外付けEEPROMで電子オルゴール。Arduinoから[24LC64]への書き込みプログラムと配線回路図の紹介。

f:id:miraluna:20180806220931j:plain:w200 Mira

自作電子工作🧸
Arduinoに外付けEEPROMを使った電子オルゴール「Tiny蓄音機レコード仕様」を作ろう🍩

＜第２回＞
「EEPROMに楽譜を記録♬ "レコード盤作り"」

【目次】
　　　🍩 Tiny蓄音機レコード仕様を作ろう 🍩
🍩１回目「構想とEEPROMについてと曲紹介」
🍩２回目「EEPROMに楽譜を記録♬ "レコード盤作り"」(この記事)
🍩３回目「EEPROMから楽譜を読み取って演奏するプログラム」
🍩４回目「トラブル１🐉 ArduinoのRAMが足りない..p_q..💦」
🍩５回目「[トラブル２🦇 tone関数ではすべての音符を鳴らせない」
🍩６回目「"ちびやっこ"意気消沈。お姉ちゃんの"みつは"は超オンチに🦆」
🍩７回目「Tiny蓄音機レコード仕様、実装します。& 動画🎬」
🍩８回目「Tiny蓄音機レコード仕様🎶 作り方まとめっ♬」

～これから何回かに分けて書いていきます。書いたら目次も増やしていきます。～

⛅ イメージ図 🦄
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"Tiny蓄音機レコード仕様"のイメージはこんな感じです。
蓄音機には "ATmega328" AVRマイコン（みつは）を、
レコードには "24LC64" EEPROM( "24FC64" その他でもO.K.)を使う予定です。

[24LC64]が記憶媒体のEEPROM。I²C接続なら、他のEEPROMも使えます。
ここに曲を入れて、いろんなレコード盤を作る予定なの🍅

【EEPROMの使い方】
Arduinoを使って外付けEEPROMを使う方法は以前の記事に書いたので、電子オルゴールとは関係なくEEPROMへの読み書きの方法を知りたい方はこちらを読んでみてね。
miraluna.hatenablog.com

【楽譜の再生にはtone関数を使う】

EEPROMへの読み書きができるようになったら、そのデータをtone関数で再生します。
「tone関数」というのはArduinoにもともと備わっているスケッチ(プログラム)で、それを使えばブザーとかスピーカで簡単にメロディを鳴らすことができるの。
スケッチは「toneMelody」という名前。Arduino IDEを開いて、「ファイル」→「スケッチ例」→「02.Digital」→「toneMelody」の場所にありす。(ねぇアリス、"ま"が抜けてるわよ。それじゃあまるであなたが......)

ここですよ🍎
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tone関数を使って曲を流したときのプログラムの例はこちら 👇 の記事にあります。
miraluna.hatenablog.com

tone関数では音符の音階[Melody]と、音符の長さ[noteDurations]の２つのデータを組み合わせることで音を出します。「８分音符のド」とか。だから２種類の情報をEEPROMに記憶させておく必要がありますね。私の場合、記憶する番地の前半に音階データを、後半に長さデータを入れました。

ここで１つ問題が発生。tone関数は音符データの他に、曲の音符の総数と、曲の速度という２つの情報も必要です。この情報は再生するプログラムに書かなくてはいけません。でもそれって曲ごとに違う🐧。これでは蓄音機（みつは）のプログラムも曲ごとに書き換えなくちゃいけなくなる。それじゃ「Tiny蓄音機レコード仕様」にならないよ～💦
そこで発明少女ミラヒェン f:id:miraluna:20210106121707j:plain:w30 の工夫が光ります✨(自分で言うな)🍘

工夫１．音符の数と曲の速度の２つのデータをEEPROM(レコード盤)に収めておいて、蓄音機のプログラムでそのデータも読み取るようにしちゃおう（∂, ∂🎀y
そんなわけでEEPROMの
０番地には曲の音符の総数を、
１番地には曲の速度を、
書き込むことにしました。

さあ、それでは音符データをプログラムしていきましょう、とはりきっていたら、また問題が発生。音符の音階データは、その音の「周波数」を入れるんだけど、EEPROMの１つの番地(１つのデータを書き込める場所)は容量が1バイト。1バイトは0と1の情報(ビット)が8つ集まったものだから、２進法で８桁、つまり0~255の値しか表現できないの。音階の周波数には500とか800とかいう高い音のものもある。これじゃ低い音しか表現できないよ..p_q..💦
そこで🌟 またまた発明少女ミラヒェン f:id:miraluna:20210106121720j:plain:w30 の工夫がきらっと輝きます✨✨✨(ドヤ顔すな)🍙

工夫２．周波数の値を４分の１の大きさでEEPROMに格納して、蓄音機で読みだしたときに４倍する。曲の速度も1700とか5000とかだから、100分の１にして読むときに100倍する。
ほら、ジュースの濃縮果汁還元ってあるでしょ？あれよあれ（∂_∂🎀y ﾄﾞﾔｧ

【EEPROMに楽譜を書き込むためのプログラム】
tone関数を使うための下準備が整ったので、EEPROMに楽譜（音符の音階と長さのデータ）を書き込むためのプログラムを作ります。『OneNight』は私にとって大作なので、まずは短い曲で作ってみましょう。ジョージ・ウィンストンさんの『あこがれ/愛』のサビのところです。

🍎 EEPROMへ楽譜を書き込むためのスケッチ 🍎

//EEPROMへ書込むためのツールスケッチ
//使用時に曲に合わせて書き換えが必要
//『あこがれ』

#include<Wire.h>

 int melody[] = {    //音符の音階（周波数）
  330,440,523, 659,523,440, 587,494,392, 523,494,440,330,
  440,494,523, 330,523,330, 494,294,494,294, 440,262,165,220,  //Akogare
 };
 int durations[] = {    //音符の長さ(16→16分音符)
 16,16,16, 8,16,16, 8,16,16, 16,16,16,8,  //13（音符の数）
 16,16,8,16,16,16, 16,16,16,16, 16,16,16,8,  //14  
 };                                     //音符総数 : 27
    
void eep_write(int device_add, unsigned int eep_add, int data){
  Wire.beginTransmission(device_add);//対象デバイスへ移動
  Wire.write((int)(eep_add >> 8));
  Wire.write((int)(eep_add & 0xff));
  Wire.write(data);
  Wire.endTransmission();
}

void setup() {
  Wire.begin();
    for(int n=2; n < 27+2; n++){        //要書換「音符の数」  2番地から書き込み
              //[あこがれ:27音符]
      eep_write(0x50,n,melody[n-2]/4);  //デバイス[0x50]　　４分の１に濃縮
        delay(5);//書き込み待ち
      eep_write(0x50,n+27,durations[n-2]);    //要書換「音符の数」
        delay(5);//書込み待ち
    }
      eep_write(0x50,0,27);  //要書換「音符数」　0番地に音符数格納
        delay(5);
      eep_write(0x50,1,50);  //要書換「曲の速度」　1番地に曲の速度格納（100分の1で書く）
              //速度[あこがれ:5000]
        delay(5);
}

void loop() {

}

【EEPROMをArduinoにつなぐ配線】

プログラムができあがったら、EEPROMに楽譜を書き込みます。
書き込みを行う装置はArduino。だからArduinoとEEPROMを配線しなきゃいけないわね。

配線方法はこちらです。
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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　「24LC64」の pin配置図
f:id:miraluna:20210929195228p:plain:w200:right 　　Arduino　　　　　EEPROM
　　5v　　　　　　(赤)　　　　　Vcc
　　GND　　　　　(黒)　　　　　GND(Vss)
　　SCL　　　　　 (黄)　　　　　SCL
　　SDA　　(緑) 2kΩ分岐　　　　SDA
　　5v　　　　　　　　　　　分岐した2kΩ
　　GND　　　　(水色)　　　　　WP
　　GND　　　　　(橙)　　　　　A0
　　GND　　　　　(橙)　　　　　A1
　　GND　　　　　(橙)　　　　　A2