STM32H7ハイスペック・マイコンで作るオーディオ・スペクトラム・アナライザ

マイク録音とスピーカ再生

実験製作用ソースコード

「STM32H7ハイスペック・マイコンで作るオーディオ・スペクトラム・アナライザ　第1回　マイク録音とスピーカ再生（著 山田 浩之/Y-Logic）」の制作用ソースコードは下記からダウンロードできます．

H7_LCD_Audio_Example_1.zip

詳細は下記参照（ピーバンドットコム・ホームページ内）

［エレクトロニクスの確かな情報便］-［STM32H7 ハイスペック・マイコンで作るオーディオ・スペクトラム・アナライザ］-［第1回 マイク録音とスピーカ再生］（株式会社ピーバンドットコム）

Arm M4/M7×500MHzの全部入りキットで信号処理プログラミング

デュアル・コア搭載のSTM32H7シリーズ

STM32H7シリーズは，STマイクロエレクトロニクスが提供する高性能マイコンで，Cortex-M7とCortex-M4のデュアル・コアを搭載しています．STM32H747I-DISCOは，オーディオ処理に適した機能を備えており，オーディオ・アナライザやエフェクタの開発に適しています．

このボードは，以下のような特徴をもちます．

1. 動作クロック470MHzのCortex-M7とCortex-M4を搭載
2. 高精度なA-D/D-A変換を実現するオーディオCODEC内蔵
3. タッチパネルLCDを搭載し，視覚的なフィードバックが可能
4. 組み込み開発向けのST-LinkV3Eデバッガを標準搭載

これらの機能を活用することで，オーディオ信号のリアルタイム解析が可能です．

オーディオ信号処理の基礎

オーディオ信号処理では，入力信号$V_{in}$をA-Dコンバータでディジタル化し，処理後にD-Aコンバータを通じてスピーカへ出力します．STM32H747I-DISCOでは，ボード上のオーディオCODECがこの役割を果たし，以下の流れで動作します．

1. ディジタル・マイクからの音声をA-D変換
2. STM32H7のデュアル・コアによる信号処理
3. 処理結果をD-A変換し，スピーカへ出力

この一連の流れをプログラムで制御することで，オーディオ・スペクトラム・アナライザを実現できます．

キーワード

BSPドライバとは

BSP（Board Support Package）ドライバは，STM32シリーズの評価ボード向けに提供される専用APIです．STM32H747I-DISCOでは，オーディオ機能を制御するためにBSPドライバを利用します．

BSPドライバを使用することで，以下のような処理が簡単に実装できます．

1. マイクからの音声データ取得
2. スピーカへの音声データ出力
3. オーディオCODECの初期化および設定

BSPドライバの組み込み手順

BSPドライバをプロジェクトに組み込むには，STM32CubeH7パッケージから必要なファイルをコピーし，プロジェクトに追加する必要があります．

1. STM32CubeH7の`Drivers/BSP/STM32H747I-DISCO/`フォルダから`stm32h747i_discovery_audio.c`と`stm32h747i_discovery_audio.h`をプロジェクトへコピー
2. `Drivers/BSP/Components/wm8994/`フォルダのオーディオCODEC関連ファイルをプロジェクトに追加
3. STM32CubeIDEのビルド設定でBSPドライバを適用

〈著:ZEPマガジン〉

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著者紹介

• 2015年　都内電子機器メーカに入社．主にUSB3.1やDisplayPort，MIPI，車載向けSer/Desなど高速インタフェース変換基板の設計開発．回路設計からファームウェア，ソフトウェア開発（C/C++）を担当
• 2023年　「Y-Logic」として独立開業

著書

1. ［VOD/KIT/data］ARM M4/M7/DSP 500MHz！ STM32H7計測&通信用ハイスペック I/O Module開発，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. タッチパネルLCD搭載！Cortex-M4/M7×500MHz！全部入りマイコン・キット STM32H747I-DISCO誕生，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. STM32H7 ハイスペック・マイコンで作るオーディオ・スペクトラム・アナライザ，マイク録音とスピーカ再生，株式会社ピーバンドットコム．
4. 世界統一規格新USBType-C攻略DVD（特集）第4部，トランジスタ技術2020年2月号，CQ出版社．
5. 電池交換不要！消費電流1μA未満のソーラ充電式導通チェッカ，トランジスタ技術2020年10月号，CQ出版社．
6. AVRでサクッとマイコン開発（特集すべて），トランジスタ技術2021年4月号，CQ出版社．
7. 3桁表示ミリオーム計の設計・製作，トランジスタ技術2021年6月号，CQ出版社．
8. 直流バイアス付きコンデンサ容量計，トランジスタ技術2021年11月号-2022年3月号（短期連載），CQ出版社．
9. 超便利！ICの故障・真贋チェッカの製作，トランジスタ技術2023年3月号，CQ出版社
10. 作る！わかる！USBType-C＆電源（特集）第1部3-4章，トランジスタ技術2023年6月号，CQ出版社．
11. 20mVステップUSB可変電源の製作，トランジスタ技術2023年9月号，CQ出版社．
12. 「大安」「仏滅」を計算する六曜カレンダ回路の製作，トランジスタ技術2024年3月号，CQ出版社．

参考文献

1. ［VOD/KIT/data］ARM M4/M7/DSP 500MHz！ STM32H7計測&通信用ハイスペック I/O Module開発，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. タッチパネルLCD搭載！Cortex-M4/M7×500MHz！全部入りマイコン・キット STM32H747I-DISCO誕生，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/KIT］STM32マイコン＆Wi-Fiモジュールで学ぶ C/C++プログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. 実験しながら学ぶフーリエ解析とディジタル信号処理［Vol.1：フーリエ解析の基本「三角関数」の正しい理解］
5. ［VOD］Pythonで学ぶ やりなおし数学塾2【フーリエ解析】