Bf-036

PCB-Grove-AquesTalk-pico-LSI

AquesTalk pico LSI用Grove(M5)接続基板

AquesTalk pico LSI into the Grove of M5

1. 概要

　「AquesTalk pico LSI用Grove(M5)接続基板」は、市販の音声合成専用LSI「AquesTalk pico LSI」（別売）をGroveコネクタでM5シリーズに接続するための基板です。
　AquesTalk pico LSIの詳細は、データシートを参照ください。

• Data Sheet: 音声合成 LSI 「AquesTalk pico LSI」ATP3011
• Data Sheet: 音声合成 LSI 「AquesTalk pico LSI」ATP3012

基板V03 の変更点

　2022年10月から基板V03を提供しています。ピンソケットJ7を追加しました。

委託販売

（スイッチサイエンス扱い）AquesTalk pico LSI用Grove(M5)接続基板

動作例

• (YouTube）AquesTalk pico LSI into the Grove of M5
  M5AtomにI2Cで接続しています。以下のサンプルプログラムを使用しています。
  GitHub: botanicfields/PCB-Grove-AquesTalk-pico-LSI/tree/main/BF-035_Wire
• (YouTube）般若心経 by AquesTalk pico LSI and M5Stack, Glove PCB, I2C
  M5SrackにI2Cで接続しています。基板V03のJ7とM5StackのGPIO35をジャンパワイヤーで接続しています。以下のサンプルプログラムを使用しています。
  GitHub: botanicfields/PCB-MBUS-AquesTalk-pico-LSI/tree/main/BF-034_han-nya

組み立て例

　AquesTalk piso LSI（28ピンDIPタイプ）1個をICソケットに装着します。ATP3011用とATP3012用のソケットがあります。どちらか一方のみを装着してください。
AquestTalk pico LSIの取り付け: 左 ATP3011, 右 ATP3012

1.1 特徴

• AquesTalk pico LSI（28ピンDIPタイプ）1個を搭載できます。
• ATP3011, ATP3012の両方に対応しています。
• パワーアンプ（LM4871）を内蔵し、スピーカーを直接駆動できます。
• M5シリーズのGrove仕様に合わせ、電源+5V、信号3.3Vに対応します。
• AquestTalk pico LSIは3.3Vで動作し、M5シリーズに直結できます。
• DIPスイッチで動作モード・通信モードを設定できます。
• 動作モード・通信モードの変更を反映するリセットボタンがあります。
• I2C接続用、UART接続用のGroveコネクタがあり、接続方法を選べます。
• スタンドアロンモードのためのコネクタがあります。
• SPI接続も可能です（ハンダ付けが必要です）。

DIP: Dual In-line Package
I2C: Inte-Integrated Circuit
UART: Universal Asynchronous Receiver Transmitter
SPI: Serial Peripheral Interface

1.2 内容物

• AquesTalk pico LSI用Grove(M5)接続基板（完成品）1枚
• Groveケーブル20cm 1本（M5Stack純正品）
• 説明書 1部

※ AquesTalk pico LSIは付属しません。
※ スピーカー、スピーカーケーブルは付属しません。
※ ケースや足などは付属しません。

商品写真（基板V03）

写真: 内容物、基板裏面

1.3 別途必要なもの

• AquesTalk pico LSI（秋月電子通商扱い）
  音声合成ＬＳＩ　ＡＴＰ３０１１Ｆ１－ＰＵ（ゆっくりな女性の音声） ATP3011F1-PU
  音声合成ＬＳＩ　ＡＴＰ３０１１Ｆ４－ＰＵ（かわいい女性の音声） ATP3011F4-PU
  音声合成ＬＳＩ　ＡＴＰ３０１１Ｍ６－ＰＵ（男性の音声） ATP3011M6-PU
  音声合成ＬＳＩ　ＡＴＰ３０１２Ｆ６－ＰＵ（女性の音声明瞭版） ATP3012F6-PU
  音声合成ＬＳＩ　ＡＴＰ３０１２Ｒ５－ＰＵ（小型ロボットの音声） ATP3012R5-PU
• スピーカー、スピーカーケーブル
  4～8Ω程度、1W以上が望ましいです
• 工具
  ドライバ（ターミナルブロックの締め付けに必要です）など
• M5Stack, M5Atom
  サンプルプログラムは、M5Stack Core Basic, M5Atomで動作を確認しています
• Arduino-IDEが動作する環境
  サンプルプログラムは、Arduino IDE用です
• その他
  SLEEP信号などを接続する場合には、ジャンパワイヤー等が必要です。SPI接続の場合には、ピンヘッダおよびハンダ付けが必要です

2. 接続

2.1 I2C接続

　SCL, SDAの表記のあるGroveコネクタJ5に接続します。基板上にプルアップ抵抗はありません。M5シリーズ側でのプルアップを使用します。

(1)M5AtomのGroveコネクタに接続

　I2Cとして、SCL=GPIO32, SDA=GPIO26を指定します。サンプルプログラムではWire1を選択します。

(2)「M5Atom用GROVEコネクタ基板※（別売）」経由で接続

　I2Cとして、デフォルトのWire（SCL=GPIO21, SDA=GPIO25）を使用できます。
※（スイッチサイエンス扱い）M5Atom用GROVEコネクタ基板

(3)M5StackのGroveコネクタに接続

　I2Cとして、デフォルトのWire（SCL=GPIO22, SDA=GPIO21）を使用できます。

2.2 UART接続

　TX, RXの表記のあるGroveコネクタJ4に接続します。基板上のTXがM5シリーズのRXに、基板上のRXがM5シリーズのTXに接続されます。

(1)M5AtomのGroveコネクタに接続

　M5Atom側は、RX=GPIO32, TX=GPIO26を指定します。

(2)M5StackのGPIOに接続

　接続には、「GROVE - 4ピン - ジャンパオスケーブル※（別売）」相当のケーブルが必要です。M5Stack側は、RX=GPIO16, TX=GPIO17, +5V, GND を接続します。
※（スイッチサイエンス扱い）GROVE - 4ピン - ジャンパオスケーブル

2.3 SPI接続

　SS, +5V, GNDは、ピンソケットJ3に接続します。SCK, MOSI, MISOは、J1(ICSP)に接続します。ICSPのピンヘッダは実装していません。ピンヘッダを別途手配いただき、基板へハンダ付けしてください。接続にはジャンパワイヤー等が必要です。

• SPI: Serial Periphral Interface
• SCK: Serial ClocK
• MOSI: Master Out Slave In
• MISO: Master In Slave Out
• SS: Slave Select
• GND: Ground
• ICSP: In Circuit Serial Programming

M5StackのGPIOに接続

　接続にはジャンパワイヤー等が必要です。SCK=GPIO18, MISO=GPIO19, MOSI=GPIO23, SS=GPIO5, +5V, GND を接続します。

2.4 スタンドアロン

　J2に「ダイオードマトリクススイッチ16基板※」を接続し、ボタン操作で15種類の音声を再生できます。以下の写真でM5Stackは、電源として使用しています。
※（スイッチサイエンス扱い）ダイオードマトリクススイッチ16基板

2.5 その他共通

J3 SLEEP信号

　AquesTalk pico LSIのSLEEPピンをGPIOに接続できます。SLEEP=LowでAquesTalk pico LSIがスリープ状態になります。ATP3011のUART接続において9600bpsより速い速度が必要な場合、「セーフモード」ではなく「コマンド入力モード」が必要であり、速度設定のためにSLEEPの接続が必要です。

J3 PLAY信号

　AquesTalk pico LSIのPLAYピンをGPIOに接続できます。AquesTalk pico LSIが音声再生中の間、PLAY=Lowとなります。

J6 スピーカー

　スピーカーを接続します。2本のいずれもGNDではありません。

J7 音声信号（基板V03）

　音量調節ボリュームに入る時点のアナログ音声をジャンパワイヤー等に取り出すことができます。ATP3011、ATP3012でピンが異なります。
ATP3011の例

ATP3012の例

3. 設定（DIPスイッチ）

　動作モードおよび使用するインタフェース（通信モード）に合わせて、基板上のDIPスイッチを設定します。おすすめはI2C接続です。DIPスイッチの設定はリセット時に反映されます。DIPスイッチの設定を変更後、基板上のリセットボタンを押す必要があります。出荷時の設定は、セーフモード・I2C接続・パワーアンプが常に動作状態（OFF,ON,OFF,ON,ON）です。

※ 1, 2, 3, 4, 5は、DIPスイッチの番号です。DIPスイッチはONでGND接続のため、ON=0, OFF=1です。
(*1) ATP3011の場合、SLEEP解除後の'?'送信で自動設定します。ATP3012の場合EEPROMに設定します。
(*2) 音声再生の前後にノイズが発生します。

4. サンプルプログラム

　AquesTalk pico LSIをM5StackまたはM5Atomに接続し、I2C(Wire), UART(Serial), SPIで動作させるプログラムです。デモの内容は同じです。Arduino-IDE環境で使用します。基板の接続や設定を予め使用するインタフェースに合わせておく必要があります。

BF-035_Wireフォルダ

　AqeusTalk pico LSIをI2Cで動作させるサンプルプログラムです。#defineでM5Stack, M5Atomのいずれかを選択します。

BF-035_Serialフォルダ

　AqeusTalk pico LSIをUARTで動作させるサンプルプログラムです。#defineでM5Stack, M5Atomのいずれかを選択します。

BF-035_Spiフォルダ

　AqeusTalk pico LSIを SPIで動作させるサンプルプログラムです。M5Stack専用です。

4.1 ボタン操作 .. loop()

　ボタンを押すと、ソースコードのpreset_msgを発声します。初期値はpreset_msg[0]です。

4.2 setup()

• SLEEPピンをHighにする（デフォルト: 実行しない）
  　AquesTalk pico LSIのSLEEPピンとが接続したGPIO5をHIGHにしてSLEEPでない状態にします。

• UARTスピードを設定（ATP3011が対象。UARTのみ。デフォルト: 実行しない）
  　AquesTalk pico LSI (ATP3011) のUARTスピードを設定します。GPIO5がAquesTalk pico LSIのSLEEPピンと接続している必要があります。

• UARTスピードを書き換え（ATP3012が対象。UARTのみ。デフォルト: 実行しない）
  　AquesTalk pico LSI (ATP3012) のUARTスピードを書き換えます。

• I2Cアドレスを書き換え（I2Cのみ。デフォルト: 実行しない）
  　AquesTalk pico LSIのI2Cアドレスを書き換えます。

• プリセットメッセージを書き込む（デフォルト: 実行しない）
  　AquesTalk pico LSIにプリセットメッセージとして、ソースコード内のpreset_msgデータを書き込みます。時間がかかります。

• EEPROMデータをダンプ（デフォルト: 実行しない）
  　AquesTalk pico LSIのEEPROMデータをシリアルモニタに表示します。時間がかかります。

• AquesTalk pico LSIのバージョンをシリアルモニタに表示

• チャイムJを発声

• チャイムKを発声

5. ライブラリ

　AquesTalk pico LSIを使用するためのライブラリです。

5.1 BF_AquesTalkPico.h

　I2C, UART, SPI共通の基本クラスです。接続するインタフェースに依ってI2C(Wire), UART(Serial), SPIのいずれかの派生クラスを使用する必要があります。

(1) virtual int Send(const char* msg) = 0

　AquesTalk pico LSIに文字列msgを送信します。送信の様子をシリアルモニタに出力します。純粋仮想関数として定義し、使用するインタフェースに合わせて派生クラスで実装します。

(2) virtual size_t Recv(char* res, size_t res_size) = 0

　AquesTalk pico LSIから文字列を受信します。受信完了は、'>'または'*'で判断します。純粋仮想関数として定義し、使用するインタフェースに合わせて派生クラスで実装します。

(3) virtual bool Busy() = 0

　発声中などAquesTalk pico LSIが処理中の場合trueを応答します。falseの場合発声が終了したと判断できます。純粋仮想関数として定義し、使用するインタフェースに合わせて派生クラスで実装します。I2C, SPIではおのずとポーリングができますが、UARTではSend()による明示的なポーリングが必要です。

(4) int ShowRes(int res_length_to_show = 1)

　AquesTalk pico LSIからの応答をシリアルモニタに出力します。res_length_to_showに2を渡すと、応答が1文字以下の場合にシリアルモニタへの出力を抑止できます。I2C、SPIのポーリングによる応答が正常（'>', 1文字）の場合のシリアルモニタへの出力を省略できます。

(5) int DumpEeprom()

　AquesTalk pico LSIのEEPROM (アドレス0x000-0x3FF) の値をシリアルモニタに出力します。

(6) int WriteEeprom(int address, int data)

　AquesTalk pico LSIのEEPROMにデータを書き込みます。

(7) int WritePresetMsg(const char* msg[], int num_of_msg)

　AquesTalk pico LSIのEEPROMにプリセットメッセージを書き込みます。書き込みの様子をシリアルモニタに出力します。

(8) int WriteSpeed(int speed)

　発話速度をEEPROMに設定します。50～300を設定できます。デフォルトは100です。

(9) int WritePause(int pause)

　文末ポーズの長さをEEPROMに設定します。256～65535を設定できます。65535を設定すると自動になります。デフォルトは65535です。

(10) int WriteSerialSpeed(int serial_speed)

　AquesTalk pico LSI (ATP3012) のシリアル通信速度を書き換えます。デフォルトは9600です。

(11) int WriteI2cAddress(int i2c_address)

　AquesTalk pico LSIのI2Cアドレスを書き換えます。デフォルトは0x2Eです。

5.2 BF_AquesTalkPicoWire.h

　AquesTalk pico LSIとI2Cでインタフェースする派生クラスです。

int Begin(TwoWire &wire, int i2c_address = 0x2e);

　AquesTalk pico LSIを接続するI2CとI2Cアドレスを指定します。

5.3 BF_AquesTalkPicoSerial.h

　AquesTalk pico LSIとUARTでインタフェースする派生クラスです。

int Begin(Stream &stream);

　AquesTalk pico LSIを接続するUARTを指定します。

5.4 BF_AquesTalkPicoSpi.h

　AquesTalk pico LSIとSPIでインタフェースする派生クラスです。

int Begin(SPIClass &spi, int ss);

　AquesTalk pico LSIを接続するSPIとSSとして使用するGPIOを指定します。

6. 参考

Qiita: AquesTalk pico LSI を M5Stack の I2C, UART, SPI で動かす