Генерация звука на ассемблере и ATtiny2313

Помимо дисплеев, светодиодов и прочих средств вывода информации воспринимаемой глазами, микроконтроллеры также способны управлять устройствами вывода звука. Полноценный mp3 плеер сделать на таком простом микроконтроллере как ATtiny2313 будет не просто т.к. он имеет не много памяти (2кб flash памяти) для хранения звуковой информации. Для решения данной проблемы могут быть использованы дополнительные микросхемы памяти связанные с микроконтроллером по интерфейсу например SPI но при этом программисту придется заняться алгоритмами декодирования звука формата mp3 в импульсы на пинах микроконтроллера для вывода звука. Самый простой способ сделать звук используя микроконтроллер - это подключить к его пину маломощный пьезодинамик и подавать на этот пин прямоугольные импульсы. Звуки, при этом, будут обогащены высшими гармониками и простое добавление фильтра не решит проблему полностью т.к. звуки могут быть разных частот и также могут сильно отличаться друг от друга частотами. Однако простые сигналы или простые мелодии, как например в старых часах или игрушках, таким способом генерировать можно. Так можно сделать например сирену для радиоуправляемой игрушки. Ещё звуки в таком формате не занимают много места в памяти. Чтобы генерировать звук определенной частоты, на микроконтроллере, лучше использовать аппаратный таймер т.к. используя его проще рассчитать результат. В ATtiny3213 есть 8ми битный таймер и 16ти битный. Используя второй, без предделителя, можно создавать импульсы с частотой от примерно 7 Гц до примерно 500кГц. 7 Гц - это уже частота инфразвука который человеческая слуховая система не воспринимает а 500кГц - это частота которая намного больше верхнего порога слышимости, поэтому данный диапазон частот подходит и следовательно второй таймер подходит для генерации звука. Если используется таймер то с ним лучше использовать какое нибудь прерывание (т.к. с флагами в основном цикле работать не очень удобно). Можно использовать например прерывание по совпадению или прерывание по переполнению. В первом случае, таймер считает до определенного числа после чего происходит прерывание. Во втором случае таймеру устанавливается определенное число от которого он считает до переполнения после чего происходит прерывание по переполнению. В обработчике прерывания происходит установка нового (или опять старого) числа а также изменение напряжения на пине. Большой разницы в том какой способ использовать нет. Выберем второй т.к. он уже ранее рассматривался в статье https://electe.blogspot.com/2020/08/attiny2313.html. Чтобы генерировать звуки можно например использовать массив в котором будут частоты и длительности. Программа будет перебирать данный массив делать импульсы с определенной частотой определенное время после чего делать импульсы с другой частотой и продолжать это делать в течении другого промежутка времени и так пока массив не закончиться после чего либо повторить заново либо ждать например нажатия кнопки. Для начала можно реализовать циклическое повторение, проверить результат а потом переделать для генерации звука в ответ на какие либо события будет не трудно. Чтобы определить число от которого должен считать таймер для создания импульсов определенной частоты а также определить количество импульсов которое должен пропустить микроконтроллер для формирования задержки, для данного случая, можно использовать формулы:

Где val - число от которого должен считать таймер, delay_counter_max - количество импульсов которое надо пропустить чтобы получилась задержка delay в секундах. Т.к. таймер 16ти битный а микроконтроллер 8ми разрядный то для хранения val в микроконтроллере есть два регистра и следовательно это число надо разделять на две части. Лучше всего это сделать "снаружи" микроконтроллера (чтобы его не перегружать и можно было использовать более простые языки вроде питона или js на которых решить данную проблему проще чем на ассемблере) а массив в микроконтроллер записать в готовом виде. Для формирования такого массива можно использовать программу внизу данной статьи. В верхнее поле вводятся частоты через запятую а в нижнее длительности. После нажатия кнопки "play" проиграется звук и выведется массив а также колличество элементов в нем деленое на 3. Имея массив можно организовать его перебор, в обработчике прерывания, используя операторы условного перехода и пропуска команды и написать программу:

.INCLUDE "tn2313def_for_avra.inc" ; загрузка предопределений .CSEG ; начало сегмента кода .ORG 0x0000 RJMP reset ; перепрыгиваем таблицу векторов .ORG OVF1addr ; переполнение таймера/счетчика 1 RJMP t1_overflow reset: ;-- инициализация стека -- LDI R16, Low(RAMEND) ; записать в регистр R16 адрес конца ОЗУ OUT SPL, R16 ; записать в SPL значение из R16 ;-- инициализация таймера 1 -- LDI R16, 0b00000001 ; запуск, тактирование от цп деление на 1 OUT TCCR1B, R16 ;-- TIMSK - регистр масок прерывания по таймерам/счетчикам -- ;-- настройка прерывания по переполнению таймера 1 (для ATtiny2313!!!) -- LDI R16, 0b10000000 ; Разрешение прерывания по переполнению таймера 1 OUT TIMSK, R16 ; -- устанавливаем пин 0 порта D на вывод -- LDI R16, 0b00000001 ; поместим в регистр R16 число 1 (0x1) OUT DDRD, R16 ; загрузим значение из регистра R16 в DDRD ; -- запишем в специальные регистры адрес начала массива звука -- LDI ZL, LOW(sound*2) LDI ZH, HIGH(sound*2) ; -- инициализируем регистры -- LDI R17, 0 ; R17 инициализируем счетчик конца звука LDI R18, 0 ; R18 инициализируем счетчик задержки LDI R19, 119 ; R19 инициализируем LOW частоты LDI R20, 236 ; R20 инициализируем HIGH частоты LDI R21, 2 ; R21 инициализируем длительность SEI ; разрешить прерывания глобально ; -- основной цикл программы -- loop: RJMP loop t1_overflow: OUT TCNT1L, R19 ; записать от чего будет считать таймер OUT TCNT1H, R20 ; до переполнения (задать частоту звука) SBIS PIND, 0 ; пропустить следующую команду ; если на пине 0 порта D высокий уровень SBI PORTD, 0 ; подача на пин 0 порта D высокого уровня SBIC PIND, 0 ; пропустить следующую команду ; если на пине 0 порта D низкий уровень CBI PORTD, 0 ; подача на пин 0 порта D низкого уровня INC R18 ; увеличить значение счетчика задержки на 1 CPSE R18, R21 ; досчитал ли счетчик задержки до длительности частоты RETI ; вернуться из прерывания если не досчитал CLR R18 ; обнулить счетчик задержки ; установить новую частоту и длительность LPM R19, Z+ ; получить LOW частоты из массива и сделать постинкремент LPM R20, Z+ ; получить HIGH частоты из массива и сделать постинкремент LPM R21, Z+ ; получить длительность из массива и сделать постинкремент INC R17 ; увеличить значение счетчика конца звука на 1 CPI R17, 46 ; досчитал ли счетчик до 46(конца звука)? BRNE end ; вернуться из прерывания если не досчитал CLR R17 ; обнулить счетчик конца звука LDI ZL, LOW(sound*2) ; записать в регистры Z LDI ZH, HIGH(sound*2) ; адрес начала массива звука end: RETI ; вернуться из прерывания ; -- массив звука -- sound: .db 24,228,13,149,231,16,75,234,18,119,236,20 .db 61,238,22,184,239,24,248,240,26,11,242,27 .db 249,242,29,202,243,32,129,244,33,37,245,35 .db 183,245,38,59,246,40,178,246,41,30,247,44 .db 129,247,45,219,247,47,47,248,50,123,248,52 .db 195,248,53,5,249,56,66,249,57,124,249,60 .db 124,249,60,66,249,57,5,249,56,195,248,53 .db 123,248,52,47,248,50,219,247,47,129,247,45 .db 30,247,44,178,246,41,59,246,40,183,245,38 .db 37,245,35,129,244,33,202,243,32,249,242,29 .db 11,242,27,248,240,26,184,239,24,61,238,22 .db 119,236,20,75,234,18,149,231,16,24,228,13

Массив записывается в самом низу после директивы ".db". Eсли одной строки не хватает то на следующей строке, в начале, пишется ".db" (без кавычек) и продолжение массива. В строке 

CPI R17, 46

вместо 46 пишется число которое выдала программа внизу после массива. При этом надо помнить что у ATtiny2313 всего 2кб flash памяти а в регистр нельзя записать больше 255.

Видео по данной теме с тестом устройства:

Программа для генерации массива для генерации звука:

частоты через запятую->
длительности через запятую->

массив генерации звука:

delay_counter_max=

КАРТА БЛОГА (содержание)