ギタコン試作2 - DTXMania Wiki - DTXMania

Outline

1. 試作1の問題点一覧
2. 最初のキーアサイン時の動作異常を改善する
3. 反応が悪いのを改善する
4. チャタリングを改善する
5. まとめ
6. ご参考

ギタコンの自作 試作2

ギタコン試作1で出たいくつかの問題を修正します。 (ギタコン作成のための環境構築が既に終わっているので、ここから先は楽ちんです)

試作1の問題点一覧

1. 最初のキーアサイン時に、なぜかLEFTが自動設定されて、上入力が入りっぱなしになる
2. 反応が悪い(反応が遅い)
3. チャタリングする
4. ボタン(スイッチ)が小さすぎて、使いにくい (これは試作3で対応します)
5. ボタンが足らない (これも試作3で対応します)
6. ピックをスティックにしたい (これも試作3で対応します)
7. 配線が操作の邪魔 (試作4で対応します)
8. コントローラーを動かしてのwailingができない (試作4で対応します)
9. 筐体が無い (試作5で対応します)

ここでは、1～3について改善をしていきます。

最初のキーアサイン時の動作異常を改善する

「最初のキーアサイン時に、なぜかLEFTが自動設定されて、上入力が入りっぱなしになる」現象について。 これが発生する理由は、Joystick Libraryの仕様上、軸入力(X,Y,Z)が全部(中央値ではなく)0で初期化されるためです。 X軸の入力における0は左を、Y軸の入力における0は上を意味するため、 キーアサインの変更を始めた瞬間にまずX軸入力(0=左)が取り込まれてLEFTがアサインされ、 その後Y軸入力(0=上)に反応して上が入り続けます。

# 左も入りっぱなしになっていますが、キーアサインの画面で左を入力しても意味がない

この現象は、Joystick Libraryに「軸入力は使わない」ことを(Joysick_クラスのコンストラクタで)宣言することで、発生させなくすることができます。

具体的には、以下のようにします。

JoystickButton.ino のスケッチを開いて、14行目あたりを

Joystick_ Joystick();

から

Joystick_ Joystick(
  JOYSTICK_DEFAULT_REPORT_ID, JOYSTICK_TYPE_GAMEPAD,
  4, 0,                 // Buttons, Hat Switch Count ボタンの数を4から6に増やす
  false, false, false,  // X,Y,Z Axis
  false, false, false,  // Rx, Ry, Rz Axis
  false, false,         // rudder, throttle
  false, false, false   // accelerator, break, steering
);

に変更します。 これで、「ボタンを4つ使い、それ以外の軸入力は使わないジョイパッド」として動作するようになるため、 先の問題は発生しなくなります。

スケッチを修正したら、「検証」と「マイコンボードに書き込む」ことをお忘れなく。

また、このスケッチはこれまでとは別のファイル名で「名前を付けて保存」しておくのが良いです。 (これからの試作でこのスケッチをどんどん修正していくので、サンプルファイルとは別のファイルとして保存しておくべきです)

なお、一度スケッチをArduino Microに書き込んでしまうと、以後はCOMポートがPCに認識されなくなり、 書き込みに失敗するようになります。そのため、書き込みのタイミング(マイコンボードに書き込んでいます、と表示されたタイミング)でAruduino Microのリセットボタンを2連打してください。 するとしばらくの間だけCOMポートがPCに認識され、書き込みができるようになります。 ただ、この時にCOMポートの番号が以前と変わるようですので、一度リセットボタンを2連打してポート番号を確認してから 「ツール」 - 「シリアルポート」 を設定し直して、そのあとでもう1度リセットボタンを2連打して、書き込みを実行するとよいでしょう。

反応が悪いのを改善する

試作1のギタコンを使ってみてすぐにわかることは、ボタンの反応が悪いこと。

こうなる理由は簡単で、Arduino Microでのボタンのスキャン間隔が50msになっていることです。 (3フレーム描画する毎に1回、ボタンの入力をチェックしているような状態)

これも、スケッチの修正で対応できます。先ほど使ったスケッチを開いて、最後にある

  delay(50);

を、

  delay(1);

にします。これで、1ms毎にボタンがスキャンされるようになりました。簡単ですね。

チャタリングを改善する

チャタリングとは、簡単に言うと、ごく短時間の間にスイッチのON/OFFが連続して入ってしまう現象のことを指します。

具体的には・・・例えばスイッチを押してONにしたときの動作を考えてください。 金属の接点がつながって電流が流れるようになりスイッチがONになる・・・のですが、 このスイッチがつながる瞬間に、物理的に金属が振動して、ごく短い時間(数ms～数十ms)の間だけ、ONとOFFが数回切り替わってしまうのです。 人間はこの切り変わりが速すぎて気づきませんが、コンピュータはこの変化を検出して、コントローラーの入力としてのON/OFFを切り替えてしまいます。

ここまでの説明でお分かりかと思いますが、チャタリングが (入力がシビアな音ゲーで使う) ギタコンで発生するのは、致命的ですよね。

理想的なスイッチの動作。スイッチをONにした瞬間に、その状態が反映される。

現実のスイッチの動作。スイッチをONにした後しばらくの間、状態がふらつく。

# ちなみに、試作1で使ったタクトスイッチの場合、この振動時間は最大5msとのことです。(同タクトスイッチの仕様書より。)

さて、それでは、この問題をどのように解決すればよいのでしょうか。

ソフトウェアでの解決策と、ハードウェアでの解決策があります。

ソフトウェアでの解決策は、「ボタンの状態が切り替わったら、以後数msの間は、万が一状態変化があっても無視する」ようにすることです。 これはArduino Micro側でスケッチを修正して対策してもよいし、DTXMania本体のソースコードを修正して対策してもよいです。

チャタリングの改善例。スイッチをONにした後しばらくの間、状態変化をわざと無視する。

以下、Arduino Micro側のスケッチでチャタリング対策をした例を挙げます。具体的には、あるボタンの状態が変化したら(OFF→ONになったなど)、10msの間は状態を変化させないようにしています。(私はどう頑張っても20msより速くボタンを連打することができませんでした。そのため、その半分の10msで閾値を設定しておけば大丈夫かなと思いました。まる。)

(中略)

// Last state of the button
int lastButtonState[4] = {0,0,0,0};
unsigned long lastButtonChangedTime[4] = {0,0,0,0};

void loop() {

  // Read pin values
  for (int index = 0; index < 4; index++)
  {
    int currentButtonState = !digitalRead(index + pinToButtonMap);
    if (currentButtonState != lastButtonState[index])
    {
      unsigned long t = millis();

      if (t > lastButtonChangedTime[index] + 10)
      {
        Joystick.setButton(index, currentButtonState);
        lastButtonState[index] = currentButtonState;
        lastButtonChangedTime[index] = t;
      }
    }
  }

  delay(1);
}

なお、ハードウェアでの解決策は・・・RSフリップフロップ回路の追加やシュミットトリガ回路や・・・なんですが、「簡単さを最優先にしてギタコンを作る」というコンセプトから外れるため、ここでは説明を省略します。

なお、通常よく使われるチャタリング対策は、「ON/OFFの状態が安定するまで待つ」というものです。この場合、安定するまでの時間が入力遅延となります。一般的な用途では数十ms程度の入力遅延が許容されることが多いため、その方法で問題が出ないのですが、ギタコンでのチャタリング対策としては当然ながら使えません。ご注意ください。(例えば、「ハードウェアでの解決策」の例で挙げた「シュミットトリガ回路」は、遅延が発生します)

一般的なチャタリングの改善例。入力遅延を許容する前提での方法。

まとめ

試作2では、以下の改善を行いました。

1. 最初のキーアサイン時に、なぜかLEFTが自動設定されて、上入力が入りっぱなしになる問題を修正
2. 反応が悪い(反応が遅い) 問題を修正
3. チャタリングする問題を修正。

試作2のスケッチ全体をダウンロードできるようにしました。ご活用ください。 gtcon-03_.zip

ご参考

チャタリングについては、この辺やこの辺が参考になりました。