YMZ294 - SSG音源ボード

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YMZ294 - SSG音源ボード

ご存知秋月電子では時折面白いパーツが販売されています。そこでSSG音源チップ(YMZ294)を発見したので製作を思い立ったのが、この音源ボードです。

かねてから「普通でない音源」が欲しかったのですが、 FM音源チップなどはなかなか手に入りづらい (そもそも探してなかったりもする(汗))ので、価格も安いこれを使ってSSG音源ボードをつくってみよう、というわけです。

ちなみに、「SSG」というのはYamahaのプログラマブル音源に対する呼称で、ファミコン等で有名な「PSG」と (基本機能としては) ほぼ同じものです。

更新履歴

2006年2月19日: 演奏サンプルを掲載しました。
2003年11月19日: ファームウエアソースを追加。
コマンドリストはもうちょっと待ってください。
2003年11月12日: 回路図を追加。
F/Wがほとんど完成。いろいろ機能を追加したらPIC16F873ではメモリが足りなくなった!

まずは仕様の策定

なにはともあれ、どんなものをつくるのか決めないといけません。
今回特に考えたのは以下の点です。

1. インターフェース

「音源」にしたいので、PCと接続するのが大前提です。そこで、「どうやってつなぐのか」が問題になるわけです。

候補としては、USB、パラレル、シリアル(RS-232C)くらいがあります。
パラレル接続だとチップを直接PCからコントロールできそうなので音源側の回路で楽をできそうですが、PCに1ポートしかないパラレルポートを占領されると困るので、パラレルはまず却下。次にUSBが非常に魅力的なのですが、回路規模を抑えたいのと、何よりデバイスドライバの開発が面倒に思えるので、これも見送り。

ということでRS-232C接続にすることにします。
MIDIのシリアル転送速度が31.25kbpsですので、それを上回る38.4kや57.6kbpsで接続すれば大丈夫でしょう。

2. 音源の規模

「何個音源チップを積むか」です。
YMZ294は同時に発音できるのは3和音までなので、 1つではちょっと音源として貧弱なのです。

16個くらい積んで「48和音」とかも面白そうではあるのですが(笑)、回路設計等考えると現実的ではありません。が、ひとまず10和音くらいは欲しいので、現実的できりのいいところとして、4個搭載することにしました。

3. CPU

音源ボード上のコントローラをどうするか、です。
が、手許にライターがあって手軽に扱えるのがPICだけであるため、これは特に迷うこともなくPICにします。

SSGチップ用の8ビットバス、チップ選択用のライン、シリアル入出力、といった要素が必要ですので、I/Oが22本、USART内蔵の PIC16F876を使うことにします。さらに、クロックはRS-232Cにあわせて、適当なところで11.0592MHzに決定。

あとは音声の出力方法とか電源とか。
今回はとりあえず5V電源、出力はラインレベルにすることにしました。

回路の設計

つくるものが決まったら、回路設計です。どんな部品を使うかも決めてしまいます。

● 回路図はこちら→ SSG音源ボード回路図（918×1016ピクセル）
サイズが大きいのでご注意を。

回路基板の設計

最も辛い作業がこれです。
今回の回路は配線が多いので、ユニバーサル基板を使うにしろ、プリント基板を自作するにしろ、ちょっと大変です。

私はプリント基板を自作することにして、サンハヤトの感光基板の最小サイズである75mm×100mmに収まるように設計しました。

手のひらサイズで扱いやすいのですが、ちょっとスペースが足りず、仕方なく電源回路を省くことに。それでも4日くらいかかってます(汗)。

ハードウエアの製作

基板現像とかエッチングとか穴開けとかはんだづけとか。

ファームウエア、プロトコル、コントロールソフトの開発

さて、ボード本体が完成してもそこで終わるわけにはいきません。
ボード上のマイコンのファームウエア(F/W)、 PC上で動作するコントロールソフトウエア、これら2つの間の通信に使われるプロトコル、この3つを開発し実装しなければ、音源として使えるようにはなりません。

これにもいくつかモデルがあります。

1. ファームウエア最小案: コントロールソフトがSSGパラメータを生成、送信し、 F/WはそれをSSGチップに振り分けるものです。
これだとF/Wは振り分け作業だけで済むので簡易で済みます。が、コントロールソフト側の負担がかなり高くなる上、細かなコントロールを行おうとすれば、通信量が膨大になります。
2. 高性能ファームウエア案: たとえばMIDIコマンドなどのハイレベルコマンドを通信し、 F/Wが計算してSSGパラメータを生成するものです。
これだと逆にコントロールソフト側が楽になり、そのぶんF/Wが大きくなります。 F/Wの開発がたいへんになるわけですが、最も「音源」らしい使い方ができます。

で、今回は「音源」ということを重視したいので、以下のような感じでいくことにしました。

音程はMIDIと同様の形式で通信、F/W側でSSG分周比に変換。
SSG内蔵エンベロープは機能が少ないので、 F/Wによるソフトウエアエンベロープ機能を実装。
F/Wによるビブラート機能を実装。

ビブラートをかけるところでPIC16F873のメモリが尽きたので、 PIC16F876に変更。かなり大袈裟なF/Wになったなぁ…

● ファームウエアソースはこちら→ SSG音源ボードファームウエア(MPASM用)

PC側からは16のコマンドで制御します。曲データを読んでコマンドを送信するPCソフトも開発しました。
# これも公開するかはちょっと考え中

鳴らしてみる

なかなか素敵なサウンドを奏でております。

★ 演奏サンプル1 (mp3 1.1MB 1分10秒): Colom氏作曲の「タリンカ」をこのSSG音源用に打ちなおしたものです。最大8和音 + 2ノイズチャンネル、ソフトウエアエンベロープと弱いビブラートを使っています。

# Colom氏の了承をいただいて掲載しております (ありがとうございます)。
# Colom氏のwebサイトはこちら: D:DRIVE

今後もっと演奏サンプルを追加したいところです。

部品リスト

実際に製作した音源ボードの部品です。
前述の回路図に入っていないものが入っていたり、その逆もあるので注意。
これと基板とスイッチング式ACアダプタ、あわせて6000円弱くらいでした。

種類型番/容量数量備考
IC NJM4580 1 オーディオ用オペアンプ (2回路入汎用)

PIC16F876 1 マイクロコントローラ (873だとメモリ足りない)

SP202 1 RS-232Cレベルコンバータ (MAX232互換)

TD62004 1 トランジスタアレイ (7回路入)

YMZ294 4 SSG音源チップ

水晶振動子 11.0592MHz 1 メインクロック

水晶発振器 4.0000MHz 1 SSGクロック

半固定抵抗器 100kΩ 1

抵抗アレイ 330Ω5素子 1

5.1kΩ4素子 1

抵抗器 100Ω 1

1kΩ 8

10kΩ 3

100kΩ 4

コンデンサ 33pF 2 積層セラミック

0.1µF 15 積層セラミック

10µF 4 電解

47µF 1 電解

100µF 4 電解

470µF 1 電解

1000µF 1 電解

その他タクトスイッチ 1

ディップスイッチ 1 4連

DCジャック 1 2.1φ

D-Subコネクタ 1 9ピンメス

RCAジャック 1

2003年10月製作




TA2020デジタルアンプペデスタルクランプ式RGBビデオアンプ

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