PIC16F18313の基本動作から応用プログラムまでを学びます。
PWM を使用してオルゴール調の音色で曲を演奏します。 ４音同時に演奏するため迫力のある音を楽しめます。 ただし、圧電スピーカーでは、良い音になりません。外部スピーカアンプに簡単なアッテネーターとローパスフィルターを取り付けると深みのある音が聞こえてきます。このプログラムは、P16F18325の同じ機能のプログラムをP16F18313用に変更したものです。
＊Note＊
このプログラムで使用する楽譜データは、 [オルゴールデーター作成 Windows アプリ] を利用して、作ることができます。
オルゴール プログラム B03_Orgel_18313.zip |
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＜プログラム＞ main.c
/* File: main.c 20211215
* gakufu は、16 bit 単位
* パート１は、最初にテンポ(1分間に演奏する四分音符の数）が記録さる。
* その他のパートは そのパートの音量（0-127）が記録さる。
* パート１の音量は常に最大（１２７）
* それ以降は音符 MSB 8 bitが音の高さ。 半音単位で、中央のドが 60(0x3C)
* LSB 7 bitが音の長さ
* 二分音符：10、 四分音符：08、 八分音符：04、 十六分音符：02
* 付点二分音符：18、付点四分音符：0C、付点八分音符：06、付点十六分音符：03
* | 7 6 5 4 3 2 1 0| 7 6 5 4 3 2 1 0 |
* | 高さ | | 長さ |
*
* Language: MPLABX XC8 v2.32
* PIC16F18313
*/
// 音が減衰する程度 指定値(ms)で1/16減少
#define EnvelopeConst 50
// 音符と音符の間の無音時間(ms)
#define SilentTime 30
#include <xc.h>
#include "gakufu.h"
#define _XTAL_FREQ 32000000
#define SW RA5 // PushSWは、RA5
#define SPK LATA2 // スピーカは、RA2
#define LED LATA4 // LEDは、 RA4
#define TRIS_SW TRISA5 // 上記ポートのTRIS
#define TRIS_SPK TRISA2 //
#define TRIS_LED TRISA4 //
#define p1 0 // Part1（主旋律）の略称
#define p2 1 // Part2 の略称
#define p3 2 // Part3 の略称
#define p4 3 // Part4 の略称
#define waitStart 0 // ステート制御用の名称
#define getGakufu 1 // 同上
#define getOnpu 2 // 同上
#define onpuStart 3 // 同上
#define onpuPlay 4 // 同上
#define onpuLast 5 // 同上
#define onpuEnd 6 // 同上
#define gkfEnd 7 // 同上
#pragma config FEXTOSC = OFF,RSTOSC = HFINT32 // HFINTOSC (32MHz)
#pragma config CLKOUTEN = OFF,CSWEN = OFF,FCMEN = OFF
#pragma config MCLRE = ON,PWRTE = OFF,WDTE = OFF,LPBOREN = OFF
#pragma config BOREN = OFF,BORV = LOW,PPS1WAY = OFF,STVREN = ON
#pragma config DEBUG = OFF
#pragma config WRT = OFF,LVP = ON,CP = OFF,CPD = OFF
// 音の高さを決める定数 for 32MHz Fosc PWM Freq 15.625kHz
const unsigned int dW_tbl[] = {
// Do, Do#, Re, Re#, Mi, Fa, Fa#, So, So#, Ra, Ra#, Si,
0,0x112,0x122,0x133,0x146,0x159,0x16E,0x183,0x19B,0x1B3,0x1CD,0x1E8,0x205, //12
0x224,0x245,0x267,0x28C,0x2B3,0x2DC,0x307,0x336,0x366,0x39A,0x3D1,0x40B,
0x449,0x48A,0x4CF,0x518,0x566,0x5B8,0x60F,0x66C,0x6CD,0x735,0x7A3,0x817,
0x892,0x915,0x99F,0xA31,0xACD,0xB71,0xC1F,0xCD8,0xD9B,0xE6A,0xF46,0x102E,
0x1125,0x122A,0x133E,0x1463,0x159A,0x16E3,0x183F,0x19B0,0x1B37,0x1CD5,0x1E8C,0x205D,
0x224A,0x2454,0x267D,0x28C7,0x2B34,0x2DC6,0x307E,0x3361,0x366F,0x39AB,0x3D19,0x40BB
}; // 0x892(index 37) が中心のド(60 0x3E) ,0xD9B はラ (440Hz)
unsigned int accWave[] = {0,0,0,0}; // 周波数決定用の積算値
unsigned int incWave[] = {0,0,0,0}; // 周波数決定用の加算値
unsigned char amp[] = {0,0,0,0}; // 現在の音量
unsigned char wave[] = {0,0,0,0}; // 現在の波高 (1 or 0)
char SWdown=0; // SW 押下フラグ
char TmpCnt; // テンポ時間カウント
char SltCnt; // 消音時間カウント
unsigned char tempo; // 16分音符の時間 ms
char TmpFlg[] = {0,0,0,0}; // テンポ フラグ
char SltFlg[] = {0,0,0,0}; // 消音 フラグ
char EnvCnt[] = {1,1,1,1}; // 振幅調整時間カウント
// プロトタイプ
void SWcheck(void);
void EnvelopeCnt(char);
void TempoCnt(void);
void SilentCnt(void);
void Control(char);
unsigned int ReadOnp(char,unsigned int);
void main(void) {
char pt;
ANSELA = 0; // Port A 全てデジタルIO
TRIS_SPK = 0; // SPK 音声出力
SPK = 0; // SPK 出力「0]
TRIS_LED = 0; // LED RC2 出力
LED = 0; // LED 消灯
TRIS_SW = 1; // SW 入力
WPUA5 = 1; // SW 入弱プルアップ 有効
// Timer1 の設定 ------------------------------------
T1CON = 0b00000001; // Fosc/4 ps 1/1 TMR1ON
TMR1 = 0xE100; // +7936 (0.992ms) で Carry
TMR1IF = 0; // Timer1フラグクリア
// Timer2 の設定 ------------------------------------
T2CON = 0b00000100; // PreS 1/1 PostS 1/1
PR2 = 0x7F; // 繰返し周波数 15.625KHz X 4
TMR2IF = 0; // Timer2フラグクリア
TMR2IE = 1; // Timer2割込み有効
// PWM5 設定---------------------------------
PWM5CON = 0; // 正論理出力
PWM5DCH = 0; // ヂューティは、後ほど設定
PWM5DCL = 0; // ヂューティの下位2bitは使用しない
RA2PPS = 2; // RA2にPWM5を出力
PEIE = 1; // ペリフェラル割込み有効
GIE = 1; // 割込み有効
while(1){
if(TMR1IF){ // 1ms毎に TimeUp
TMR1H = 0xE1; // 次の 1ms を設定
TMR1IF = 0; // TimeUp flag クリア
SWcheck(); // SW ONの確認
EnvelopeCnt(p1); // 振幅調整 50ms
EnvelopeCnt(p2); // 振幅調整 50ms
EnvelopeCnt(p3); // 振幅調整 50ms
EnvelopeCnt(p4); // 振幅調整 50ms
TempoCnt(); // テンポ調整
SilentCnt(); // 無音時間
}
Control(p1); // Part1 出力制御
Control(p2); // Part2 出力制御
Control(p3); // Part3 出力制御
Control(p4); // Part4 出力制御
} // while
}
// 割込み処置 --------------------------------------------
void __interrupt() isr(void){ // xc8 ver 2.xx 用
static char ch;
if(TMR2IF){ // Timer2 割込みを確認
TMR2IF = 0; // Timer2 フラグ リセット
ch++; // 出力するPart番号を進める
ch &= 3; // 番号は0〜3まで
accWave[ch] += incWave[ch]; // part繰返し波形更新
if(STATUSbits.CARRY)wave[ch] ^= 1; // キャリが出れば反転
if(wave[ch])PWM5DCH = amp[ch]; // 波形 Hi ならamp
else PWM5DCH = 0; // 波形 Low ならゼロを
} // 次サイクルで出力される
}
//------- SWチャタリング防止 1msループ内 ----------------
void SWcheck(void){
static char SWnotRdy = 10; // SWupの確認待ち初期化
if(SWnotRdy){ // SWupの確認中なら
if(SW)SWnotRdy--; // SWupの確認をー１
else SWnotRdy = 10; // SWupの確認初期値
}else if(!SW){ // SWupの確認済みでDownなら
SWdown = 1; // SWが押されたマーク
SWnotRdy = 10; // SWupの確認待ちに
}
}
//------- 振幅調整 50ms -----------------------------------
void EnvelopeCnt(char pt){
if(EnvCnt[pt]-- == 1){
EnvCnt[pt] = EnvelopeConst; // 50ms毎に
amp[pt] = (int)amp[pt] * 15/16; // 音量を -6% する
}
}
//------- テンポ調整 -----------------------------------
void TempoCnt(void){
if(TmpCnt-- == 1){
TmpCnt = tempo; // テンポ毎に
TmpFlg[p1] = 1; // テンポフラグをセット
TmpFlg[p2] = 1;
TmpFlg[p3] = 1;
TmpFlg[p4] = 1;
}
}
//------- 無音時間 -----------------------------------
void SilentCnt(void){
if(SltCnt-- == 1){ // 消音時間になれば
SltFlg[p1] = 1; // 消音フラグをセット
SltFlg[p2] = 1;
SltFlg[p3] = 1;
SltFlg[p4] = 1;
}
}
//------- 主制御 -----------------------------------
void Control(char pt){
static char state[] = {0,0,0,0};
static unsigned int pOnp[] = {0,0,0,0}; // 音符位置
static unsigned char iAmp[4]; // パートの音量
static unsigned char tPlay[4]; // 演奏長さ
static unsigned int incNext[4]; // 次音符周期
static unsigned char ampNext[4]; // 次音符音量
unsigned int Onp; // 音符
char i;
//---------------------------------------------------------
switch(state[pt]){
case waitStart: // ====== 演奏開始待ち ======
if(SWdown){ // SW 押されるのを待つ
if(pt == p1){ // Part1だけ処理
SWdown=0; // SW 処理済み明示
state[p1] = getGakufu; // 演奏開始
}
}
break;
case getGakufu: // ====== 楽譜の設定 ======
if(p1gkf[pOnp[p1]]==0xFFFF){ // 楽譜終端なら
pOnp[p1] = 0; // 全パートの楽譜を
pOnp[p2] = 0; // 先頭にリセット
pOnp[p3] = 0;
pOnp[p4] = 0;
}
tempo = 7500/p1gkf[pOnp[p1]]; // 楽譜のテンポ取得
TmpCnt = tempo; // テンポセット
PWM5EN = 1; // PWM5 ON
TMR2ON = 1; // Timer2 ON
for(i=0;i<=3;i++){ // 全パートの
iAmp[i] = ReadOnp(i, pOnp[i]++); // 音量取得
TmpFlg[i] = 0; // テンポフラグりセット
state[i] = getOnpu; // 音符設定へ
}
iAmp[p1] = 0x7F; // Part1 音量は常に最大
break;
case getOnpu: // ====== 音符の設定 ======
Onp = ReadOnp(pt, pOnp[pt]++); // 該当楽譜から音符取得
if(Onp == 0xFFFF){ // Partの終りなら
state[pt] = gkfEnd; // 曲終了処理へ
break;
}
tPlay[pt] = Onp & 0x7F; // 下位8ビットの演奏時間に変換
Onp = Onp >> 8; // 上位8ビットの音の高さを取り出す
if((Onp>23)&(Onp<96)){ // 音符なら
incNext[pt] = dW_tbl[Onp - 23]; // 音高を繰返し時間に変換
ampNext[pt] = iAmp[pt]; // 最大音量
}else{ // 休符なら
incNext[pt] = 0; // 繰返し なし
ampNext[pt] = 0; // 音量OFF
}
state[pt] = onpuStart; // 音符演奏開始へ
break;
case onpuStart: // ====== 音符の演奏開始 ======
if(TmpFlg[pt]){ // テンポを待って
TmpFlg[pt] = 0; // 音符の演奏情報を更新
incWave[pt] = incNext[pt]; // 繰返し単位セット
accWave[pt] = 0; // 波形繰返しリセット
wave[pt] = 0; // 波形 OFF
EnvCnt[pt] = EnvelopeConst; // 音量減衰タイマリセット
amp[pt] = ampNext[pt]; // 音量セット
if(pt==p1){ // 主パートの
if(amp[0])LED=1; // 音符ならLED点灯
else LED=0; // 休符ならLED消灯
}
state[pt] = onpuPlay; // 音符演奏継続へ
}
break;
case onpuPlay: // ====== 音符の演奏継続 ======
if(TmpFlg[pt]){ // テンポを待って
TmpFlg[pt] = 0; // テンポフラグリセット
if(tPlay[pt]-- == 2) // 音符の演奏終了なら
state[pt] = onpuLast; // 音符の無音設定へ
if(SWdown){ // SWが押されれば
state[p1] = gkfEnd; // 曲の終了処理へ
SWdown=0; // SW 処理済み明示
}
}
break;
case onpuLast: // ====== 音符の無音時間設定 ======
if(pt==p1)LED = 0; // LED OFF
SltCnt = tempo - SilentTime; // 無音時間をセット
SltFlg[pt] = 0; // 無音フラグをリセット
state[pt] = onpuEnd; // 音符の時間終了へ
break;
case onpuEnd: // ====== 音符の演奏終了 ======
if(SltFlg[pt]){ // 演奏終時間を待つ
amp[pt] = 0; // 音量OFF
state[pt] = getOnpu; // 次の音符取得へ
}
break;
case gkfEnd: // ====== 楽譜の演奏終了 ======
if(pt == p1){ // Part 1 終了なら
LED = 0; // LED消灯
PWM5EN = 0; // PWM OFF
TMR2ON = 0; // Timer2 OFF
for(i=0;i<=3;i++){ // 全Partともに
pOnp[i]--; // 曲終了まで進め
while(ReadOnp(i, pOnp[i]++) != 0xFFFF);
state[i] = waitStart; // 演奏開始待ちに
}
}else{ // Part 1 以外なら
amp[pt] = 0; // 該当音量OFF
incWave[pt] = 0; // 繰返し単位 ０
state[pt] = waitStart; // 次曲演奏待ちへ
}
break;
}
}
// 指定 part の楽譜から指定 index の音符取得
unsigned int ReadOnp(char part, unsigned int index){
switch(part){
case p1:return p1gkf[index];
case p2:return p2gkf[index];
case p3:return p3gkf[index];
case p4:return p4gkf[index];
}
return 0;
}