Комментарии 71
Класс! Отличная статья, всё очень хорошо описано!

Все это конечно замечательно. НО зачем?


Цена, размер корпуса да и потребление в этом режиме 32-х битных контроллеров практически те же что и на ATMega.


Почему все так упорно пользуются древними ATMega?

ATMega, да и вообще все AVR, обладают огромным преимуществом перед 32-битными МК в плане обучения и легкости вхождения в работу с ними. Сколько всего надо прописать в исходник чтоб заставить хотя бы помигать светодиодом на каком-нибудь STM32? И сравнить это с аналогичным решением на AVR.
Ну а те кому перестанет хватать мощности ATMega, с полученным багажом знаний уже можно переходить на STM32 и иже с ними.
Сколько всего надо прописать в исходник чтоб заставить хотя бы помигать светодиодом на каком-нибудь STM32?

Немного… (инициализация шаблонно). Если через напрямую в стиле "записать в порт" то практически столько же как на AT DDRD |= _BV(PD0); PORTD &= ~_BV(PD0);
(что не очень хороший стиль. ибо код не переносим может оказаться)


За то проблемы "остается немного времени на анимацию на дисплее" не беспокоят.


#define DBG_LED_PIN GPIO_Pin_13
#define DBG_LED_PORT GPIOC
.....
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DBG_LED_PIN; GPIO_Init(DBG_LED_PORT, &GPIO_InitStructure);
.....
//GPIO_SetBits(DBG_LED_PORT, DBG_LED_PIN); GPIO_ResetBits(DBG_LED_PORT, DBG_LED_PIN);
        if ( flip ) {
            DBG_LED_PORT->BSRR = DBG_LED_PIN; 
        } else {
            DBG_LED_PORT->BRR = DBG_LED_PIN;
        }

И да. "Наверно, с них начинает почти любой embedded разработчик." не совсем правильное утверждение. Если, конечно, под "embedded разработчик" не понимать "я тут светодиодом помигал".


Документация от STM ничем не сложнее чем от Atmel.

Ну, как бы не совсем так. Сначала надо раскочегарить ядро, выставить всяческие делители клоков, включить PLL, подождать пока он стабилизируется, подать клоки на периферию, а уж потооооом… можно ногами шевелить

Это шаблонный код, кочующий из проект в проект. И не так что бы сложный для понимания.
Если не интересует потребление, то можно вообще все модули включить.


Чем мне не нравится Arduino как концепция… Кто то дернул чью то библиотеку (зачастую корявую и на оптимизированную) и все. Эмбедет разработчик в резюме.

Зато проверять датчики просто, купил arduino nano, купил нужный датчик, скачал либу и за 10 минут он уже работает.
Не устроил датчик, много времени не потерял.
Устроил датчик, применил в своей схеме, либу портировал с ардиуно или свою написал.
Тут больше всего преимущество в ардуино и менеджере библиотек.
Подключить почти любой датчик или экран к ардуино не проблема в течении 15 минут, тогда как на STM32 с SPL или HAL надо искать пример в гугл и ещё адаптировать его под себя…
Справедливости ради, у ti есть несколько ланчпэдов, в том числе и с 32битными чипами, поддерживаемые Ардуино-подобной ИДЕшкой Energia.
а менеджер библиотек в ней есть? библиотеки от ардуино подходят?
Может, но для STM32 надо самому шить загрузчик или пользоваться для заливки STlink, что не очень удобно. И проблемы с несовместимостью библиотек.

Для esp8266 вполне норм ардуино.

Для esp32 по моему лучше всё такие юзать нормальную freertos. Но дело вкуса конечно)

1) Скачать и установить CubeMX
2) Скачать на выбор одну из IDE, которую этот CubeMX умеет.
3) В CubeMX установить (в один клик почти) поддержку желаемого семейства камней.
4) В красивом и безобразно простом GUI интерфейсе выставить какие пины используем.
5) Настроить тактирование (или забить на это, всёравно оно будет настроено), кем и откуда, ну и ввести частоту — куб всё сам сделает
6) Нажать кнопочку Generate
7) Откроется IDE, в которой в цикл while(1) написать что-то типа
HAL_GPIO_TogglePin(MYLED_Port, MYLED_Pin);
HAL_Delay(500);

8) Настроить программатор (тут от IDE зависит) — тоже пара кликов.
9) Нажать кнопочку «Собери мне это и запусти»
10) Насладиться мигающим светодиодом.
Гугл мне в ответ приводит 100500 уроков/библиотек/тем на форумах и т.п. Не вижу принципиально никаких отличий от AVR. Если мы приплетаем ардуину(чур меня!), то оная зараза и на STM32 есть.
то оная зараза и на STM32 есть.

Есть, только либы не все подходят

Не вижу принципиально никаких отличий от AVR.

Принципиальная разница в наличии менеджера библиотек
Если честно я атмелы знаю плохо, а стм32 довольно хорошо (были проекты от f0, f1… до f7, h7)

я не знаю, что такое Atmel ASF

Но если есть платка ардуино нано(например), то я допустим могу потестить в течении очень короткого времени какие то SPI/I2C дисплеи, датчики температуры/влажности/давления/расстояние/освещения.

То есть код не надо писать вообще, скачивается ардуино иде, скачивается библиотека, выбирается платка ардуино нано и подключается девайс к ардуинке. Всё

Ну разве это не прикольно?

А в стм32 пока с шиной i2c разберёшься, пройдёт год
ASF — это атмеловские либы в Atmel Studio, включаются в проект примерно также, как и в STM32 HAL-е, только в STM это идёт через CubeMX, а у атмела уже в IDE.

С STM32 и их i2c я крупный гемор поимел только один раз — на F103-ей какая-то версия куба ставила включение тактирования в конец инициализации, а не в начало, благодаря чему вылез глюк вида «дотронулся щупом/пальцем при включении — работает, не дотронулся — линия притянута к нулю и не работает».
Вариант «быстренько накидать готовых либ» я не люблю — там бывает очень много не просто индусского кода, а индусского говнокода. Да и когда я мучал множество i2c барахла, то как правило портирование ардуиновской библиотеки особо много времени не занимало.
только в STM это идёт через CubeMX, а у атмела уже в IDE.

Ну не, я про менеджер библиотек. CubeMX это не то
В иде можно поиск сделать, по названию датчика. Сразу установить и пользоваться
Скрытый текст




Вариант «быстренько накидать готовых либ» я не люблю — там бывает очень много не просто индусского кода, а индусского говнокода.

Да по фиг, я же его не в продакшн, а потестить

то как правило портирование ардуиновской библиотеки особо много времени не занимало.


Ну одно дело сидеть и портитовать, другое дело, включить и сразу посмотреть как работает. Может и портировать то не надо, а датчик хлам.
Ну не, я про менеджер библиотек. CubeMX это не то
В иде можно поиск сделать, по названию датчика. Сразу установить и пользоваться

А, понятно, прямо как ASF.
Может и портировать то не надо, а датчик хлам.

Впринципе тоже вариант, хотя можно в даташыт глянуть, чтобы вообще не покупать.
хотя можно в даташыт глянуть

Можно, но всегда хочется пощупать. Или выбрать лучший.
К тому же вдруг на stm32 не заводится, по непонятным причинам. Подключаем к ардуине и проверяем.

НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

Из вики:


Wavetable synthesis is fundamentally based on periodic reproduction of an arbitrary, single-cycle waveform.

По сути, тут периодическая функция — это не совсем функция, а как раз таблица значений амплитуды, 256 значений на период. А еще она работает не сама по себе, а в паре с функцией громкости от времени, которая тоже яавляется таблицей значений.
Возможно, существует более подходящий термин, но я его не знаю.

НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

Спасибо за комментарий. Возможно, стоит как-то переименовать заголовок, чтобы не смущать тех, кто в теме. Я старался упростить для тех, кто не в теме, и описал только то, что используется.

> фаза sustain требуется не всегда
она может формально присутствовать, но иметь нулевую продолжлительность
www.1bitsymphony.com

О чо вспомнил!
image

Весьма кстати интересный альбом с точки зрения минимализма.
Не чиптюн и прочие марио.
Жаль, что автор перестал продавать ассемблированый листинг с албомом и бинарник прошивки я так и не нашел
А то я хотел сделать его альбом в виде кирпича из эпоксидки с солнечной батарей, шоб жило веками. =)
Пару раз делал подобное, каждый раз расстраивало то, что ЦАП на ШИМ заметно свистит, причём не ожидаемая несущая, которую можно задавить ФНЧ, а разные высокие частоты в слышимом диапазоне в зависимости от проигрываемого звука (одиночных нот).

Для подавления щелчков делал такое простое решение: в момент выключения сэмпла запоминаем последнее выходное значение в переменную, которую добавляем к выводу, как ещё один канал, и плавно приводим её к 0 за короткое время. Если выход стерео, надо по переменной для каждого канала, а для моно хватит и одной на все каналы. То есть не фейдим продолжающий звучать сэмпл по честному (нужны умножения и больше каналов), а как бы компенсируем смещение нулевой амплитуды (нужно условие и декремент).

Решение со щелчками на поверхности, я его даже реализовывал, но оно все-таки просаживало производительность. В какой-то момент я делал рефакторинг кода и оно мешало, убрал. Обратно запиливать не стал. В планах все-таки попробовать плавно уменьшать громкость перед следующей нотой, но там пока не очень очевидно как это сделать хорошо.


По поводу PWM — да, проблема есть. Но в коде именно за вывод звука отвечает драйвер (каталог microsound/devices), можно что-то другое подключить. Covox, например, как советуют ниже.

Уменьшение громкости без увеличения полифонии я пробовал — на этапе препроцессинга уменьшал длительности слитных нот на пару кадров, и все ноты играли с коротким фейдом в конце. В принципе это помогает, но либо щелчки всё же проскакивают (недостаточное уменьшение длительности, затухание не всегда заканчивается), либо это начинает довольно заметно влиять на звучание, теряется атака и читаемость партий со слитными нотами, например непрерывного басового галопа или элементарного октавного шагающего баса. Но это лучше, чем щелчки, просто нужно учитывать при выборе/написании музыки.
Если посмотреть на существующие проекты, то они бывают нескольких типов:

вы забыли (сомневаюсь, что не знали) COVOX
image

Картинка не вставилась.
Но идея хороша, можете попробовать :)
Надо написать драйвер (каталог microsound/devices) и там просто выводить значение в порт.

Отличная статья, спасибо!

Однако к ATTINY-25/4585 можно подключить SD и через PWM вполне нормально играть WAV-ки с частотой до 32000 гц :)
При таблично-волновом синтезе есть проблема при использовании единственной таблицы так как при ускоренном проигрывании семплов из таблицы верхние гармоники могут подниматься в зону частот выше частоты Найквиста, поэтому возникает алиазинг. Используете ли вы одну волновую таблицу для всех частот или как-то решаете эту проблему? Используется ли интерполяция между значений соседних семплов?

Использую одну таблицу. Но можно сделать и несколько с той же производительностью. Когда начинает играть следующая нота, то вызывается функция инструмента и там можно выбрать необходимый массив в зависимости от заданой ноты.


Интерполяцию значений между семплами можно включить (директива INTERPOLATE_WAVE), но производительность падает. Решил просто использовать более длинную таблицу в 256 значений, а интерполяцию провести перед помещением данных в таблицу.

Понятно, спасибо ) Интересно было бы измерить уровень искажений в зависимости от того используется ли одна таблица или отдельная таблица для каждой ноты, применяется или не применяется интерполяция. Понятно что из-за ограничений на ресурсы AVR сложно воспроизвести сигнал совсем без искажений.

Проект на гитхабе, можете попробовать померять.
Укажите 3 канала вместо 5 и можно включить интерполяцию. Или использовать Arduino на 16МГц как самый простой вариант.


Как мне кажется, смысла хранить по таблице для каждой ноты нет. Можно попробовать хранить по таблице на октаву. В каждой следующей уменьшать количество гармоник вдвое путем выбрасывания половины сэмплов а потом интерполировать обратно до 256 сэмплов. Это как самый простой вариант.

Давайте рассмотрим такой случай. Допустим нужно воспроизвести сигнал с частотой f такой что количество гармоник ниже частоты Найквеста равно 100. Если хранить bandlimited таблицы на каждую октаву то получиться что в двух соседних таблицах будет 64 и 128 гармоник. Если выбрать первую таблицу то на выходе будет не хватать 36 верхних гармоник, если вторую, то верхние 28 будут вносить вклад в aliasing. Поэтому в идеальном случае нужна таблица на каждое количество гармоник попадающих в выходной сигнал. Если минимальная частота ноты 100 Гц, то при частоте дискретизации 44100 Гц, количество таблиц для квадратной волны будет 22050 / 100 = 220, что довольно много. И при уменьшении минимальной частоты количество будет расти как 1 / freq.
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

Не могу открыть ссылку на работе, но почему-то более чем уверен, что там Русь-28

А чем мелодии конвертировали/создавали, неужели ручками? Есть какие-то конверторы готовые из MIDI?

Одну мелодию, там где много инструментов, я брал из своего старого проекта. Помню, что накидал данные в csv (строки — такты, столбцы — команды, подобно трекерной музыке) и потом перегнал в команды простым самописным конвертором. Конвертор уже где-то потерялся, но его не особо сложно написать заново.
Вторую мелодию позаимствовал из проэкта музкальной шкатулки, в ссылках есть. Опять же, наколеночный конвертор, показывать стыдно.
Коротенькие уведомления писал руками и тестировал в wavepot.


Писать конвертор из midi нет желания и вряд ли получится. Слишком специфические инструменты, ограничение на количество каналов и дискретизацию по тактам. Я думаю, что проще из трекерной музыки (например mod) конвертировать, но и там будет специфика.

Можно и mod — это неважно, главное минимум ручной работы. :) А то сидеть перебивать ручками с нотного стана — не комильфо.
За статью спасибо.
Пытался делать нечто подобное, но без ШИМ-а аппаратного, чтобы не было привязки к ногам МК, упирается всё конечно в производительность.
На счет занимать МК ещё другими задачами — необязательно, особенно, если делать на Тиньках, можно считать данное решение как «музыкальный сопроцессор», синтезатор. :)
Знающие люди, подскажите…
Давно морочюсь идеей, сделать проигрыватель для винила из оптической мышки. В режиме сканера декодить изображение и получать из него звук. Куда копать?
Идея конечно интересная, но сенсор оптической мышки содержит не только камеру, но и DSP, который наружу выдаёт только дельту перемещения, а не сам снимок поверхности. Т.е. можно определить, в какую сторону вращается пластинка, но и только.
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
Интересно, не знал. Погуглил, всё равно очень много сомнений, что что-то получится. Чтение растра там реализовано в отладочных целях, читается один пиксель за кадр (324 кадра для чтения всей матрицы), и для канавки нужно разрешение порядка 0.015 мм (стандарт точки касания для иглы LP), а у сенсора размер пикселя непонятный (не пишут), но в штатной конструкции без дополнительных линз явно сильно больше.
Затея гиблая, можете почитать, как «хорошо» работали лазерные проигрыватели винила в 80ые и как для них приходилось вычищать пластинки.
В свете универсальности/легкости использования, есть уже реализованный проект играющий стандартные 4-х канальные MOD-ы на ATMega16@16MHz.
характеристики MOD Player for AVR 8-bit Atmega
Minimum requirements for hardware:
— MCU: ATmega AVR
— Fclk: 16 MHz
— Flash: 8kB
— SRAM: 1kB
— 2 x 8-bit counter/PWM
— 1 x 16-bit counter

Specifications for player routine:
— 4 channel 31 samples modules support
— volume setting 0-64 for each channel
— 2 stereo channels 8-bit PWM output
— software linear interpolation
— selectable output samplerate up to 48kHz
— most used effect commands supported

The basic idea was to create an all-in-one implementation
without use of external components. On-board PWM's are used
as DAC's, the module is kept in Program Flash.
Tha player is written in pure Assembler.
The current release includes conditional compilation
for ATmega16 and ATmega128 (those author has in presence),
but is also designed for very easy compilation for any other ATmega type.
Also, there is a technological clearance for use of external memory,
RS232 interface for communicational purposes etc.

The schematics for this project is very simple. You just power the chip, supply the 16MHz clock to it and have LEFT and RIGHT audio from 8-PWM's. All specific pin numbers depend on chip, that you selected.

Интересный проект, хотя мне не очень понятно как его можно использовать. Слишком уж сложно заставить микроконтроллер делать что-то еще помимо воспроизведения музыки.
К тому же, формат MOD слишком тяжелый для маленьких микроконтроллеров, хоть и намного более универсальный.
А вот если бы его на Arduino портировать, то могло бы быть вполне годно. Там и 32кб флеша и 16МГц кварц из коробки.

Интересно, но тут задачи совсем другие.
В том проекте задача эмулировать чип с определенными характеристиками и для этого выделяются отдельные чипы.
Я же хотел иметь возможность добавить звук в существующие проекты без существенного изменения схемы. А качество звука и количество каналов настраивать по остаточному принципу, в зависимости от того, сколько ресурсов останется.

И все таки посмотрите исходники эмулятора, вдруг чтото ценное для себя почерпнете.

А такой вопрос в чем проблема ATTiny? Ведь мы всё равно умножаем на число меньше 1 и затухание можно будет релиозовать путем вычитания сдвинутого регистром семпла.

Я не уверен, что правильно понял вопрос. Скорее всего, вы имеете в виду что-то типа:


outSample = instrumentSample — (instrumentSample >> n);

Так не получится, так как:


  1. При сдвиге вправо значение уменьшается в 2 раза, а мы можем хотеть иметь громкость, например, 87%.
  2. Если упростить, то один сдвиг соответствует умножению на число, у которого только один бит равен 1, а остальные 0. Если нужно иметь возможность вычислять сэмпл для любого значения громкости, то надо будет делать до 8 сдвигов и мы получим то же умножение, только медленное.
  3. И вообще, в AVR нет операции сдвига на произвольное количество битов. Можно только на 1 бит влево или на 1 бит вправо.
  4. Запоминать уменьшеное значение семпла для уменьшения его позже тоже не получится. Wave table находится в програмной памяти и доступна только для чтения. И ее нужно было бы пересчитывать всю. И хранить отдельно для каждого канала.
Да вы меня правильно поняли.

1.Громкость в 87% примерно равна 1 — 1/8 то есть 3 сдвига, да я правда тут не подумал над тем если у нас число будет меньше чем 1/8.

2.На счет 8 сдвигов как по мне слишком много уже при 4 сдвигах достигается точность в 6,25%, а так как число 8 битное больше делать думаю не будет иметь смысла ну 5 сдвигов ну 3,125%.

3.На счет этого не знал.
А так очень классная статья!!!

Да, выше о нем уже упомянули. Постараюсь посмотреть исходники когда будет время.

А можно ли в atmega328p (Arduino Uno), ~30кБайт кода засунуть wav с голосом? Хотя бы 1-2 секунды?
Конечно можно. В зависимости от качества можно и больше, секунд 5-15.
Если пришпандорить SDCard то можно гоооораздо больше (несжатый WAV моно 11кГц 8 бит)
Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.