【にわかAVマニアの計測】Arduino Nanoでオーディオサンプリング周波数を測定できるか？

Rapsberry piにAK4495を接続しようとしています．

そのためには以前こちらに書いたとおり、BCLKからMCLKを生成する回路が必要です．

【にわかAVマニアの準備】Rapsberry pi＋AK4495のオーディオ再生システムを準備中

そのためにはMCLKがBCLKの何倍の周波数になってりゃ良いのかを知る必要があります．

XMOS DDCでLRCK,BCLK,MCLK周波数を実測したところ、下表の結果を得ました．MCLK倍率が２，４，８とケースバイケースであるというめんどくさい結果でした．BCLK→MCLKするには、オーディオサンプリング周波数であるところのLRCK周波数を測定し、MCLK倍率を切り替えてやらなければなりません．げろげろ

XMOS208
fs[kHz]	bit	LRCK[kHz]	BCLK[MHz]	MCLK[MHz]	MCLK/BCLK
192.0	24	192	12.2884	24.5768	2
96.0	24	96	6.14421	24.5768	4
48.0	24	48	3.0721	24.5768	8
44.1	24	44.1	2.82249	22.5799	8
192.0	16	192	12.2884	24.5768	2
176.4	16	176.4	11.2899	22.5799	2
96.0	16	96	6.1442	24.5768	4
88.2	16	88.2	5.64499	22.5799	4
48.0	16	48	3.0721	24.5768	8
44.1	16	44.1	2.82249	22.5799	8

そんな事情で、Arduino Nanoを利用してLRCK周波数を測定したくなりました．要するにArduino Nanoで周波数カウンタを作りたい．外付け回路は一切なしでやりたい．Arduino Nano CPU であるATmega328Pが内蔵するタイマだけを使って周波数カウンタを作りたい．

目標仕様は、
・LRCK周波数： 44.1kHz,48kHz,96kHz,192kHz,384kHz ぐらいのバラエティ
・LRCKをArduino Nanoのどこかのpinに入力する
・PCとArduino NanoをUSB接続し、COM portにLRCK周波数が逐次表示される
・Arduino Nanoに外付け回路は無し

ATmega328Pのdatasheetは、こんな日本語版が存在するんだから便利でいいわ．

どうやるか？
datasheetによると、ATmega328Pにはタイマが３つ載っています．
 TC0  8bit
 TC1  16bit
 TC2  8bit
これらを使えばたぶんできるでしょう．

妥当そうな実施例としては、タイマを２ヶ使うのが良さそう．
・TC2で100ms毎に割り込みさせる
・TC1をLRCKでカウントさせる
・TC2割り込み毎に、TC1の進み数を採取する ＝TCNT1
・周波数＝TCNT1 ÷ 100 [kHz]
・LRCK=384kHzだとしても、100mSに進むのは38.4k=38400 ＜ 65535なのでオーバーフローしないで済む

「TC2で100ms毎に割り込みさせる」については、MsTimer2というシンプルで判りやすいlibraryがあり、それを使えばあっさり解決します．

TC1の制御については既製libraryを使わずにレジスタを直叩きします．

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ほいだば実装の様子を．

TC1の外部clock入力ピンはどこか？  → D5でぇす
D5にTTLレベルのLRCKを入力します．

ソースコードはこちらに置きました．

↓動作状況の写真．有効数字の３桁目は怪しいもんです．割り込みの遅延とかのせいでやられちゃってるんでしょう．それでもサンプリング周波数の44.1kHzと48kHzを識別できるぐらいには使えそうなのでよしとします．

ソースコードを説明します．Arduino Nanoでしか動作確認してません．

TC2を動かすlibraryです．
#include <MsTimer2.h>

蛇足ですがLEDチカチカも実装しときます．
const int led_pin = LED_BUILTIN;
boolean led = HIGH;

これはTC1のカウンタ値を読んで格納する変数なのですが、これがglobal変数であることは必須です．auto変数にすると値が死んでしまいます．
unsigned int tcnt1;  // LRCK counter, must be gloval variable

TC2の100mSec割り込みルーチン
void isr_TC2()
{
  float fs; // sampling freq. in kHz
  
  digitalWrite(led_pin, led);   LEDチカチカを行う
  led = !led;

TC1の処理．TCNT1が16bitカウンタそのものです．読んで100分の一すればkHz換算できます．
  tcnt1 = TCNT1; // counter value
  fs = tcnt1 / 100; // in kHz
  TCNT1 = 0;  // clear TC1

COM portへfs測定値を出力
  Serial.print("Fs: ");
  Serial.print(fs);
  Serial.print(" kHz\n");
}

お馴染みの初期化ルーチン
void setup()
{
  Serial.begin(115200);  // start serial for output
  pinMode(led_pin, OUTPUT);

TC1の初期化は最低限この２つでよかよか．他はreset valueで放置．
  TCCR1A = 0; // must be done
  TCCR1B = 7;  // start TC1, count LRCK

TC2割り込みの設定．100ms割り込みと、isr_TC2()への紐付け
  MsTimer2::set(100, isr_TC2); // interrupt ms period
TC2動作開始
  MsTimer2::start();
}

void loop()
{
}

今日の取り組みはここまでといたします．

かしこ