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 int duty_place = 1;
  36 int duty_counter = 0;
  37
  38 double frequencies[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
  39 int volumes[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
  40 bool sliding = false;
  41
  42 int max = 0xFF;
  43 float sum = 0;
  44 int value = 128;
  45 float place = 0;
  46 float places[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
  47
  48 uint16_t place_int = 0;
  49 bool repeat = true;
  50 uint8_t * sample;
  51 uint16_t sample_length = 0;
  52
  53
  54 bool notes = false;
  55 bool note = false;
  56 float note_frequency = 0;
  57 float note_length = 0;
  58 uint16_t note_position = 0;
  59 float (* notes_pointer)[][2];
  60 uint8_t notes_length;
  61 bool notes_repeat;
  62 uint8_t current_note = 0;
  63
  64 audio_config_t audio_config;
  65
  66
  67 void audio_toggle(void) {
  68     audio_config.enable ^= 1;
  69     eeconfig_write_audio(audio_config.raw);
  70 }
  71
  72 void audio_on(void) {
  73     audio_config.enable = 1;
  74     eeconfig_write_audio(audio_config.raw);
  75 }
  76
  77 void audio_off(void) {
  78     audio_config.enable = 0;
  79     eeconfig_write_audio(audio_config.raw);
  80 }
  81
  82
  83 void stop_all_notes() {
  84     voices = 0;
  85     #ifdef PWM_AUDIO
  86         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
  87     #else
  88         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
  89         TCCR3A &= ~_BV(COM3A1);
  90     #endif
  91     notes = false;
  92     note = false;
  93     frequency = 0;
  94     volume = 0;
  95
  96     for (int i = 0; i < 8; i++) {
  97         frequencies[i] = 0;
  98         volumes[i] = 0;
  99     }
 100 }
 101
 102 void stop_note(double freq) {
 103     if (note) {
 104         #ifdef PWM_AUDIO
 105             freq = freq / SAMPLE_RATE;
 106         #endif
 107         for (int i = 7; i >= 0; i--) {
 108             if (frequencies[i] == freq) {
 109                 frequencies[i] = 0;
 110                 volumes[i] = 0;
 111                 for (int j = i; (j < 7); j++) {
 112                     frequencies[j] = frequencies[j+1];
 113                     frequencies[j+1] = 0;
 114                     volumes[j] = volumes[j+1];
 115                     volumes[j+1] = 0;
 116                 }
 117             }
 118         }
 119         voices--;
 120         if (voices < 0)
 121             voices = 0;
 122         if (voices == 0) {
 123             #ifdef PWM_AUDIO
 124                 TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 125             #else
 126                 TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 127                 TCCR3A &= ~_BV(COM3A1);
 128             #endif
 129             frequency = 0;
 130             volume = 0;
 131             note = false;
 132         } else {
 133             double freq = frequencies[voices - 1];
 134             int vol = volumes[voices - 1];
 135             double starting_f = frequency;
 136             if (frequency < freq) {
 137                 sliding = true;
 138                 for (double f = starting_f; f <= freq; f += ((freq - starting_f) / 2000.0)) {
 139                     frequency = f;
 140                 }
 141                 sliding = false;
 142             } else if (frequency > freq) {
 143                 sliding = true;
 144                 for (double f = starting_f; f >= freq; f -= ((starting_f - freq) / 2000.0)) {
 145                     frequency = f;
 146                 }
 147                 sliding = false;
 148             }
 149             frequency = freq;
 150             volume = vol;
 151         }
 152     }
 153 }
 154
 155 void init_notes() {
 156
 157     /* check signature */
 158     if (!eeconfig_is_enabled()) {
 159         eeconfig_init();
 160     }
 161     audio_config.raw = eeconfig_read_audio();
 162
 163     #ifdef PWM_AUDIO
 164         PLLFRQ = _BV(PDIV2);
 165         PLLCSR = _BV(PLLE);
 166         while(!(PLLCSR & _BV(PLOCK)));
 167         PLLFRQ |= _BV(PLLTM0); /* PCK 48MHz */
 168
 169         /* Init a fast PWM on Timer4 */
 170         TCCR4A = _BV(COM4A0) | _BV(PWM4A); /* Clear OC4A on Compare Match */
 171         TCCR4B = _BV(CS40); /* No prescaling => f = PCK/256 = 187500Hz */
 172         OCR4A = 0;
 173
 174         /* Enable the OC4A output */
 175         DDRC |= _BV(PORTC6);
 176
 177         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A); // Turn off 3A interputs
 178
 179         TCCR3A = 0x0; // Options not needed
 180         TCCR3B = _BV(CS31) | _BV(CS30) | _BV(WGM32); // 64th prescaling and CTC
 181         OCR3A = SAMPLE_DIVIDER - 1; // Correct count/compare, related to sample playback
 182     #else
 183         DDRC |= _BV(PORTC6);
 184
 185         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A); // Turn off 3A interputs
 186
 187         TCCR3A = (0 << COM3A1) | (0 << COM3A0) | (1 << WGM31) | (0 << WGM30);
 188         TCCR3B = (1 << WGM33) | (1 << WGM32) | (0 << CS32) | (1 << CS31) | (0 << CS30);
 189     #endif
 190 }
 191
 192
 193 ISR(TIMER3_COMPA_vect) {
 194     if (note) {
 195         #ifdef PWM_AUDIO
 196             if (voices == 1) {
 197                 // SINE
 198                 OCR4A = pgm_read_byte(&sinewave[(uint16_t)place]) >> 2;
 199
 200                 // SQUARE
 201                 // if (((int)place) >= 1024){
 202                 //     OCR4A = 0xFF >> 2;
 203                 // } else {
 204                 //     OCR4A = 0x00;
 205                 // }
 206
 207                 // SAWTOOTH
 208                 // OCR4A = (int)place / 4;
 209
 210                 // TRIANGLE
 211                 // if (((int)place) >= 1024) {
 212                 //     OCR4A = (int)place / 2;
 213                 // } else {
 214                 //     OCR4A = 2048 - (int)place / 2;
 215                 // }
 216
 217                 place += frequency;
 218
 219                 if (place >= SINE_LENGTH)
 220                     place -= SINE_LENGTH;
 221
 222             } else {
 223                 int sum = 0;
 224                 for (int i = 0; i < voices; i++) {
 225                     // SINE
 226                     sum += pgm_read_byte(&sinewave[(uint16_t)places[i]]) >> 2;
 227
 228                     // SQUARE
 229                     // if (((int)places[i]) >= 1024){
 230                     //     sum += 0xFF >> 2;
 231                     // } else {
 232                     //     sum += 0x00;
 233                     // }
 234
 235                     places[i] += frequencies[i];
 236
 237                     if (places[i] >= SINE_LENGTH)
 238                         places[i] -= SINE_LENGTH;
 239                 }
 240                 OCR4A = sum;
 241             }
 242         #else
 243             if (frequency > 0) {
 244                 // ICR3 = (int)(((double)F_CPU) / frequency); // Set max to the period
 245                 // OCR3A = (int)(((double)F_CPU) / frequency) >> 1; // Set compare to half the period
 246                 voice_place %= voices;
 247                 if (place > (frequencies[voice_place] / 500)) {
 248                     voice_place = (voice_place + 1) % voices;
 249                     place = 0.0;
 250                 }
 251                 ICR3 = (int)(((double)F_CPU) / frequencies[voice_place]); // Set max to the period
 252                 OCR3A = (int)(((double)F_CPU) / frequencies[voice_place]) >> 1 * duty_place; // Set compare to half the period
 253                 place++;
 254                 // if (duty_counter > (frequencies[voice_place] / 500)) {
 255                 //     duty_place = (duty_place % 3) + 1;
 256                 //     duty_counter = 0;
 257                 // }
 258                 // duty_counter++;
 259             }
 260         #endif
 261     }
 262
 263     // SAMPLE
 264     // OCR4A = pgm_read_byte(&sample[(uint16_t)place_int]);
 265
 266     // place_int++;
 267
 268     // if (place_int >= sample_length)
 269     //     if (repeat)
 270     //         place_int -= sample_length;
 271     //     else
 272     //         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 273
 274
 275     if (notes) {
 276         #ifdef PWM_AUDIO
 277             OCR4A = pgm_read_byte(&sinewave[(uint16_t)place]) >> 0;
 278
 279             place += note_frequency;
 280             if (place >= SINE_LENGTH)
 281                 place -= SINE_LENGTH;
 282         #else
 283             if (note_frequency > 0) {
 284                 ICR3 = (int)(((double)F_CPU) / note_frequency); // Set max to the period
 285                 OCR3A = (int)(((double)F_CPU) / note_frequency) >> 1; // Set compare to half the period
 286             } else {
 287                 ICR3 = 0;
 288                 OCR3A = 0;
 289             }
 290         #endif
 291
 292
 293         note_position++;
 294         bool end_of_note = false;
 295         if (ICR3 > 0)
 296             end_of_note = (note_position >= (note_length / ICR3 * 0xFFFF));
 297         else
 298             end_of_note = (note_position >= (note_length * 0x7FF));
 299         if (end_of_note) {
 300             current_note++;
 301             if (current_note >= notes_length) {
 302                 if (notes_repeat) {
 303                     current_note = 0;
 304                 } else {
 305                     #ifdef PWM_AUDIO
 306                         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 307                     #else
 308                         TIMSK3 &= ~_BV(OCIE3A);
 309                         TCCR3A &= ~_BV(COM3A1);
 310                     #endif
 311                     notes = false;
 312                     return;
 313                 }
 314             }
 315             #ifdef PWM_AUDIO
 316                 note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0] / SAMPLE_RATE;
 317                 note_length = (*notes_pointer)[current_note][1];
 318             #else
 319                 note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0];
 320                 note_length = (*notes_pointer)[current_note][1] / 4;
 321             #endif
 322             note_position = 0;
 323         }
 324
 325     }
 326
 327     if (!audio_config.enable) {
 328         notes = false;
 329         note = false;
 330     }
 331 }
 332
 333 void play_notes(float (*np)[][2], uint8_t n_length, bool n_repeat) {
 334
 335 if (audio_config.enable) {
 336
 337     if (note)
 338         stop_all_notes();
 339     notes = true;
 340
 341     notes_pointer = np;
 342     notes_length = n_length;
 343     notes_repeat = n_repeat;
 344
 345     place = 0;
 346     current_note = 0;
 347     #ifdef PWM_AUDIO
 348         note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0] / SAMPLE_RATE;
 349         note_length = (*notes_pointer)[current_note][1];
 350     #else
 351         note_frequency = (*notes_pointer)[current_note][0];
 352         note_length = (*notes_pointer)[current_note][1] / 4;
 353     #endif
 354     note_position = 0;
 355
 356
 357     #ifdef PWM_AUDIO
 358         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 359     #else
 360         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 361         TCCR3A |= _BV(COM3A1);
 362     #endif
 363 }
 364
 365 }
 366
 367 void play_sample(uint8_t * s, uint16_t l, bool r) {
 368
 369 if (audio_config.enable) {
 370
 371     stop_all_notes();
 372     place_int = 0;
 373     sample = s;
 374     sample_length = l;
 375     repeat = r;
 376
 377     #ifdef PWM_AUDIO
 378         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 379     #else
 380     #endif
 381
 382 }
 383
 384 }
 385
 386 void play_note(double freq, int vol) {
 387
 388 if (audio_config.enable && voices < 8) {
 389
 390     if (notes)
 391         stop_all_notes();
 392     note = true;
 393     #ifdef PWM_AUDIO
 394         freq = freq / SAMPLE_RATE;
 395     #endif
 396     if (freq > 0) {
 397         if (frequency != 0) {
 398             double starting_f = frequency;
 399             if (frequency < freq) {
 400                 for (double f = starting_f; f <= freq; f += ((freq - starting_f) / 2000.0)) {
 401                     frequency = f;
 402                 }
 403             } else if (frequency > freq) {
 404                 for (double f = starting_f; f >= freq; f -= ((starting_f - freq) / 2000.0)) {
 405                     frequency = f;
 406                 }
 407             }
 408         }
 409         frequency = freq;
 410         volume = vol;
 411
 412         frequencies[voices] = frequency;
 413         volumes[voices] = volume;
 414         voices++;
 415     }
 416
 417     #ifdef PWM_AUDIO
 418         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 419     #else
 420         TIMSK3 |= _BV(OCIE3A);
 421         TCCR3A |= _BV(COM3A1);
 422     #endif
 423
 424 }
 425
 426 }