場」
として鈴鹿サーキットを作ったのは有名で、
レースの技術は市販車にフィードバックされて
来たのですが、もはや今の時代、Ｆ１は時代の
遺物なのかも知れないなぁ。

世界最高峰のレースには違いないんだけど…


ウェイトハンデのルールが盛り込まれている
ｓｕｐｅｒ－ＧＴの方がシーズン通して楽しめる
ような気がするなぁ。技術的にもベースは市販車
だし、むやみやたらにお金を掛けたら速くなる
わけでもないし。

せめて、回生ブレーキくらいは市販車に還元
できればとも思うんですが、ＦＩＡの採用した
回生ブレーキの方式は市販車にはあまり適用
出来ないもの。（っていうか、フェラーリを
贔屓してるとしか思えない…）

そういうところが世の中とズレてるんだよなぁ…。

というわけでレーススタートしました。
ホントにマーライオンの横で走ってるんだなぁ…
絵的に面白い…

高速オペアンプを買ってきました。

秋月で高速オペアンプAD9631を買ってきました。
1回路入りの超高速オペアンプ。500円なり。
WEBのカタログには載っていないようです。

アナデバのデータシートによると、SR＝1300Vの
超高速。ユニティーから安定動作。

こことか見ると、やはりかなり扱いは大変な
代物のようです↓。
http://www.usagi-js.com/acforum/acforum.cgi?no=13&reno=12&oya=12&mode=msgview&page=10

まぁ、これだけの高速アンプだから覚悟はして
いましたが、ずいぶん大変そうねぇ…
ベタグランドにして１ｍｍ以内で繋がないと
イケナイとか、＋、－の両方に直列で140Ωの抵抗を
入れなさいとか（データシートだと130と140みたいですが）、
+Vs、-Vsピンはチップコンデンサで最短距離で
ベタグランドに接地とか、おやつは300円以内とか…
いろいろ。

まぁ、最高速で使うわけじゃないので、出来る限り
の対応はしておこうというレベルで考えておきます。
LM7171の4100V/usよりは遅いから、もう少し
ぬるくても何とかなるんじゃないかという甘い予想。
あ、
ネコロジーに繋いでオシロを作っちゃおうという
お話の続きです。

ネコロジーに、8ビットＡＤコンバーターAD9283を
接続し、このアナログ入力回路部分のインピーダンス
を下げるためにAD9631を繋いで、ここにプローブを
接続することにしよう、という考えです。

目下のところせいぜい２．５Ｍｓｐｓ程度なので、
１７５ＭＨｚのオペアンプや、８０Ｍｓｐｓの
ＡＤコンバーターを使うまでもないのですが、
まぁ立ってるものは親でも使えと昔から言うので、
これを使うことにします。
（ホントはＣＰＬＤ使って高速化するときの布石です）

電源電圧が難しいところ。特にAD9283（ＡＤコンバーター）
の電源周りが。

このＩＣ側は３Ｖタイプで絶対定格が４Ｖ。マイコンと
ＳＲＡＭ側は２０ＭＨｚで動かすのに５Ｖ電源が必要。

と言うわけで、ＩＣ間のＩ／Ｆには電源変換が必要
になります。
しかも、ネコロジーはＳＲＡＭとの接続に変則的な方法
を取っているので、ＳＲＡＭ－AD9283－MEGA48の３者で
電源電圧が混在し、かつ色んな方向にデータが流れます。

特に困るのが、ＡＤコンからＳＲＡＭに取り込んだデータ
をMEGA48から読み出す時。この時ＳＲＡＭの出力信号は
５Ｖなので、それがAD9283に掛かると壊れちゃう。
ＳＲＡＭから読み出しする時はＡＤコンをアイソレート
しておく必要あり。その方法を考えないと…


そしてもう一つの難しいところ：信号の入力電圧幅。

仮にオペアンプをユニティーで使うとすると、
オペアンプの入力に掛けていい電圧は－０．５Ｖ～
＋３．５Ｖ。（電源３Ｖの場合…AD9631の定格による）

このオペアンプは±３Ｖから使えるので、＋Ｖｓは電源電圧
の設定しだいでなんとでも出来るんですが、問題は－Ｖｓ
の方。

まず単電源を謳っていないオペアンプなので、
－ＶｓをＧＮＤ電位にはできません。
ある程度の負値にしてあげないと、ＧＮＤ電位付近が
拾えない（不感領域）ということになります。

じゃぁ、－０．５Ｖ～－１Ｖ程度を使うとしましょう。
これならＧＮＤ電位の入力まで出来るようになるんですが、
元々最低±３Ｖ電源を前提にしているということは、
－Ｖｓ～＋Ｖｓの電位差は６Ｖというわけです。
－Ｖｓを－０．５Ｖとすると＋Ｖｓとの電位差は約３．５Ｖ。
これでは、オペアンプが動作できるかわからないし、
動いたとしても電圧不足で高速動作は望めないでしょう。

じゃぁ、電源を±３Ｖの両電源と仮定します。
この場合、プローブから－３Ｖの負電圧が入力されると
AD9631にも－３Ｖまでの負電圧が掛かってしまうことに
なります。ラッチアップしますね。これは回避したい。

どうにかして、この－３Ｖをカットしてしまいたい
のですが、単純にオペアンプとツェナーでリミッタ回路
組むと、動作が遅すぎてアウト（多分）。ラッチアップ
しちゃうでしょう。

オペアンプの両入力端子か、ＡＤコンの両入力端子を
ショットキダイオードでＧＮＤにショートさせちゃえば
いいかなぁ…というのが目下考えている解決策。

この方法はＩＣ壊さない速さでバイパス動作可能なのか
と言う点と、ショットキバリアダイオードのＶｆが
０．５Ｖ以内に入っているのかというのが懸念事項。
スイッチング特性は一般に数十ピコ秒単位らしい
のですが…このくらいなら大丈夫？

オペアンプの入力段に取り付けるとしたら、順方向の
漏れ電流が大きいのでこれが大きな誤差を作り出しそう
なのは想像に難くないし…

うーん。

普通、この手の処理をする時って、どんな回路を
組むものなんだろう？

仮にオペアンプでリミッタ回路組むとして、ツェナー
ダイオードの代わりにショットキバリアダイオード
を使ってみるっていうのはどうかなぁ？あとでちょっと
考えてみよう…。

そもそもAD9283が５Ｖ動作ＩＣならもう少し事態は
簡単に済みそうなんだけどなぁ…。

（後日訂正：記事中の一部間違えを修正しました。
　AD9631とAD9283がゴチャゴチャになってた、など）