quantum/audio.c

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <string.h>
   3 #include <math.h>
   4 #include <avr/pgmspace.h>
   5 #include <avr/interrupt.h>
   6 #include <avr/io.h>
   7
   8 #include "audio.h"
   9 #include "keymap_common.h"
  10
  11 #define PI 3.14159265
  12
  13 // #define PWM_AUDIO
  14
  15 #ifdef PWM_AUDIO
  16     #include "wave.h"
  17     #define SAMPLE_DIVIDER 39
  18     #define SAMPLE_RATE (2000000.0/SAMPLE_DIVIDER/2048)
  19     // Resistor value of 1/ (2 * PI * 10nF * (2000000 hertz / SAMPLE_DIVIDER / 10)) for 10nF cap
  20 #endif
  21
  22 void delay_us(int count) {
  23   while(count--) {
  24     _delay_us(1);
  25   }
  26 }
  27
  28 int voices = 0;
  29 int voice_place = 0;
  30 double frequency = 0;
  31 int volume = 0;
  32 long position = 0;
  33
  34 double frequencies[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
  35 int volumes[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
  36 bool sliding = false;
  37
  38 int max = 0xFF;
  39 float sum = 0;
  40 int value = 128;
  41 float place = 0;
  42 float places[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
  43
  44 uint16_t place_int = 0;
  45 bool repeat = true;
  46 uint8_t * sample;
  47 uint16_t sample_length = 0;
  48
  49
  50 bool notes = false;
  51 bool note = false;
  52 float note_frequency = 0;
  53 float note_length = 0;
  54 uint16_t note_position = 0;
  55 float (* notes_pointer)[][2];
  56 uint8_t notes_length;
  57 bool notes_repeat;
  58 uint8_t current_note = 0;
  59
  60 void stop_all_notes() {
  61     voices = 0;
  62     #ifdef PWM_AUDIO
  63         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
  64     #else
  65         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
  66         TCCR3A &= ~_BV(COM3A1);
  67     #endif
  68     notes = false;
  69     note = false;
  70     frequency = 0;
  71     volume = 0;
  72
  73     for (int i = 0; i < 8; i++) {
  74         frequencies[i] = 0;
  75         volumes[i] = 0;
  76     }
  77 }
  78
  79 void stop_note(double freq) {
  80     #ifdef PWM_AUDIO
  81         freq = freq / SAMPLE_RATE;
  82     #endif
  83     for (int i = 7; i >= 0; i--) {
  84         if (frequencies[i] == freq) {
  85             frequencies[i] = 0;
  86             volumes[i] = 0;
  87             for (int j = i; (j < 7); j++) {
  88                 frequencies[j] = frequencies[j+1];
  89                 frequencies[j+1] = 0;
  90                 volumes[j] = volumes[j+1];
  91                 volumes[j+1] = 0;
  92             }
  93         }
  94     }
  95     voices--;
  96     if (voices < 0)
  97         voices = 0;
  98     if (voices == 0) {
  99         #ifdef PWM_AUDIO
 100             TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 101         #else
 102             TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 103             TCCR3A &= ~_BV(COM3A1);
 104         #endif
 105         frequency = 0;
 106         volume = 0;
 107         note = false;
 108     } else {
 109         double freq = frequencies[voices - 1];
 110         int vol = volumes[voices - 1];
 111         double starting_f = frequency;
 112         if (frequency < freq) {
 113             sliding = true;
 114             for (double f = starting_f; f <= freq; f += ((freq - starting_f) / 2000.0)) {
 115                 frequency = f;
 116             }
 117             sliding = false;
 118         } else if (frequency > freq) {
 119             sliding = true;
 120             for (double f = starting_f; f >= freq; f -= ((starting_f - freq) / 2000.0)) {
 121                 frequency = f;
 122             }
 123             sliding = false;
 124         }
 125         frequency = freq;
 126         volume = vol;
 127     }
 128 }
 129
 130 void init_notes() {
 131
 132     #ifdef PWM_AUDIO
 133         PLLFRQ = _BV(PDIV2);
 134         PLLCSR = _BV(PLLE);
 135         while(!(PLLCSR & _BV(PLOCK)));
 136         PLLFRQ |= _BV(PLLTM0); /* PCK 48MHz */
 137
 138         /* Init a fast PWM on Timer4 */
 139         TCCR4A = _BV(COM4A0) | _BV(PWM4A); /* Clear OC4A on Compare Match */
 140         TCCR4B = _BV(CS40); /* No prescaling => f = PCK/256 = 187500Hz */
 141         OCR4A = 0;
 142
 143         /* Enable the OC4A output */
 144         DDRC |= _BV(PORTC6);
 145
 146         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A); // Turn off 3A interputs
 147
 148         TCCR3A = 0x0; // Options not needed
 149         TCCR3B = _BV(CS31) | _BV(CS30) | _BV(WGM32); // 64th prescaling and CTC
 150         OCR3A = SAMPLE_DIVIDER - 1; // Correct count/compare, related to sample playback
 151     #else
 152         DDRC |= _BV(PORTC6);
 153
 154         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A); // Turn off 3A interputs
 155
 156         TCCR3A = (0 << COM3A1) | (0 << COM3A0) | (1 << WGM31) | (0 << WGM30);
 157         TCCR3B = (1 << WGM33) | (1 << WGM32) | (0 << CS32) | (1 << CS31) | (0 << CS30);
 158     #endif
 159 }
 160
 161
 162 ISR(TIMER3_COMPA_vect) {
 163
 164     if (note) {
 165         #ifdef PWM_AUDIO
 166             if (voices == 1) {
 167                 // SINE
 168                 OCR4A = pgm_read_byte(&sinewave[(uint16_t)place]) >> 2;
 169
 170                 // SQUARE
 171                 // if (((int)place) >= 1024){
 172                 //     OCR4A = 0xFF >> 2;
 173                 // } else {
 174                 //     OCR4A = 0x00;
 175                 // }
 176
 177                 // SAWTOOTH
 178                 // OCR4A = (int)place / 4;
 179
 180                 // TRIANGLE
 181                 // if (((int)place) >= 1024) {
 182                 //     OCR4A = (int)place / 2;
 183                 // } else {
 184                 //     OCR4A = 2048 - (int)place / 2;
 185                 // }
 186
 187                 place += frequency;
 188
 189                 if (place >= SINE_LENGTH)
 190                     place -= SINE_LENGTH;
 191
 192             } else {
 193                 int sum = 0;
 194                 for (int i = 0; i < voices; i++) {
 195                     // SINE
 196                     sum += pgm_read_byte(&sinewave[(uint16_t)places[i]]) >> 2;
 197
 198                     // SQUARE
 199                     // if (((int)places[i]) >= 1024){
 200                     //     sum += 0xFF >> 2;
 201                     // } else {
 202                     //     sum += 0x00;
 203                     // }
 204
 205                     places[i] += frequencies[i];
 206
 207                     if (places[i] >= SINE_LENGTH)
 208                         places[i] -= SINE_LENGTH;
 209                 }
 210                 OCR4A = sum;
 211             }
 212         #else
 213             if (frequency > 0) {
 214                 // ICR3 = (int)(((double)F_CPU) / frequency); // Set max to the period
 215                 // OCR3A = (int)(((double)F_CPU) / frequency) >> 1; // Set compare to half the period
 216                 if (place > 10) {
 217                     voice_place = (voice_place + 1) % voices;
 218                     place = 0.0;
 219                 }
 220                 ICR3 = (int)(((double)F_CPU) / frequencies[voice_place]); // Set max to the period
 221                 OCR3A = (int)(((double)F_CPU) / frequencies[voice_place]) >> 1; // Set compare to half the period
 222                 place++;
 223             }
 224         #endif
 225     }
 226
 227     // SAMPLE
 228     // OCR4A = pgm_read_byte(&sample[(uint16_t)place_int]);
 229
 230     // place_int++;
 231
 232     // if (place_int >= sample_length)
 233     //     if (repeat)
 234     //         place_int -= sample_length;
 235     //     else
 236     //         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 237
 238
 239     if (notes) {
 240         #ifdef PWM_AUDIO
 241             OCR4A = pgm_read_byte(&sinewave[(uint16_t)place]) >> 0;
 242
 243             place += note_frequency;
 244             if (place >= SINE_LENGTH)
 245                 place -= SINE_LENGTH;
 246         #else
 247             if (note_frequency > 0) {
 248                 ICR3 = (int)(((double)F_CPU) / note_frequency); // Set max to the period
 249                 OCR3A = (int)(((double)F_CPU) / note_frequency) >> 1; // Set compare to half the period
 250             }
 251         #endif
 252
 253
 254         note_position++;
 255         if (note_position >= note_length) {
 256             current_note++;
 257             if (current_note >= notes_length) {
 258                 if (notes_repeat) {
 259                     current_note = 0;
 260                 } else {
 261                     #ifdef PWM_AUDIO
 262                         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 263                     #else
 264                         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 265                         TCCR3A &= ~_BV(COM3A1);
 266                     #endif
 267                     notes = false;
 268                     return;
 269                 }
 270             }
 271             #ifdef PWM_AUDIO
 272                 note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0] / SAMPLE_RATE;
 273                 note_length = (*notes_pointer)[current_note][1];
 274             #else
 275                 note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0];
 276                 note_length = (*notes_pointer)[current_note][1] / 4;
 277             #endif
 278             note_position = 0;
 279         }
 280
 281     }
 282
 283 }
 284
 285 void play_notes(float (*np)[][2], uint8_t n_length, bool n_repeat) {
 286     if (note)
 287         stop_all_notes();
 288     notes = true;
 289
 290     notes_pointer = np;
 291     notes_length = n_length;
 292     notes_repeat = n_repeat;
 293
 294     place = 0;
 295     current_note = 0;
 296     #ifdef PWM_AUDIO
 297         note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0] / SAMPLE_RATE;
 298         note_length = (*notes_pointer)[current_note][1];
 299     #else
 300         note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0];
 301         note_length = (*notes_pointer)[current_note][1] / 4;
 302     #endif
 303     note_position = 0;
 304
 305
 306     #ifdef PWM_AUDIO
 307         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 308     #else
 309         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 310         TCCR3A |= _BV(COM3A1);
 311     #endif
 312 }
 313
 314 void play_sample(uint8_t * s, uint16_t l, bool r) {
 315     stop_all_notes();
 316     place_int = 0;
 317     sample = s;
 318     sample_length = l;
 319     repeat = r;
 320
 321     #ifdef PWM_AUDIO
 322         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 323     #else
 324     #endif
 325 }
 326
 327 void play_note(double freq, int vol) {
 328     if (notes)
 329         stop_all_notes();
 330     note = true;
 331     #ifdef PWM_AUDIO
 332         freq = freq / SAMPLE_RATE;
 333     #endif
 334     if (freq > 0) {
 335         if (frequency != 0) {
 336             double starting_f = frequency;
 337             if (frequency < freq) {
 338                 for (double f = starting_f; f <= freq; f += ((freq - starting_f) / 2000.0)) {
 339                     frequency = f;
 340                 }
 341             } else if (frequency > freq) {
 342                 for (double f = starting_f; f >= freq; f -= ((starting_f - freq) / 2000.0)) {
 343                     frequency = f;
 344                 }
 345             }
 346         }
 347         frequency = freq;
 348         volume = vol;
 349
 350         frequencies[voices] = frequency;
 351         volumes[voices] = volume;
 352         voices++;
 353     }
 354
 355     #ifdef PWM_AUDIO
 356         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 357     #else
 358         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 359         TCCR3A |= _BV(COM3A1);
 360     #endif
 361
 362 }