8bit PICで10分！ミニマムIoT製作

CLK周波数と分周比の調整 ミニ音源の制作

NCOを用いた周波数生成とCLK周波数/分周比の調整

NCO（Numerically Controlled Oscillator）は，DDS（Direct Digital Synthesizer）の原理を利用し，クロック信号を基に任意の周波数の矩形波を生成する回路です．PIC16F17146は，20ビットのアキュムレータとインクリメント・レジスタをもち，幅広い周波数に対応可能です．

NCOの出力周波数$f_{out}$は，次の式で求められます．

$ f_{out} = \frac{f_{clk} \times NCOINC}{2^{20}} $

ここで，$f_{clk}$は入力クロック，$NCOINC$はインクリメント・レジスタの値です．

入力クロックはLFINTOSC（31.25kHz）または内蔵クロック（32MHz）を使用できます．例えば，$f_{clk} = 32MHz$，$NCOINC = 1$のとき，$f_{out}$は約7.63Hzになります．

分周比の調整

音階の周波数を正確に出力するためには，インクリメント・レジスタの値を適切に設定する必要があります．例えば，ド（C）の基本周波数65.406Hzを出力するためには，増し分値は以下のように求められます．

$ NCOINC = \frac{65.406}{0.00745} \approx 8778 $

この値を3バイトに分けてNCOINCL，NCOINCH，NCOINCUに設定します．

NCO設定の流れ

1. クロック・ソースをLFINTOSCまたは32MHzに設定する
2. インクリメント・レジスタの値を計算し，NCOINCL，NCOINCH，NCOINCUに格納する
3. パルス出力先をRC_2ピンに指定する
4. オクターブごとに周波数を2倍し，音階を生成する

ミニ音源の制作

音階の生成と出力

5オクターブの音階を2秒ごとに繰り返し出力するには，NCOの設定を動的に変更し，適切なタイミングで信号を出力することが求められます． 具体的には，以下の手順で音階を生成します．

1. 最初に基準となるド（C）の周波数を設定する
2. 増し分値を計算し，NCOのレジスタに設定する
3. 2秒ごとに音階を変更し，RC_2ピンへ出力する
4. オクターブを変化させる際に，周波数を2倍する

この方法を用いることで，音階を安定して生成できます．〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

• 1971年　東北大学　工学部卒　大手通信機メーカにて制御機器開発に従事
• 1996年　ホームページ「電子工作の実験室」を開設
• 2003年　有限会社マイクロチップ・デザインラボ設立　代表取締役 計測制御システムコンサルタント，書籍執筆　セミナ講師
• 2012年　神奈川工科大学　工学部　客員教授

著書

1. "［VOD/KIT/Book/data］ラズパイPico W×ChatGPT APIで学ぶ 会話型IoTエッジ開発，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD/KIT］PICマイコン オールイン1日学習キット ，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/Pi KIT］ラズベリー・パイで学ぶLinux＆Pythonプログラミング超入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD/Pi KIT］ラズパイ×Node-REDで作ろう！IoTアプリ開発入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. 電子工作のための PIC16F1ファミリ活用ガイドブック，技術評論社．

参考文献

1. ［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．
2. ［VOD/KIT］M5Stack Core2付き！ESP32で学ぶPython＆Arduinoプログラミング入門，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. ［VOD/KIT］M5Stackで一緒に作ろう！IoTセンシング・エッジ×クラウド連携システム開発［改訂版］，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD/KIT］実習キットでできる！ラズパイPicoでマイコン入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［VOD/KIT］LabVIEW×Arduino！初めてのパソコン計測＆制御【改訂版】，ZEPエンジニアリング株式会社．