AVRマイコンで電子ボリュームPGA2311とセレクタを制御します。やってることは簡単なので大したことはないだろうと思いきや、経験が浅いせいもあり思いのほか大変でした。
PGA2311はSPIで8ビットのデータを送って利得を制御できます。利得は次式の通り0.5dBステップですが、N=0のときはミュート動作となります。
利得の計算式（PGA2311データシートより）
SPIのフォーマットは、次の図のようになっており、左右のチャンネルを別々に設定できます。 なお、SDOは別のPGA2311を従属接続する場合の端子なので従属接続しないときは無視できます。
SPIのフォーマット（PGA2311データシートより）
今回使用したAVRにはビルトインのSPIインターフェースが備わっていますが、その機能を使うにはヒューズビットの変更が必要で、あいにく手持ちのAVR ISP mkIIでは使用できませんでした。仕方がないので、次のような波形をソフトウエアで発生することにしました。（私のやり方です。これで良いのかはわかりません。）
AVRで発生させたSPI波形
上記の波形を発生させるためのコードは次の通りです。このルーチンでは、8ビットのATT値を引数にして、左右チャンネルに同じデータを送ることを前提に、SCLKとSDIを操作しています。CSの設定は別途必要です。
void pga2311(uint8_t ATT)
{
int8_t n, m;
PORTD &= ~_BV(7); // SCLK -> 0
for (n = 0; n < 2; n = n + 1) {
for (m = 7; m >= 0; m = m - 1) {
// SDI write
if(bit_is_set(ATT, m)){
PORTB |= _BV(0);
}else{
PORTB &= ~_BV(0);
}
// MC write
PORTD |= _BV(7); // SCLK -> 1
PORTD &= ~_BV(7); // SCLK -> 0
}
}
PORTB &= ~_BV(0); // SDI -> 0
}
制御プログラムの説明
小規模なプログラムのはずですが、作成しているうちにこんがらがってきました。そこで、フローチャートを書いてみることにしました。結構手間でしたが、頭の中が整理できて動作チェックもしやすく、初心者にとっては結果的には早道だったかもしれないと感じました。
マイコンは、ATMELのATMEGA8Aで、クロックは内蔵RCオシレータの1MHz。内蔵のA/Dコンバータでボリュームの電圧を読み取っています。主な機能というか、工夫は次の通りです。
- ボリュームの利得変化は対数カーブ（アナログライクな操作感）
- デジタル入力で入力アンロックのときミューティング動作（デジタル無入力時のノイズ対策）
- 上記でアンロック時はセレクタLEDが消灯して入力の接続状況がわかる
- 電源投入から0.5秒遅れてヘッドホン出力のリレーが動作（ポップ音対策）
- セレクタ切替時のミューティング動作※（ポップ音対策）
- ボリュームが操作されていないときは、PGA2311とのSPI通信を停止（ノイズ予防策）
- ライン入力に限り半固定抵抗でアナログライン出力の±8dBレベル調整可
プログラムの流れとしては、初期化ルーチンでデバイスの設定を行うほか、ヘッドホン出力のリレーの遅延動作を行っています。セレクタスイッチの読み込みや、ボリューム電圧のA/D変換、PGA2311の制御など主な処理は、5msごとにタイマ割り込みをかけて行っています。割り込みハンドラのフローチャート（概要）は次のようになっています。
メモリ使用量
実際のソフト
AVRのソフトを書くのは、これが3度目です。とりあえず動いた、という程度の完成度ですので、その前提でご覧下さい。開発環境は、WinAVR 2009.03.13版です。
#define F_CPU 1.000E6 // マスタクロック1MHz、内蔵オシレータ
#include
#include
#include
#include
/*
PD7 O SCLK (PGA2311)
PD6 O OUTPUT_RELAY (0: Disable, 1: Enable)
PD5 I SELECTOR SW[6] "line2"
PD4 I SELECTOR SW[3] "opt2"
PD3 I SELECTOR SW[2] "opt1"
PD2 I SELECTOR SW[1] "usb"
PD1 O LED, "INPUT ENABLE" (0: Disable, 1: Enable)
PD0 O SEL_DIN (Main Board: Select DAC Input)
PC6 - (ISP: RESET)
PC5 O SEL_AIN1 (Main Board: Select Line1 Input)
PC4 I DAC_ERROR
PC3 O DIGIIF_SEL[1]
PC2 O DIGIIF_SEL[0] (0:opt3, 1:opt1, 2:usb, 3:opt2)
PC1 O SEL_AIN2 (Main Board: Select Line2 Input)
PC0 I (A/D)TRIM_LINE2
PB7 I SELECTOR SW[5] "line1"
PB6 I SELECTOR SW[4] "opt3"
PB5 - (ISP: SCK)
PB4 - (ISP: MISO)
PB3 - (ISP: MOSI)
PB2 O CS1 (PGA2311_HPA)
PB1 O CS2 (PGA2311_LINE)
PB0 O SDI (PGA2311)
ADC7 I (A/D)TRIM_LINE1
ADC6 I (A/D)VOLUME
*/
static uint8_t current_sel_sw_state;
static uint8_t idle_count = 0;
volatile uint8_t att_value[256] = { // 対数カーブ
0x00,0x00,0x1F,0x2E,0x39,0x41,0x47,0x4D,0x52,0x56,0x5A,0x5D,0x61,0x63,0x66,0x69,
0x6B,0x6D,0x6F,0x71,0x73,0x75,0x77,0x78,0x7A,0x7B,0x7D,0x7E,0x7F,0x81,0x82,0x83,
0x84,0x85,0x86,0x87,0x88,0x89,0x8A,0x8B,0x8C,0x8D,0x8E,0x8F,0x90,0x91,0x91,0x92,
0x93,0x94,0x94,0x95,0x96,0x96,0x97,0x98,0x98,0x99,0x9A,0x9A,0x9B,0x9C,0x9C,0x9D,
0x9D,0x9E,0x9E,0x9F,0xA0,0xA0,0xA1,0xA1,0xA2,0xA2,0xA3,0xA3,0xA4,0xA4,0xA4,0xA5,
0xA5,0xA6,0xA6,0xA7,0xA7,0xA8,0xA8,0xA8,0xA9,0xA9,0xAA,0xAA,0xAA,0xAB,0xAB,0xAC,
0xAC,0xAC,0xAD,0xAD,0xAE,0xAE,0xAE,0xAF,0xAF,0xAF,0xB0,0xB0,0xB0,0xB1,0xB1,0xB1,
0xB2,0xB2,0xB2,0xB3,0xB3,0xB3,0xB4,0xB4,0xB4,0xB4,0xB5,0xB5,0xB5,0xB6,0xB6,0xB6,
0xB6,0xB7,0xB7,0xB7,0xB8,0xB8,0xB8,0xB8,0xB9,0xB9,0xB9,0xB9,0xBA,0xBA,0xBA,0xBA,
0xBB,0xBB,0xBB,0xBC,0xBC,0xBC,0xBC,0xBC,0xBD,0xBD,0xBD,0xBD,0xBE,0xBE,0xBE,0xBE,
0xBF,0xBF,0xBF,0xBF,0xBF,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0,0xC1,0xC1,0xC1,0xC1,0xC1,0xC2,0xC2,
0xC2,0xC2,0xC2,0xC3,0xC3,0xC3,0xC3,0xC3,0xC4,0xC4,0xC4,0xC4,0xC4,0xC5,0xC5,0xC5,
0xC5,0xC5,0xC6,0xC6,0xC6,0xC6,0xC6,0xC6,0xC7,0xC7,0xC7,0xC7,0xC7,0xC8,0xC8,0xC8,
0xC8,0xC8,0xC8,0xC9,0xC9,0xC9,0xC9,0xC9,0xC9,0xCA,0xCA,0xCA,0xCA,0xCA,0xCA,0xCB,
0xCB,0xCB,0xCB,0xCB,0xCB,0xCC,0xCC,0xCC,0xCC,0xCC,0xCC,0xCD,0xCD,0xCD,0xCD,0xCD,
0xCD,0xCD,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCF,0xCF,0xCF,0xCF,0xCF,0xCF,0xD0
};
void wait_ms(uint16_t t) {
while (t--) _delay_ms(1); //1ms
}
void init_devices(void)
{
// ポート設定 0:入力, 1:出力
DDRB = 0b00000111;
DDRC = 0b0101110;
DDRD = 0b11000011;
// 出力ポート初期化
// 入力ポート、1:プルアップ
PORTB = 0b11000110;
PORTC = 0b0100000;
PORTD = 0b00111101;
// CTC動作
TCNT1 = 0; // タイマ1の初期値設定
OCR1A = 5000; // タイマ／カウンタ1比較レジスタA, 5ms
// 15.11.1 タイマ／カウンタ1制御レジスタA
TCCR1A = 0b00000000;
// 15.11.2 タイマ／カウンタ1制御レジスタB
// WGM13:0, WGM12:1 CTC top=OCR1A
// Clock: w/o prescale
TCCR1B = 0b00001001;
// 15.11.8 タイマ／カウンタ1割り込みマスクレジスタ
TIMSK = 0b00010000;
wait_ms(500); // Wait: 500ms
// 出力リレー
PORTD |= _BV(6); // Output Relay Enable
}
void pga2311(uint8_t ATT)
{
int8_t n, m;
PORTD &= ~_BV(7); // SCLK -> 0
for (n = 0; n < 2; n = n + 1) {
for (m = 7; m >= 0; m = m - 1) {
// SDI write
if(bit_is_set(ATT, m)){
PORTB |= _BV(0);
}else{
PORTB &= ~_BV(0);
}
// MC write
PORTD |= _BV(7); // SCLK -> 1
PORTD &= ~_BV(7); // SCLK -> 0
}
}
PORTB &= ~_BV(0); // SDI -> 0
}
uint8_t selector_proc(void)
{
uint8_t capture_sw;
capture_sw = (bit_is_clear(PIND,5))<<5 | (bit_is_clear(PINB,7))<<4 | (bit_is_clear(PINB,6))<<3
| (bit_is_clear(PIND,4))<<2 | (bit_is_clear(PIND,3))<<1 | (bit_is_clear(PIND,2));
if (!((capture_sw == 0b000001) || (capture_sw == 0b000010) || (capture_sw == 0b000100)
|| (capture_sw == 0b001000) || (capture_sw == 0b010000) || (capture_sw == 0b100000))) {
current_sel_sw_state = capture_sw;
return 1;
}
if (capture_sw != current_sel_sw_state) {
current_sel_sw_state = capture_sw;
wait_ms(5); // Wait: 5ms
if (capture_sw != ((bit_is_clear(PIND,5))<<5 | (bit_is_clear(PINB,7))<<4 | (bit_is_clear(PINB,6))<<3
| (bit_is_clear(PIND,4))<<2 | (bit_is_clear(PIND,3))<<1 | (bit_is_clear(PIND,2)))) {
current_sel_sw_state = capture_sw;
return 1;
}
// Mute --------------------------------------------------------------------------------------------
PORTB &= ~_BV(1); // CS2 -> 0
pga2311(0);
PORTB |= _BV(1); // CS2 -> 1
PORTB &= ~_BV(2); // CS1 -> 0
pga2311(0);
PORTB |= _BV(2); // CS1 -> 1
idle_count = 0; // idle_count リセット
// Selector SW Set ---------------------------------------------------------------------------------
switch(current_sel_sw_state) {
case 0b000001 : // "usb"
PORTD |= _BV(0); // Main Board: Select DAC Input
PORTC &= ~_BV(5);
PORTC &= ~_BV(1);
PORTC |= _BV(3); // DIGIIF_SEL: usb
PORTC &= ~_BV(2);
break;
case 0b000010 : // "opt1"
PORTD |= _BV(0); // Main Board: Select DAC Input
PORTC &= ~_BV(5);
PORTC &= ~_BV(1);
PORTC &= ~_BV(3); // DIGIIF_SEL: opt1
PORTC |= _BV(2);
break;
case 0b000100 : // "opt2"
PORTD |= _BV(0); // Main Board: Select DAC Input
PORTC &= ~_BV(5);
PORTC &= ~_BV(1);
PORTC |= _BV(3); // DIGIIF_SEL: opt2
PORTC |= _BV(2);
break;
case 0b001000 : // "opt3"
PORTD |= _BV(0); // Main Board: Select DAC Input
PORTC &= ~_BV(5);
PORTC &= ~_BV(1);
PORTC &= ~_BV(3); // DIGIIF_SEL: opt3
PORTC &= ~_BV(2);
break;
case 0b010000 : // "line1"
PORTD &= ~_BV(0);
PORTC |= _BV(5); // Main Board: Select Line1 Input
PORTC &= ~_BV(1);
PORTC &= ~_BV(3); // DIGIIF_SEL: opt1
PORTC |= _BV(2);
break;
case 0b100000 : // "line2"
PORTD &= ~_BV(0);
PORTC &= ~_BV(5);
PORTC |= _BV(1); // Main Board: Select Line2 Input
PORTC &= ~_BV(3); // DIGIIF_SEL: opt1
PORTC |= _BV(2);
break;
default :
PORTD &= ~_BV(0);
PORTC &= ~_BV(5);
PORTC &= ~_BV(1);
PORTC &= ~_BV(3); // DIGIIF_SEL: opt1
PORTC |= _BV(2);
break;
}
}
// wait_ms(2); // Wait: 2ms
// LED, "INPUT ENABLE"
if ((current_sel_sw_state == 0b100000) || (current_sel_sw_state == 0b010000) || (bit_is_clear(PINC,4))) {
PORTD |= _BV(1);
}else{
PORTD &= ~_BV(1);
return 1;
}
return 0;
}
void attenuation_proc(void)
{
static uint8_t current_volume = 0;
uint8_t current_trim1 = 0, current_trim2 = 0, main_volume, line_trim;
// Selector SW: Line1
if (current_sel_sw_state == 0b010000) {
// ADC7: TRIM_LINE1選択
ADMUX = (_BV(REFS0) | _BV(ADLAR) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1) | _BV(MUX0));
// A/D変換実行
ADCSRA = (_BV(ADEN) | _BV(ADSC) | _BV(ADPS1) | _BV(ADPS0));
// A/D変換完了まで待機
while(ADCSRA & _BV(ADSC));
// 前値との比較
if (abs((int16_t) current_trim1 - (int16_t) ADCH) > 2) {
idle_count = 0; // idle_count リセット
}
current_trim1 = ADCH;
}
// Selector SW: Line2
if (current_sel_sw_state == 0b100000) {
// ADC0: TRIM_LINE2選択
ADMUX = (_BV(REFS0) | _BV(ADLAR));
// A/D変換実行
ADCSRA = (_BV(ADEN) | _BV(ADSC) | _BV(ADPS1) | _BV(ADPS0));
// A/D変換完了まで待機
while(ADCSRA & _BV(ADSC));
// 前値との比較
if (abs((int16_t) current_trim2 - (int16_t) ADCH) > 2) {
idle_count = 0; // idle_count リセット
}
current_trim2 = ADCH;
}
// ADC6: VOLUME選択
ADMUX = (_BV(REFS0) | _BV(ADLAR) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1));
// A/D変換実行
ADCSRA = (_BV(ADEN) | _BV(ADSC) | _BV(ADPS1) | _BV(ADPS0));
// A/D変換完了まで待機
while(ADCSRA & _BV(ADSC));
// 前値との比較
if (abs((int16_t) current_volume - (int16_t) ADCH) > 2) {
idle_count = 0; // idle_count リセット
} else if (idle_count < 200) {
idle_count++;
} else {
return;
}
current_volume = ADCH;
// Selector SW: Line1
if (current_sel_sw_state == 0b010000) {
main_volume = att_value[current_volume] + (current_trim1 >>3);
line_trim = 188 + (current_trim1 >>3);
// Selector SW: Line2
} else if (current_sel_sw_state == 0b100000) {
main_volume = att_value[current_volume] + (current_trim2 >>3);
line_trim = 188 + (current_trim2 >>3);
// Selector SW: Others
} else {
main_volume = att_value[current_volume] + 16;
line_trim = 204 + (current_trim2 >>3);
}
// ヘッドホンアンプ ボリューム制御
PORTB &= ~_BV(2); // CS1 -> 0
pga2311(main_volume);
PORTB |= _BV(2); // CS1 -> 1
// ライン出力 ボリューム制御
PORTB &= ~_BV(1); // CS2 -> 0
pga2311(line_trim);
PORTB |= _BV(1); // CS2 -> 1
}
ISR (TIMER1_COMPA_vect) {
//C:\WinAVR-20090313\avr\include\avr\iom8.h
if (selector_proc() == 1) {
cli(); // 割り込み禁止
// Mute
PORTB &= ~_BV(1); // CS2 -> 0
pga2311(0);
PORTB |= _BV(1); // CS2 -> 1
PORTB &= ~_BV(2); // CS1 -> 0
pga2311(0);
PORTB |= _BV(2); // CS1 -> 1
sei(); // 割り込み許可
}else{
cli(); // 割り込み禁止
attenuation_proc();
sei(); // 割り込み許可
}
}
int main(void) {
init_devices();
// 割込 初期設定
SREG |= _BV(7); // 全割込許可
sei(); // 割り込み許可
while(1); // 無限ループ
}
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