HOME | Raspberry Pi | ビジネス書籍紹介 | 2021-09-19 (Sun) Today's Access : 140 Total : 354134. Since 10 Sep. 2019

MIDI再生:FM音源YMF825+Arduino編
2020.01.18

YouTube 動画でポイントを説明しています。画像をクリックすると再生できます。

今回は、ヤマハのFM音源YMF825ボードとArduinoをSPI接続して、ラズパイからのMIDI出力をttymidiによりUSBシリアル経由でArduinoに流し込み再生します。 ttymidiは、Arduinoが追加のハードウェアを使用することなく、MIDIアプリケーションと通信できるようにします。

■準備するもの

使用する機材が多いので、下記に列挙しておきます。

Raspberry Pi Zero WH GPIOピンヘッダー ハンダ付け済み Wi-Fi & Bluetooth作動確認済(ヒートシンク、SDカード付き


ヤマハFM音源LSI YMF825搭載モジュール YMF825Board
ヤマハのFM音源チップYMF825(SD-1)を搭載した音源ボードです。ヤマハ独自のFMシンセサイザを搭載し、数種類のパラメータ指定により豊かなサウンドを再生することが可能です。 ArduinoやRaspberry Pi等のマイコンボードから、SPIを通して直接YMF825のレジスタを制御することで発音させます。スピーカーアンプも搭載しているので、アンプ回路を別途外部に用意する必要がありません。
・4オペレータのFM音源 ・最大16音同時に発音可能 ・FMの基本波形29種類内蔵、アルゴリズム8種類 ・SPIによるシリアルインタフェース ・スピーカアンプ内蔵 ・3バンドイコライザ内蔵 ・16 bitモノラルD/Aコンバータ内蔵 ・動作電圧:5V
細ピンヘッダ 1×9
・極数:9/列数:1 ・ピッチ:2.54mm ・取付穴径:Φ0.80±0.05mm
YMF825 をブレッドボードに挿して使用する場合に必要になります。秋月さんでYMF825を購入するのであれば、一緒に買ってしまいましょう。
当然、はんだ付けが必要になります。
また、YMF825には、3.5mmヘッドフォン出力の他に、SPEAK OUTが2端子あるので、2ピンのピンヘッダもはんだ付けすると、ボードが安定します。

Arduino Nano V3.0
・Ch340G Replace FT232RL ・Operating Voltage(logic level):5V ・8 analog inputs ports:A0~A7 ・14 Digital input / output ports:TX,RX,D2~D13 ・6PWM ports:D3,D5,D6,D9,D10,D11 ・1 pair of TTL level serial transceiver ports RX / TX

ブートローダー付きの製品を選ぶと楽です。Nano でなくてもよいのですが、YMF825と合わせて下記のブレッドボードに収まります。

サンハヤト SAD-101 ニューブレッドボード
・部品やリード線を差すだけで回路が組み立てられる ・使用可能線径:AWG#22~#30(0.3φ~0.8φ) ・絶縁抵抗:1,000MΩ以上(DC500V/1min) ・静電容量:10pF以下(リード径0.6φ、1MHz) ・抵抗値:10mΩ(リード径0.6φ、1kHz) ・電流容量:MAX 3A ・端子部材質:ニッケルメッキ ・ポイント数:408

YMF825BoardとNanoがきれいに収まります。ちょっとお高いですがよい製品です。

変換名人 スマートフォン用 USBケーブル データ転送&充電対応 microB オス - MiniB オス USBMCA/M5A20F

Raspberry Pi Zero WH と Arduino Nano を繋ぐケーブルです。

AGPtEK R08 ポータブル FMラジオ MP3プレーヤー 録音/音楽再生機能付き 32GBマイクロSDカードに対応(ブラック)
本体寸法:約(幅)103×(高さ)62×(奥行)23mm / 本体重量:約118g / バッテリー:3.7V リチウムイオン電池 800 mAh(充電式)(付属します) / 入力端子:φ3.5mm 外部音声入力ジャック / 日本向け受信周波数:76-108 MHz
※スピーカー用に使用しています。LINE-INがあるので便利です。

ステレオ ミニプラグ 17cm
・ステレオ ミニプラグコード (オスオス) ・長さ約:17cm 1個 ・プラグ径3.5mm 3芯タイプ 金メッキ端子 ・コード径約3mm 高品質シリコンゴム やわらかく使い勝手が良いです。
ミニプラグ付きのスピーカーを使うのであれば必要ありません。

その他必要なもの
ジャンパワイヤ(オス~オス) 7本
Raspberry Pi Zero 用電源ケーブル・アダプター
はんだゴテ、はんだ等

■構成図


ラズパイ・ゼロWHとArduino Nanoは、USBケーブルでシリアル接続しています。また、ArduinoとYMF825はSPI接続です。 PCM5101AのDACは普段音楽を聴くためで、MIDI再生には関係ありません。ラズパイとArduinoはUSBシリアル接続ですので、DACと干渉しあうことはありません。 構成図には色々記載されていますが、要は青枠内です。
OSには、Raspbian Stretch を使用していますが、Stretch Lite でもかまいません。
Raspberry Pi の設定は、パソコンからSSH接続にて行っています。

■YAMAHA YMF825 Board と Arduino Nano の結線 (SPI接続)

YAMAHA YMF825 Board の表と裏です。ピンの脇に刻印があるので、配線は間違えないと思います。



 YMF825Board  -  Arduiono Nano
SS   -  D10:SS (chip select)
MOSI   -  D11:MOSI (serial data output)
MISO   -  D12:MISO (serial data input)
SCK   -  D13:SCK (serial clock)
GND   -  GND:ground
5Vin   -  5V :power
RST_N (reset)  -  D9
Audio Out 
3.3Vin 
SS信号線は、digitalWrite関数で制御できる信号線ならどのピンでも利用できます。
RESET信号は、Lにするとマイコンにリセットがかかる信号です。特にSPI通信に関係のある信号線ではありませんが、YMF825側にリセット端子があるので繋いでおきます。


実際に配線すると、こんな感じになります。中央にあるDACは関係ありません。右側のノートパソコンからSSH接続で設定を行っています。

■前準備
Arduino Nano に転送するソースコードのビルドは、PlatformIO で行います。
Arduino IDE でも構いませんが、使っていないのでよくわかりません。
Arduino開発環境構築 PlatformIO
まずは、ソースコードを配置するディレクトリを作成します。
$ mkdir -p /home/pi/ymf825midi
$ cd /home/pi/ymf825midi
$ platformio init -b nanoatmega328

■ソースコードのダウンロードと編集

YMF825Board Sample Module のダウンロード
https://github.com/yamaha-webmusic/ymf825board/tree/master/sample2/
YMF825をMIDI音源化するためのソフトウェアモジュールです。

/common 内のファイルと、 /arduino 内のファイル全てを、/home/pi/ymf825midi/srcフォルダにダウンロードします。

ymf825board_sample2.ino (機能追加版)

Ref.YMF825BoardをArduinoでMIDI音源化する
ymf825board_sample2.ino には、MIDIデータを受信する処理がないので、このシリアルデータを受信するスケッチファイルをダウンロードして、 /home/pi/ymf825midi/src/ymf825board_sample2.inoを上書きします。

ここで、ラズパイからMIDIデータをシリアル接続で受け取る際のボーレートを追記します。 115200にしてみてもよかったのですが、小心者なので、38400程度にしておきました。
$ vi src/ymf825board_sample2.ino

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  initSPI();
  initSD1();

  Fmdriver_init();
  MIDI.setHandleNoteOn(noteOn);
  MIDI.setHandleNoteOff(noteOff);
  MIDI.setHandleProgramChange(programChange);
  MIDI.begin(MIDI_CHANNEL_OMNI);

  Serial.begin(38400); ← 追記
}

■ソースコードのビルド

ビルドします。
$ platformio run
...
Compiling .pio/build/nanoatmega328/src/ymf825board_sample2.ino.cpp.o
/home/pi/ymf825midi/src/ymf825board_sample2.ino:1:18: fatal error: MIDI.h: No such file or directory

**************************************************************
* Looking for MIDI.h dependency? Check our library registry!
*
* CLI > platformio lib search "header:MIDI.h"
* Web > https://platformio.org/lib/search?query=header:MIDI.h
**************************************************************

MIDI.hがないと怒られたので、MIDIライブラリーを追加します。
$ platformio lib search "header:MIDI.h"
Found 2 libraries:

MIDI Library
============
#ID: 62
Enables MIDI I/O communications on the Arduino serial ports

Keywords: midi
Compatible frameworks: Arduino
Compatible platforms: Atmel AVR, Atmel SAM, Teensy
Authors: Francois Best
.....

$ platformio lib install 62
Library Storage: /home/pi/ymf825midi/.pio/libdeps/nanoatmega328
LibraryManager: Installing id=62
Downloading  [####################################]  100%
MIDI Library @ 4.3.1 has been successfully installed!
環境設定ファイルにライブラリー情報を追記します。
$ vi platformio.ini
[env:nanoatmega328]
board = nanoatmega328
framework = arduino
platform = atmelavr
lib_deps =
        62
再度、ビルとして、Arduino に転送します。
$ platformio run -t upload

■ttymidi のインストール

ttymidiは、外部シリアルデバイスがALSA MIDIアプリケーションとやりとりできるようにするGPLライセンスのプログラムです。 ttymidiは、Arduinoが追加のハードウェアを使用することなく、MIDIアプリケーションと通信できるようにします。
Ref.http://www.varal.org/ttymidi/

TTYMIDI on the Raspberry Pi
Raspberry Pi用のTTYMIDIをインストールします。
Ref.http://siliconstuff.blogspot.com/2012/08/ttymidi-on-raspberry-pi.html

まずは、ALSAの開発環境をインストールします。
$ sudo apt-get install libasound2-dev

ttymidi をインストールします。

$ wget http://www.varal.org/ttymidi/ttymidi.tar.gz
$ tar -zxvf ttymidi.tar.gz
$ cd ttymidi/
$ make
gcc src/ttymidi.c -o ttymidi -lasound
src/ttymidi.c:477:1: warning: return type defaults to ‘int’ [-Wimplicit-int]
main(int argc, char** argv)
^~~~
/usr/bin/ld: /tmp/cc0IcPbX.o: シンボル 'pthread_join@@GLIBC_2.4' への未定義参照です
//lib/arm-linux-gnueabihf/libpthread.so.0: error adding symbols: DSO missing from command line
collect2: error: ld returned 1 exit status
Makefile:2: ターゲット 'all' のレシピで失敗しました
make: *** [all] エラー 1

gcc でスレッド用のライブラリを指定します。
$ vi Makefile
gcc src/ttymidi.c -o ttymidi -lasound
  ↓変更
gcc src/ttymidi.c -o ttymidi -lasound -lpthread
$ make
gcc src/ttymidi.c -o ttymidi -lasound -lpthread
src/ttymidi.c:477:1: warning: return type defaults to ‘int’ [-Wimplicit-int]
main(int argc, char** argv)
$ sudo make install
install -m 0755 ttymidi /usr/local/bin
■MIDIファイルの再生

Raspberry Pi Zero WH に接続されているデバイスを確認します。
$ platformio device list
/dev/ttyUSB0
------------
Hardware ID: USB VID:PID=1A86:7523 LOCATION=1-1
Description: USB2.0-Serial

/dev/ttyAMA0
------------
Hardware ID: 20201000.serial
Description: ttyAMA0
現在のボーレートをみてみます。
$ stty < /dev/ttyUSB0
speed 9600 baud; line = 0;
min = 0; time = 0;
-brkint -icrnl -imaxbel
-opost -onlcr
-isig -icanon -iexten -echo -echoe -echok -echoctl -echoke
現在のMIDIポートの入出力を確認します。
$ aconnect -iol
client 0: 'System' [type=カーネル]
    0 'Timer           '
    1 'Announce        '
client 14: 'Midi Through' [type=カーネル]
    0 'Midi Through Port-0'
バックグランドで、ttymidi を動かします。
$ ttymidi -s /dev/ttyUSB0 -b 38400 &

再度、MIDIポートの入出力を確認してみます。
$ aconnect -iol
client 0: 'System' [type=カーネル]
    0 'Timer           '
    1 'Announce        '
client 14: 'Midi Through' [type=カーネル]
    0 'Midi Through Port-0'
client 128: 'ttymidi' [type=ユーザ,pid=1468]
    0 'MIDI out        '
    1 'MIDI in         '
ボーレートも確認してみます。
$ stty < /dev/ttyUSB0
speed 38400 baud; line = 0;
....
ポートを指定して、MIDIファイルを再生しましょう。
$ aplaymidi -p 128:1 Aria.mid

スピーカーから音が流れましたら、成功です。

■注意点
Arduino のコードを書き換える際には、ttymidi がシリアルポートを占有しているので、 バックグランドプロセスをKILLしてから、行ってください。

■参考文献

FM音源YMF825を使ってみる[MIDI音源編]
http://www.umek.topaz.ne.jp/mameduino/ymf825midi_tg/

Windows と YMF825を接続する場合には下記も参考になると思います。
MIDIケーブルなしでArduinoとMIDIを送受信する方法
http://spinelify.blog.fc2.com/blog-entry-83.html
 Raspberry Pi(ラズベリー パイ)は、ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ。イギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている。
2020.01.05 第1回 abcjs 楽譜作成・演奏スクリプト
2020.01.09 I2S通信によるハイレゾ音源再生
2020.01.18 MIDI再生:FM音源YMF825+Arduino編
2020.01.24 FM音源YMF825+micro:bit編
2020.02.13 Piano Hat & Rosegarden
2020.03.18 テキスト読み上げ gTTS
2020.05.19 テキスト読み上げ AquesTalk pico LSI
2020.06.22 波形処理 第1回 音の波と三角関数
2020.07.22 波形処理 第2回 平均律と純正律
2020.08.26 波形処理 第3回 黒鍵と白鍵
2020.11.21 深層学習 第1回環境整備
2020.12.19 深層学習 第2回マルコフ連鎖・自動歌詞生成
2021.01.02 深層学習 第3回コード進行解析
2021.01.16 波形処理 第4回 コード演奏
2021.08.07 MIDI制御/Adafruit Music Maker
2021.08.23 MIDIフォーマット解析
2021.08.24 オーディオアンプ・スピーカー


ニーア オートマタ PLAY ARTS改 <ヨルハ 二号 B型 DX版> PVC製 塗装済み可動フィギュア
「NieR:Automata」より、ヨルハ二号B型こと2BがPLAY ARTS改に新たに登場! 高級感の感じられるコスチュームや髪の質感、洗練されたボディバランス、細かなデティールに至るまでこだわり抜かれた逸品。 DX版には通常版のラインナップに加え2Bの随行支援ユニット ポッド042などをはじめ“純白の美しい太刀"白の約定やエフェクトパーツ、自爆モードを再現できる換装用ボディパーツ、シーンに合わせて変えられる顔パーツ2種も付属する豪華な仕様に。 作中のあらゆるシーンを再現することが可能なファン必見の一品となっている。

DIPスイッチで動作電圧を3.3Vと5Vに切り替えられるUNO互換ボード
KEYESTUDIO Plus Board for Arduino UNO R3 with Type-C USB Cable, 3.3V 5V 1.5A Output Current, More Powerful Controller Board USB-シリアルチップ:CP2102 / 動作電圧:5Vまたは3.3V(DIPスイッチ制御)/ 外部電源:DC 6-15V(9V推奨)/ デジタルI / Oピン:14(D0〜D13)/ PWMチャネル:6(D3 D5 D6 D9 D10 D11)/ アナログ入力チャネル(ADC):8(A0-A7)/ DC出力機能の各I / Oポート:20 mA / 3.3Vポートの出力能力:50 mA / フラッシュメモリ:32 KB(うち0.5 KBはブートローダーによって使用されます)/ SRAM:2 KB(ATMEGA328P-AU)/ EEPROM:1 KB(ATMEGA328P-AU)/ クロック速度:16MHz / オンボードLEDピン:D13

エレクトロクッキー Leonardo R3 ATmega32u4 ボード DIY Arduino工作用 - ピンクエディション


Newtonライト2.0 ベイズ統計
ベイズ統計は,結果から原因を推定する統計学です。AIや医療などの幅広い分野で応用されています。その基礎となるのは18世紀に考えだされた「ベイズの定理」です。 この本では,ベイズ統計学のきほんをやさしく紹介していきます。

Interface 2021年10月号
☆特集:~ 格好良さアップ! 機能&信頼性アップ ! ~「 3Dプリンタ & メカ設計入門 」
☆特集2:Pico達人への道…「 C/C++でMicroPython拡張 」


トランジスタ技術 2021年9月号
☆特集:~ 直流・交流・非接触・センサ微小電流の測定ノウハウ ~「電流を正しく測る技術」

トランジスタ技術スペシャル 2021年7月号 宇宙ロケット開発入門
これから開発・活用が進むと期待されている宇宙空間への交通・物流インフラとして、小型・低価格ロケットが注目を集めています。本書では、基本構造から制御メカニズムまで、小型宇宙ロケット開発の基礎知識を実例を交えて解説します。

日経Linux 2021年9月号
【特集1】おうち時間をLinuxデスクトップで楽しむ! Linux環境を作るワザ
【特集2】徹底図解で丸わかり! 「WSL2」入門   Windows 11の新機能を速報!
【特集3】IT自動化ツール AnsibleでWeb導入を自動化
【特集4】ラズパイで楽しむLinuxライフ 「今、会議中」と家族に伝えるプレートをPythonで作ろう


ラズパイマガジン2021年秋号
特集1 サクッと動くパーツ&ライブラリ総覧
特集2 ArduinoライブラリでラズパイPicoを動かす
特集3 古いラズパイをフル活用! Node-REDで 楽しい電子工作
特集4 空気の汚れをラズパイで検知しよう
特集5 ラズパイで楽しむLinuxライフ
特集6 NVIDIAのAIボードが6000円台に!
特集7 M5StickCで始める電子工作 iPhoneからサーボモーターを制御しよう


トランジスタ技術スペシャル 2021年 4月号 No.154「達人への道 電子回路のツボ」
初学者が実用的な電子回路を設計できるようになるためのポイントをまとめました。学校の教科書だけではつかめない基本電子回路やOPアンプ/トランジスタの使い方の実際を、いろいろな視点から解説しています。


Raspberry Pi 3 Model B V1.2 (日本製) 国内正規代理店品
【仕様概要】CPU:ARM 1.2GHz 4コア、GPU:2コア 3D・動画支援、RAM:1GB、ネットワーク:LAN/Wi-Fi/Bluetooth、インターフェース:USB/HDMI/オーディオ/GPIO(UART/I2C/I2S/SPI...)。

ELEGOO Arduino用 Nanoボード V3.0 CH340/ATmega328P、Nano V3.0互換 (3)


ESPr Developer 32
スイッチサイエンス(Switch Science)

協和ハーモネット UL1007 AWG24 耐熱ビニル絶縁電線 リール巻 100m 黒


白光(HAKKO) ダイヤル式温度制御はんだ吸取器 ハンディタイプ FR301-81


サンハヤト TTW-203 テストワイヤ
ブレッドボードとスルーホール間の接続に便利なワイヤですブレッドボード用のオスピンと基板のスルーホール用のバネ性のある端子を組み合わせたテストワイヤです

無水エタノールP 500mlx2個パック(掃除)


ケイバ(KEIBA) マイクロニッパー MN-A04


熱収縮チューブφ1.5
印字無しで綺麗☆ シュリンクチューブ 絶縁チューブ 防水 高難燃性 収縮チューブ (2m, ブラック(黒))


サンハヤト SAD-101 ニューブレッドボード


白光(HAKKO) HEXSOL 巻はんだ 精密プリント基板用 150g FS402-02


【Amazon.co.jp限定】エーモン 電工ペンチ 全長約255mm (1452)


[Amazon限定ブランド]【指定第2類医薬品】PHARMA CHOICE 解熱鎮痛薬 解熱鎮痛錠IP 100錠


Copyright © 2011-2022 Sarako Tsukiyono All rights reserved®.