初版

【linaAudio】45円CPUで作るUSB-Audioだにょ②【動作編】

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## 概要 USB Audio デバイスを小型マイコンで作る試みです。最終的に CH552E で USB サウンドカード（linaAudioPro）として動作させることができました。 --- ## 1. CH32V003 J4M6 にて USB Audio 認識 まず手元にあった **CH32V003 J4M6** で USB Audio Class として PC に認識させることに成功しました。 しかし音声ストリーミングは不可能でした。理由は USB Audio のアイソクロナス転送には **Full-Speed（12Mbps）以上**が必要ですが、CH32V003 は **Low-Speed（1.5Mbps）** のみ対応しているため、Windows がアイソクロナス転送を拒否します。 | チップ | USB速度 | 音声ストリーミング | |---|---|---| | CH32V003 J4M6 | Low-Speed 1.5Mbps | ❌ | | CH552 | Full-Speed 12Mbps | ✅ | - [linaAudio(認識編)](https://elchika.com/article/6be431ea-0fa5-4dcf-833a-e120c1d4bc8b/) --- ## 2. nanoCH55x（CH552G）にて初 try ch55xduino 0.0.25 の `UsbAudioSpeaker` サンプルをそのまま使い、**nanoCH55x 基板**で動作確認しました。 - 24kHz モノラル - P3.4（PWM2）から音声出力 - PC に USB サウンドカードとして認識 ### 初回書き込みのポイント ++CH552系のCHIPは書込み保障回数が最高200回程度とされています　ここ注意です❕++ nanoCH55x はボタンを押しながら USB 接続でブートローダーモードに入ります。初回のみ Zadig でドライバ（libusb-win32）を当てる必要があります。 2回目以降は以下の PowerShell スクリプトで書き込めます： ```powershell # flash.ps1 $hex = Get-ChildItem "$env:TEMP\arduino_build_*\*.hex" | Sort-Object LastWriteTime -Descending | Select-Object -First 1 & "C:\arduino-1.8.19\portable\packages\CH55xDuino\tools\MCS51Tools\2023.10.10\win\vnproch55x.exe" $hex.FullName ``` ### 注意点 `src/` 配下にバックアップファイル（`__xxx.c` など）を置くと Arduino IDE がコンパイル対象にしてしまいます。バックアップは拡張子を `.bak` にするか別フォルダに置いてください。 ++CH552系のCHIPは書込み保障回数が最高200回程度とされています　ここ注意です❕++ --- ## 3. CH552G チップにて P1.5 にポートを変更   nanoCH55x 基板は P3.5 が引き出されていないためステレオ化できません。また CH552E への移植を見据えて、音声出力を **P3.4（PWM2）から P1.5（PWM1）に変更**しました。 ### 変更点 **`.ino`** ```c // 変更前（P3.4 / PWM2） pinMode(34, OUTPUT); PIN_FUNC &= ~(bPWM2_PIN_X); PWM_CK_SE = 1; PWM_CTRL |= bPWM2_OUT_EN; PWM_DATA2 = 128; // 変更後（P1.5 / PWM1） pinMode(15, OUTPUT); PIN_FUNC &= ~(bPWM1_PIN_X); PWM_CK_SE = 1; PWM_CTRL |= bPWM1_OUT_EN; PWM_DATA1 = 128; ``` **`USBAudioSpeaker.c`** アセンブリ内の `PWM_DATA2` を `PWM_DATA1` に変更。PWM1 は PWM2 のようなバグがないため nop 処理も不要ですが、同じ方式で安定動作します。 ### PWM ピン対応表 | チップ | PWM | デフォルトピン | |---|---|---| | CH552G/E | PWM1 | **P1.5** | | CH552G/E | PWM2 | P3.4（CH552E には出ていない） | --- ## 4. CH552E チップにて完了 CH552E（MSOP-10、ピッチ 0.5mm）単体での最小回路で動作確認しました。なお CH552G（SOP-16）のピッチは 0.74mm です。 ### 最小回路 | ピン | 接続 | |---|---| | VCC（9番） | 5V | | VCC（9番） | 104（0.1uF） → GND | | GND（8番） | GND | | V33（10番） | 104（0.1uF） → GND | | P3.6（6番） | USB D+（緑） | | P3.7（7番） | USB D-（白） | | P1.5（2番） | 音声出力 | ### ブートローダーモード P1.5 を 10kΩ を介して V33（3.3V）に接続した状態で電源投入するとブートローダーモードに入ります。  ### デバイス名の変更  `USBconstant.c` の `Prod_Des[]` を変更することで PC 上でのデバイス名を変えられます（UTF-16LE 形式）： ```c // linaAudioPro（12文字） __code uint8_t Prod_Des[] = { 0x1A, 0x03, 'l', 0x00, 'i', 0x00, 'n', 0x00, 'a', 0x00, 'A', 0x00, 'u', 0x00, 'd', 0x00, 'i', 0x00, 'o', 0x00, 'P', 0x00, 'r', 0x00, 'o', 0x00}; ``` ### 最終的な .ino ```c #ifndef USER_USB_RAM #error "This example needs to be compiled with a USER USB setting" #endif #include "src/USBAudioSpeaker/USBAudioSpeaker.h" #define SOUND_PIN 15 void setup() { USBInit(); pinMode(SOUND_PIN, OUTPUT); PIN_FUNC &= ~(bPWM1_PIN_X); PWM_CK_SE = 1; PWM_CTRL |= bPWM1_OUT_EN; PWM_DATA1 = 128; } void loop() { } ``` --- ## 結果 PC に **linaAudioPro** として認識され、24kHz モノラルで音声ストリーミングが動作しました。CH552G・CH552E 両対応です。  ++CH552系のCHIPは書込み保障回数が最高200回程度とされています　ここ注意です❕++ ### ローパスフィルタ PWM 出力にはノイズが含まれるため、LPF を追加すると音質が改善します： ``` P1.5 ──[100Ω]──┬── スピーカー(+) [0.1uF] │ GND ```