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 #include "eeconfig.h"
  12
  13 #define PI 3.14159265
  14
  15 // #define PWM_AUDIO
  16
  17 #ifdef PWM_AUDIO
  18     #include "wave.h"
  19     #define SAMPLE_DIVIDER 39
  20     #define SAMPLE_RATE (2000000.0/SAMPLE_DIVIDER/2048)
  21     // Resistor value of 1/ (2 * PI * 10nF * (2000000 hertz / SAMPLE_DIVIDER / 10)) for 10nF cap
  22 #endif
  23
  24 void delay_us(int count) {
  25   while(count--) {
  26     _delay_us(1);
  27   }
  28 }
  29
  30 int voices = 0;
  31 int voice_place = 0;
  32 double frequency = 0;
  33 int volume = 0;
  34 long position = 0;
  35
  36 double frequencies[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
  37 int volumes[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
  38 bool sliding = false;
  39
  40 int max = 0xFF;
  41 float sum = 0;
  42 int value = 128;
  43 float place = 0;
  44 float places[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
  45
  46 uint16_t place_int = 0;
  47 bool repeat = true;
  48 uint8_t * sample;
  49 uint16_t sample_length = 0;
  50
  51
  52 bool notes = false;
  53 bool note = false;
  54 float note_frequency = 0;
  55 float note_length = 0;
  56 uint16_t note_position = 0;
  57 float (* notes_pointer)[][2];
  58 uint8_t notes_length;
  59 bool notes_repeat;
  60 uint8_t current_note = 0;
  61
  62 audio_config_t audio_config;
  63
  64
  65 void audio_toggle(void) {
  66     audio_config.enable ^= 1;
  67     eeconfig_write_audio(audio_config.raw);
  68 }
  69
  70 void audio_on(void) {
  71     audio_config.enable = 1;
  72     eeconfig_write_audio(audio_config.raw);
  73 }
  74
  75 void audio_off(void) {
  76     audio_config.enable = 0;
  77     eeconfig_write_audio(audio_config.raw);
  78 }
  79
  80
  81 void stop_all_notes() {
  82     voices = 0;
  83     #ifdef PWM_AUDIO
  84         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
  85     #else
  86         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
  87         TCCR3A &= ~_BV(COM3A1);
  88     #endif
  89     notes = false;
  90     note = false;
  91     frequency = 0;
  92     volume = 0;
  93
  94     for (int i = 0; i < 8; i++) {
  95         frequencies[i] = 0;
  96         volumes[i] = 0;
  97     }
  98 }
  99
 100 void stop_note(double freq) {
 101     #ifdef PWM_AUDIO
 102         freq = freq / SAMPLE_RATE;
 103     #endif
 104     for (int i = 7; i >= 0; i--) {
 105         if (frequencies[i] == freq) {
 106             frequencies[i] = 0;
 107             volumes[i] = 0;
 108             for (int j = i; (j < 7); j++) {
 109                 frequencies[j] = frequencies[j+1];
 110                 frequencies[j+1] = 0;
 111                 volumes[j] = volumes[j+1];
 112                 volumes[j+1] = 0;
 113             }
 114         }
 115     }
 116     voices--;
 117     if (voices < 0)
 118         voices = 0;
 119     if (voices == 0) {
 120         #ifdef PWM_AUDIO
 121             TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 122         #else
 123             TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 124             TCCR3A &= ~_BV(COM3A1);
 125         #endif
 126         frequency = 0;
 127         volume = 0;
 128         note = false;
 129     } else {
 130         double freq = frequencies[voices - 1];
 131         int vol = volumes[voices - 1];
 132         double starting_f = frequency;
 133         if (frequency < freq) {
 134             sliding = true;
 135             for (double f = starting_f; f <= freq; f += ((freq - starting_f) / 2000.0)) {
 136                 frequency = f;
 137             }
 138             sliding = false;
 139         } else if (frequency > freq) {
 140             sliding = true;
 141             for (double f = starting_f; f >= freq; f -= ((starting_f - freq) / 2000.0)) {
 142                 frequency = f;
 143             }
 144             sliding = false;
 145         }
 146         frequency = freq;
 147         volume = vol;
 148     }
 149 }
 150
 151 void init_notes() {
 152
 153     /* check signature */
 154     if (!eeconfig_is_enabled()) {
 155         eeconfig_init();
 156     }
 157     audio_config.raw = eeconfig_read_audio();
 158
 159     #ifdef PWM_AUDIO
 160         PLLFRQ = _BV(PDIV2);
 161         PLLCSR = _BV(PLLE);
 162         while(!(PLLCSR & _BV(PLOCK)));
 163         PLLFRQ |= _BV(PLLTM0); /* PCK 48MHz */
 164
 165         /* Init a fast PWM on Timer4 */
 166         TCCR4A = _BV(COM4A0) | _BV(PWM4A); /* Clear OC4A on Compare Match */
 167         TCCR4B = _BV(CS40); /* No prescaling => f = PCK/256 = 187500Hz */
 168         OCR4A = 0;
 169
 170         /* Enable the OC4A output */
 171         DDRC |= _BV(PORTC6);
 172
 173         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A); // Turn off 3A interputs
 174
 175         TCCR3A = 0x0; // Options not needed
 176         TCCR3B = _BV(CS31) | _BV(CS30) | _BV(WGM32); // 64th prescaling and CTC
 177         OCR3A = SAMPLE_DIVIDER - 1; // Correct count/compare, related to sample playback
 178     #else
 179         DDRC |= _BV(PORTC6);
 180
 181         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A); // Turn off 3A interputs
 182
 183         TCCR3A = (0 << COM3A1) | (0 << COM3A0) | (1 << WGM31) | (0 << WGM30);
 184         TCCR3B = (1 << WGM33) | (1 << WGM32) | (0 << CS32) | (1 << CS31) | (0 << CS30);
 185     #endif
 186 }
 187
 188
 189 ISR(TIMER3_COMPA_vect) {
 190     if (note) {
 191         #ifdef PWM_AUDIO
 192             if (voices == 1) {
 193                 // SINE
 194                 OCR4A = pgm_read_byte(&sinewave[(uint16_t)place]) >> 2;
 195
 196                 // SQUARE
 197                 // if (((int)place) >= 1024){
 198                 //     OCR4A = 0xFF >> 2;
 199                 // } else {
 200                 //     OCR4A = 0x00;
 201                 // }
 202
 203                 // SAWTOOTH
 204                 // OCR4A = (int)place / 4;
 205
 206                 // TRIANGLE
 207                 // if (((int)place) >= 1024) {
 208                 //     OCR4A = (int)place / 2;
 209                 // } else {
 210                 //     OCR4A = 2048 - (int)place / 2;
 211                 // }
 212
 213                 place += frequency;
 214
 215                 if (place >= SINE_LENGTH)
 216                     place -= SINE_LENGTH;
 217
 218             } else {
 219                 int sum = 0;
 220                 for (int i = 0; i < voices; i++) {
 221                     // SINE
 222                     sum += pgm_read_byte(&sinewave[(uint16_t)places[i]]) >> 2;
 223
 224                     // SQUARE
 225                     // if (((int)places[i]) >= 1024){
 226                     //     sum += 0xFF >> 2;
 227                     // } else {
 228                     //     sum += 0x00;
 229                     // }
 230
 231                     places[i] += frequencies[i];
 232
 233                     if (places[i] >= SINE_LENGTH)
 234                         places[i] -= SINE_LENGTH;
 235                 }
 236                 OCR4A = sum;
 237             }
 238         #else
 239             if (frequency > 0) {
 240                 // ICR3 = (int)(((double)F_CPU) / frequency); // Set max to the period
 241                 // OCR3A = (int)(((double)F_CPU) / frequency) >> 1; // Set compare to half the period
 242                 if (place > 10) {
 243                     voice_place = (voice_place + 1) % voices;
 244                     place = 0.0;
 245                 }
 246                 ICR3 = (int)(((double)F_CPU) / frequencies[voice_place]); // Set max to the period
 247                 OCR3A = (int)(((double)F_CPU) / frequencies[voice_place]) >> 1; // Set compare to half the period
 248                 place++;
 249             }
 250         #endif
 251     }
 252
 253     // SAMPLE
 254     // OCR4A = pgm_read_byte(&sample[(uint16_t)place_int]);
 255
 256     // place_int++;
 257
 258     // if (place_int >= sample_length)
 259     //     if (repeat)
 260     //         place_int -= sample_length;
 261     //     else
 262     //         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 263
 264
 265     if (notes) {
 266         #ifdef PWM_AUDIO
 267             OCR4A = pgm_read_byte(&sinewave[(uint16_t)place]) >> 0;
 268
 269             place += note_frequency;
 270             if (place >= SINE_LENGTH)
 271                 place -= SINE_LENGTH;
 272         #else
 273             if (note_frequency > 0) {
 274                 ICR3 = (int)(((double)F_CPU) / note_frequency); // Set max to the period
 275                 OCR3A = (int)(((double)F_CPU) / note_frequency) >> 1; // Set compare to half the period
 276             } else {
 277                 ICR3 = 0;
 278                 OCR3A = 0;
 279             }
 280         #endif
 281
 282
 283         note_position++;
 284         bool end_of_note = false;
 285         if (ICR3 > 0)
 286             end_of_note = (note_position >= (note_length / ICR3 * 0xFFFF));
 287         else
 288             end_of_note = (note_position >= (note_length * 0x7FF));
 289         if (end_of_note) {
 290             current_note++;
 291             if (current_note >= notes_length) {
 292                 if (notes_repeat) {
 293                     current_note = 0;
 294                 } else {
 295                     #ifdef PWM_AUDIO
 296                         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 297                     #else
 298                         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 299                         TCCR3A &= ~_BV(COM3A1);
 300                     #endif
 301                     notes = false;
 302                     return;
 303                 }
 304             }
 305             #ifdef PWM_AUDIO
 306                 note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0] / SAMPLE_RATE;
 307                 note_length = (*notes_pointer)[current_note][1];
 308             #else
 309                 note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0];
 310                 note_length = (*notes_pointer)[current_note][1] / 4;
 311             #endif
 312             note_position = 0;
 313         }
 314
 315     }
 316
 317     if (!audio_config.enable) {
 318         notes = false;
 319         note = false;
 320     }
 321 }
 322
 323 void play_notes(float (*np)[][2], uint8_t n_length, bool n_repeat) {
 324
 325 if (audio_config.enable) {
 326
 327     if (note)
 328         stop_all_notes();
 329     notes = true;
 330
 331     notes_pointer = np;
 332     notes_length = n_length;
 333     notes_repeat = n_repeat;
 334
 335     place = 0;
 336     current_note = 0;
 337     #ifdef PWM_AUDIO
 338         note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0] / SAMPLE_RATE;
 339         note_length = (*notes_pointer)[current_note][1];
 340     #else
 341         note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0];
 342         note_length = (*notes_pointer)[current_note][1] / 4;
 343     #endif
 344     note_position = 0;
 345
 346
 347     #ifdef PWM_AUDIO
 348         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 349     #else
 350         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 351         TCCR3A |= _BV(COM3A1);
 352     #endif
 353 }
 354
 355 }
 356
 357 void play_sample(uint8_t * s, uint16_t l, bool r) {
 358
 359 if (audio_config.enable) {
 360
 361     stop_all_notes();
 362     place_int = 0;
 363     sample = s;
 364     sample_length = l;
 365     repeat = r;
 366
 367     #ifdef PWM_AUDIO
 368         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 369     #else
 370     #endif
 371
 372 }
 373
 374 }
 375
 376 void play_note(double freq, int vol) {
 377
 378 if (audio_config.enable) {
 379
 380     if (notes)
 381         stop_all_notes();
 382     note = true;
 383     #ifdef PWM_AUDIO
 384         freq = freq / SAMPLE_RATE;
 385     #endif
 386     if (freq > 0) {
 387         if (frequency != 0) {
 388             double starting_f = frequency;
 389             if (frequency < freq) {
 390                 for (double f = starting_f; f <= freq; f += ((freq - starting_f) / 2000.0)) {
 391                     frequency = f;
 392                 }
 393             } else if (frequency > freq) {
 394                 for (double f = starting_f; f >= freq; f -= ((starting_f - freq) / 2000.0)) {
 395                     frequency = f;
 396                 }
 397             }
 398         }
 399         frequency = freq;
 400         volume = vol;
 401
 402         frequencies[voices] = frequency;
 403         volumes[voices] = volume;
 404         voices++;
 405     }
 406
 407     #ifdef PWM_AUDIO
 408         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 409     #else
 410         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 411         TCCR3A |= _BV(COM3A1);
 412     #endif
 413
 414 }
 415
 416 }