音源とオーディオの電子工作（予定）: STM32CubeIDE: I2S DACのPCM5102Aを16bitで使う

2021年3月19日金曜日

STM32CubeIDE: I2S DACのPCM5102Aを16bitで使う

PCM5102Aは表面実装パッケージですが、秋月からDIP化キットが販売されていてブレッドボードやユニバーサル基板でも実験しやすいDACです。

外付け回路が必要な電流出力ではなく電圧出力で、内蔵電源によりGNDを中心としたAC波形が得られます。また内蔵PLLによりマスタークロックなしの3線(BCK/DIN/LRCK)で使用可能です。

電源電圧が3.3Vで、絶対定格が-0.3V~3.9Vな点は十分注意する必要があります。私は実験中に間違えて5Vを掛けて壊してしまいました。ほんの数秒でアウトです。

秋月ではIC単体ではなくDIP化基板のみの販売です。近年TIがIC単体の販売を絞っているためでしょうか。どういう意図があるんでしょうね？

今までにもPCM5102AはPSoC 5LPを使ってファンクションジェネレータとして利用しています。

PCM5102Aは32bit/384kHzまで対応してますが16bitでも使えます。今回は16bit/48kHzで動作させてみます。

STM32CubeIDE: Version 1.5.1

Target board: Nucleo-F446RE

回路図

データシートに載っているTypical Applicationの回路から、出力にかかっているCR LPFを削除しています。SCKは使わずBCKを利用するためGNDに落としています。

配線図

実験のようす

3.3V電源はNucleoからも供給可能ですがPCM5102Aは結構電源にシビアなので、別の電源からとっています。今回は3.3Vのリニアレギュレータを使った電池電源を使用しています。

STM32のプログラムは「STM32CubeIDE: I2S DACのTDA1543を使う - サイン波を出力」のものと同じです。

MXの設定

System Core

GPIO

PC5:

GPIO mode: Output Push Pull

User Label: CK_PERIOD

PC6:

GPIO mode: Output Push Pull

User Label: CK_CPLT

PC8:

GPIO mode: Output Push Pull

User Label: CK_HALF_CPLT

Multimedia

I2S2

Mode

Mode: Half-Duplex Master

Configuration

Parameter Settings

Generic Parameters

Selected Audio Frequency: 48KHz

DMA Settings

SPI2_TX

DMA Request Settings

Mode: Circular

Peripheral: Data Width: Half Word

Memory : Data Width: Half Word

main.cにコードを追加

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <math.h>
/* USER CODE END Includes */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
#define PI_F	(3.1415926f)
/* USER CODE END PD */

/* USER CODE BEGIN PV */
uint32_t sampling_rate = 48000u;
float frequency = 1000.0f;
float phi = 0.0f;
float delta;
uint16_t tx_buffer[2] = { 0, 0 };
/* USER CODE END PV *

  /* USER CODE BEGIN 1 */
  delta = (2.0f * PI_F * frequency) / sampling_rate;
  /* USER CODE END 1 */

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s2, tx_buffer, 2);
  /* USER CODE END 2 */

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_I2S_TxHalfCpltCallback(I2S_HandleTypeDef *hi2s)
{
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, CK_HALF_CPLT_Pin, GPIO_PIN_SET);

	// Generate Sine wave
	float fv = sinf(phi);
	int16_t v = fv * 0x7fff;
	tx_buffer[0] = (uint16_t)v;

	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, CK_HALF_CPLT_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

void HAL_I2S_TxCpltCallback(I2S_HandleTypeDef *hi2s)
{
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, CK_CPLT_Pin, GPIO_PIN_SET);

	// Generate Sawtooth wave
	float fv = phi / PI_F;
	int16_t v = fv * 0x7fff;
	tx_buffer[1] = (uint16_t)v;

	// Advance in phase
	phi += delta;
	if (phi > PI_F) {
		phi -= 2.0f * PI_F;
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, CK_PERIOD_Pin);
	}

	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, CK_CPLT_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}
/* USER CODE END 4 */