2022年 SPRESENSE™ 活用コンテスト 」開催中!ローパワーでハイパフォーマンスなエッジコンピューティングを、あなたの手で活用してみませんか?

psrrerのアイコン画像
psrrer 2021年02月28日作成 (2021年12月07日更新)
製作品 製作品 閲覧数 2310
psrrer 2021年02月28日作成 (2021年12月07日更新) 製作品 製作品 閲覧数 2310

MSGEQ7使用 小型グラフィックイコライザ

MSGEQ7使用 小型グラフィックイコライザ

はじめに

秋月電子通商で販売されているオーディオ用7バンドスペクトラムアナライザ-用ICのMSGEQ7Pを使用して、グラフィックイコライザーを製作しました。本回路ではマイコンを用いずにロジックICなどを用いて回路を構成しています。

回路図

本回路の回路図を示します。

回路図

部品リスト

今回製作した回路に用いる部品の例を表に示します。なお入手先は株式会社秋月電子通商を想定しています。

部品 数量 秋月電子通商 通販コード
オーディオ用7バンドスペクトラムアナライザ-用IC MSGEQ7P 1 I-12887
レベルメーターIC 5ドットLED用 LA2284AG 1 I-12470
8chソースタイプDMOSトランジスタアレイ TBD62783APG 1 I-10957
10進カウンタ TC4017BP 1 I-15115
タイマーIC NE555P 1 I-08344
PchパワーMOSFET 2SJ681 60V5A 1 I-08358
赤色ドットマトリクスLED 5x7ドット C-2570SR 1 I-08328
超小型スイッチングACアダプター5V1A AD-D50P100 1 M-06096
積層セラミックコンデンサー 0.1μF50V2.54mm (10個入) 1 P-00090
電源用電解コンデンサー 100μF35V105℃ ルビコンZLH 1 P-02724
電解コンデンサー 10μF50V85℃ ルビコンPK 1 P-03116
電解コンデンサー 470μF16V105℃ ルビコンWXA 3 P-08426
片面ガラス・ユニバーサル基板 Cタイプ(72×47.5mm) めっき仕上げ 1 P-00517
2.1mm標準DCジャック(4A) 基板取付用 1 C-09408
3.5mmステレオミニジャック 基板取付用 MJ-8435 2 C-09060
カーボン抵抗 1/2W220kΩ(100本入) 1 R-07808
カーボン抵抗 1/2W4.7kΩ (100本入) 1 R-07831
カーボン抵抗 1/2W2.2kΩ (100本入) 1 R-07843
カーボン抵抗 1/2W47kΩ (100本入) 1 R-07849
カーボン抵抗 1/2W200kΩ(100本入) 1 R-07857
半固定ボリューム GF063P 10kΩ 1 P-14905
メタライズドポリエステルフィルムコンデンサ 0.1μF100V 1 P-14597
絶縁ラジアルリード型積層セラミックコンデンサー 33pF50V±5%5mm (20個入) 1 P-03621
絶縁ラジアルリード型積層セラミックコンデンサー 2200pF50V5mm (10個入) 1 P-08134
絶縁ラジアルリード型積層セラミックコンデンサー 0.01μF50V±10% (10個入) 1 P-04063
絶縁ラジアルリード型積層セラミックコンデンサー 0.033μF50V5mm (10個入) 1 P-08141
積層セラミックコンデンサー 0.1μF50V2.54mm (10個入) 1 P-00090
電解コンデンサー100μF25V85℃ ルビコンPK 1 P-03122
丸ピンICソケット ( 8P) 2 P-00035
丸ピンICソケット (16P) 1 P-00029
丸ピンICソケット (18P) 1 P-00030
丸ピンIC用ソケット (シングル40P) 1×40 1 P-01591
3mmプラネジ(7mm)+六角スペーサー(14mm)セット 1 P-01861

回路説明

MSGEQ7

オーディオ用7バンドスペクトラムアナライザ-用ICです。信号を入力すると、7つのバンド内の信号強度をアナログ信号で返してくれます。
出力信号はシリアルで、各バンド順番に同じピンから出力されます。(MSGEQ7 データシート)

LA2284

5ドットLED用のレベルメーターICです。信号を入力すると、-10, -5, 0, 3, 6dBの信号強度でLEDが駆動されます。(LA2284データシート)

NE555

定番のタイマー用ICです。CRによるタイマー回路を構成することができます。詳細はこちらのデータシートこちらのサイトに譲ります。

TBD62783

8回路入りのソースタイプのDMOSトランジスタアレイです。回路図より、直接TC4017から直接LEDマトリックスを駆動しても良いのですが、引き出し電流が大きくなってしまい、動作に不安があるため、トランジスタアレイを用い、入力信号によって制御するようにしました。これにより、ICから供給する電流が不足する心配が薄れます。(TBD62783のデータシート)

TC4017

東芝の汎用CMOSロジックIC、10進ジョンソンカウンタです。
10進カウンタとして使用できますが、RESET端子と任意の出力端子(Q0~Q9)を接続することで、9進以下のカウンタとしても使用することができます。
今回は15番ピンのRESETと9番ピンのQ8を接続することで8進カウンタとして使用しています。下図より、Q8(=RESET)が立ち上がろうとするや否やリセットが作動しているのが確認できます。
TC4017動作確認

設計の過程(この節は読み飛ばしても大丈夫です)

設計を始めたきっかけは超小型RGB 5×7ドットマトリクスモジュールキット(今回は不使用)を見つけたことでした。このLEDマトリックスを用いて何か電子工作をしたいと考え、MSGEQ7のバンド数が7であることと、LA2284の駆動LED数が5であることに着目し、5×7のドットマトリクスを用いたグラフィックイコライザの回路を設計しました。なお、本記事では試作として、前述したドットマトリクスではなく、実装を簡単にするために赤色単色のドットマトリクスを使用しました。

設計当初はTC4017のカウンタを8進ではなく7進で設計していて、TBD62783のハイサイドの2SJ681は使用せずにVCCに直結していました。ですが、MSGEQ7とTC4017とのクロックが何らかの要因でずれてしまった場合、ドットマトリクスに正しく表示されないという問題点があることがわかり、修正する必要がありました。
そこで、TC4017の基数を1つ増やし、MSGEQ7のRESETに割り振ることで、1サイクルごとにリセットがかかり、仮にクロックのズレが生じたとしても次のサイクルでは修正されるようになりました。
キャプションを入力できます
上図のタイミングチャートの作図にはTiming Chart Formatterを使用させていただきました。この場を借りて御礼申し上げます。

しかし今度は、このリセットによって別の問題点が浮上しました。それは、MSGEQ7にリセットをかけた時、出力にはリセットがかかる直前の出力がそのまま出力されることです。 (データシートではリセット中はHIGHが出力されるようなタイミングチャートが記されていたが、実験の結果、出力電圧が保持されることが判明した) さらに、別の問題点として、ドットマトリクスの表示において、LEDの点灯信号が次の列にも影響してしまうという問題点がありました。次の図ではMSGEQ7に15kHzの正弦波を入力しています。本来であれば7列目のみが点灯してほしいのですが、その次の列である1列目もうっすらと点灯しています。
出力が次の列にも写り込んでいる図
オシロスコープにて信号を観察すると、クロック信号の遷移から出力の変化までに遅延があり、その遅延時間だけ次の列が点灯していることによるものだと判明しました。
問題点2
この問題点を解消するために、ドットマトリクスに電流を供給しているTBD62783の正電源端子にPchMOSFETを接続し、NJM555によって生成したCLKを印加することで、意図しない電源供給を遮断することを試みました。
次の図では、CLK_555がLOWになるタイミングでTBD62783_VCCの電圧が低下していることが確認できます。

これにより、映り込みを軽減することができました。
キャプションを入力できます

実装例

今回はユニバーサル基板を使用しました。次の図は本回路の製作例です。
キャプションを入力できます

前述した超小型RGB 5×7ドットマトリクスモジュールキットを使用するのであればハーフ(1.27mm)ピッチの基板を用いるか、PCBを設計したほうが実装が楽にできると思います。

動作確認

試作中に撮影したものなのでブレッドボードに刺さったままですが、iPadから音源を入力した際のドットマトリクスを写しています。
10秒程度の短い動画ですが、imgurにアップロードしました。
https://imgur.com/a/u71h71k
ご興味がある方は再生してみてください。

1
psrrerのアイコン画像
理工系学部生です.プログラミングを必要としない電子工作について記事を執筆します.
  • psrrer さんが 2021/02/28 に 編集 をしました。 (メッセージ: 初版)
  • Closed
    je8vgnのアイコン画像 je8vgn 2021/02/28

    マイコンを使わずに実現しているところが素晴らしいと思います!
    「秋葉原2021」のタグが無いですが、キャンペーンに応募しないのですか...?

    1 件の返信が折りたたまれています
  • psrrer さんが 2021/02/28 に 編集 をしました。 (メッセージ: タグの編集)
  • psrrer さんが 2021/02/28 に 編集 をしました。 (メッセージ: 回路図、タイミングチャートの修正)
  • psrrer さんが 2021/12/07 に 編集 をしました。
ログインしてコメントを投稿する