音源IC SN76489
2024.12.11
YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。
今回は、音源IC SN76489 で遊んでみました。
メルカリで500円でした。
現在正規品の入手は難しいのですが、類似品は大陸系ショッピングサイトから購入できるようです。
●SN76489の仕様
SN76489の仕様 wikipedia
SN76489はテキサス・インスツルメンツが開発した矩形波3chとノイズ1chを同時発音するシンプルなPSG音源LSIです。
●矩形波の音階
矩形波発振器は10bit（1024段階）のデータをクロック周波数の分周比として扱います。
エンベローブ機能はありません。 矩形波の波形はデューティー比50%のみです。
矩形波(A～Cチャンネル)の音程は分周値1023段階で指定します。
クロック周波数(3579540Hz)を32で割り、更に音程周波数で割った値が分周値となります。
分周値 = 3579540 / (32 * 音程周波数)
となります。 例えばCの音(440Hz)の分周値なら、
254.228693 = 3579540 / (32 * 440)
となります。 小数点以下は四捨五入するか切り捨てます。
音階を設定するには、下記2bytesの値をSN76489データポート(アドレス 0xC00011) に書き込みます。
bit 7 6 5 4 3 2 1 0
1 C2 C1 0 D3 D2 D1 D0
0 0 D9 D8 D7 D6 D5 D4
Cx 各チャンネルに対する音程設定, 0～2 = A～Cチャンネル, 3 = ノイズ
Dx 1～1023 = 音階(0は1と同じ)
●矩形波とノイズの音量
矩形波、ノイズともに2dB単位で0dBから-28dBの範囲で音量を設定することができ、また、発振器を消音することもできます。
int psgVolume[16]={
32767, 26028, 20675, 16422, 13045, 10362, 8231, 6568,
5193, 4125, 3277, 2603, 2067, 1642, 1304, 0
};
音量は16段階です。psgVolume[0]で最大音量、psgVolume[15]で最小音量(消音)です。
但し0～14までは音量が対数的に変化しますが、15は対数的では無いので注意して下さい。
音量を設定するには、SN76489データポート(アドレス 0xC00011) に書き込みます。
bit 7 6 5 4 3 2 1 0
1 C2 C1 1 D3 D2 D1 D0
Cx 各チャンネルに対する音量設定, 0～2 = A～Cチャンネル, 3 = ノイズ
Dx 0～15 = 音量
●ノイズの音程
ノイズの音程は動作周波数に対する6段階の分周値を設定するか、 Cチャンネルの周波数(1024段階/音量16段階)をソースにします。
bit 7 6 5 4 3 2 1 0
1 1 1 0 0 FB NF1 NF0
ノイズは周期ノイズ(ピンクノイズ)とホワイトノイズの2種類から選択可能となっています。
FB 1 = 高周波, 0 = 低周波
ノイズの発振周波数は3種類から選択でき、また3番目の矩形波発振器と同期させることも可能です。
NFx 0 = Clock/2, 1 = Clock/4, 2 = Clock/8, 3 = Cチャンネルの周波数
Cチャンネルの周波数をソースにした場合、音程がCチャンネルと連動します。
この場合、例えばCチャンネルの音程を徐々に下げていくと、 遠ざかっていくジェットエンジンの様な効果音になります。
●水晶振動子
SN76489にクロックを与える必要があります
水晶振動子/MHz帯水晶振動子 - UM-1, UM-4, UM-5, HC-49/U
水晶振動子をご利用いただく際にお薦めできる発振回路例
tyrkelko/sn76489水晶振動子をご利用いただく際にお薦めできる発振回路例
丸型ユニバーサル基板に配置してブレッドボードに挿して使えるようにしました。
●ArduEZ ONE
秋月電子通商から販売されているArduino UNO用貫通型ブレッドボードをUNOに被せて使用しました。
●回路の組立て
組み立てるとこんな感じになります
| UNO | - | SN76489AN | - | |
| D4 | - | 1:D2 | | |
| D3 | - | 2:D1 | | |
| D2 | - | 3:D0 | | |
| | | 4:READY | | |
| D10 | - | 5:WE | | |
| GND | - | 6:OE | | |
| | | 7:AUDIO OUT | - | SPEAKER |
| GND | - | 8:GND | - |
| | | 9:N.C. | | |
| D9 | - | 10:D7 | | |
| D8 | - | 11:D6 | | |
| D7 | - | 12:D5 | | |
| D6 | - | 13:D4 | | |
| | | 14:CLOCK | - | HC-49/U
NDK
3.579545MHz |
| D5 | - | 15:D3 | |
| 5V | - | 16:Vcc | - |
| GND | - | ------------- | - |
●ソースコード
下記のgitHubからダウンロードしてビルドすると簡単に動作します
tyrkelko/sn76489
UNOはRAMが少ないため、演奏用音情報に工夫が施されています。
●開発環境
ソースコードのビルドには、PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO
●演奏
Rule Britannia
●応用
ESP32に接続したSDカードモジュールからMIDIファイルを読み込んで、I2C接続でArduino側にMIDIコードを送り込んで演奏させています。
SN76489は同時発音数が3音までなので、ESP32側で音を省いてArduinoに送信しています。MIDI情報に含まれるデルタタイムを元に音の間隔の調整も行っています。
MIDIなのでシリアル接続でもよいのですが、QWIICコネクタで容易に接続できるようにするためにI2Cを利用しています。
また、ESP32のWiFi機能を利用してTeraTermやスマホから曲目選択できるようにしました。
●I2Cレベル変換
ESP32とArduinoの間でのI2Cレベル変換を行っています。
コネクター付Qwiicケーブルを取り付けています。
UNOのヘッダーに取り付けて、ESP32とQwiic接続した様子です。
ESP32を起動して、TERATERMやスマホ・アプリ「Mobile Telnet」からTELNET接続すると選曲画面が表示されるようにしています。
曲を選択すると、SDカードからMIDIファイルが読み込まれ、MIDIファイルの構成情報が表示されます。
演奏に関してはYouTube動画をご覧ください。
■参考文献
・Experimenting with an Arduino and a SN76489
・PSG音源 (SN76489 - Digital Complex Sound Generator)
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