ソフトウェアからハードウェアに置換えが分かりません

Question

この2つを同じ意味合いにしていますがコンパイルは通り動作が違います‼️
どこをどのように変えればいいですか？

動作成功

#define F_CPU 8000000UL
#include<avr/io.h>
#include<util/delay.h>
const uint8_t tempo = 100;  /*記憶*/                                
void playTone(uint16_t tone, uint16_t duration) {
  for (uint32_t i = 0; i < duration * 1000L; i += tone * 2 / 10) {/*duration=期間*/
    PORTC = 0x0000001;
    for (uint16_t j = 0; j < tone / 10; j++) {
      _delay_us(1); /*X ミリ Oマイクロ*/
    }
    PORTC = 0x0000000;
    for (uint16_t j = 0; j < tone / 10; j++) {
      _delay_us(1);
    }
  }

  return;
}

動作失敗
※このプログラムを動作同じにしていくこと

#define F_CPU 8000000UL
#include<avr/io.h>
#include<util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h>
const uint8_t tempo = 100;  //char
const byte PIN_BUZZLE = 10;
const byte PIN_INTERRUPT = 23;
volatile byte state = LOW;
void  playTone(uint16_t tone, uint16_t duration) {
  pinMode( PIN_BUZZLE, OUTPUT );
  digitalWrite( PIN_BUZZLE, state );
 
  attachInterrupt(
    digitalPinToInterrupt(PIN_INTERRUPT),
    toggle_BUZZLE, FALLING );
}
  void duration() {
  digitalWrite( PIN_BUZZLE, state );
}
  void toggle_BUZZLE(){
  state != state;
      _delay_us(1);
   }

Comments

[y_waiwai]

なにをハードウエアに置き換えるというはなしでしょうか

[jyojyo]

ブザーとスイッチとの時間で動作するプログラムをハードウェアに置換えるという話をです

[y_waiwai]

その中のどれをハードウエアで置き換えるんでしょうか。

[y_waiwai]

質問が意味不明です
なので回答しようにもやりようがないという状況

[jyojyo]

Tmr0レジスタを使って割り込みを行うこと考えています
そして音楽みたいになるべく正確にしていくようなタイマーを考えています。

[thkana]

レジスタはそもそもハードウェアですが?(ついでに言えばスイッチもブザーもハードウェア)
タイマーペリフェラルを使うことを「ハードウェア」と言っているのだと想像はしていますが...

よくわからない言葉を無理に間違って使うより、平易な言葉でもやりたいことをちゃんと主語述語を揃えて表現したほうが伝わると思います。

[事象1]から[事象2]までの時間をできるだけ正確に1秒にしたい。そのためにはタイマーを使うのが解になると思われる。そうすると以下のプログラムをどう変更するのか

という質問なのかなぁ。ただ、質問には事象1/事象2が何なのか明らかにされていないのですよ。なにが1秒?

あと、「ピン番号は変えないで行うこと 」が課題感を醸し出して、意欲を削ぎますね。

[jyojyo]

thkanaさん何言っているのか分からないので答え方が分かりません‼️
結局､
thkanaさんは曲をシャウト（TTJ）に置換えたいということかなぁ❔
だったらよろしくお願いします

[thkana]

「[事象1]から[事象2]までの時間をできるだけ正確に1秒にしたい。そのためにはタイマーを使うのが解になると思われる。そうすると以下のプログラムをどう変更するのか」

これで質問の趣旨が合っているなら、事象1と事象2を説明して下さい、ということです。事象というのは、「何かが、変化する」ということです。
事象1: なにが、どうなること
事象2: なにが、どうなること
その間が1秒、という話になるでしょう。

そういう質問でないのなら、そう言っていただければまた考えますが。

[jyojyo]

やっと理解した。
1.ledのランダムの曲からブザーが鳴るまでの時間を正確にすること
2.押しボタンをたたいてledとブザーが鳴るまでの時間を正確にすること
を考えています。

[thkana]

事象1と事象2をそれぞれ置き換えて、

[ledのランダムの曲からブザーが鳴るまでの時間を正確にすること]から[押しボタンをたたいてledとブザーが鳴るまでの時間を正確にすること]までの時間をできるだけ正確に1秒にしたい。そのためにはタイマーを使うのが解になると思われる。そうすると以下のプログラムをどう変更するのか」

ということですか?

[jyojyo]

ledのランダムの曲からブザーが鳴るまでの時間と,押しボタンをたたいてledとブザーが鳴るまでの時間をできるだけ正確に1秒にしたい。そのためにはタイマーを使うのが解になると思われる。そうすると以下のプログラムをどう変更するのか」
ということです。

[thkana]

「ledのランダムの曲からブザーが鳴るまでの時間」というのはわかりかねますが、

「押しボタンをたたいてledとブザーが鳴るまでの時間をできるだけ正確に1秒」というのは
もしかして、前者の(これまでの質問で育ててきた)プログラムとは全く関係なく、
「参考」と称するプログラムを原型としてスイッチをONにしてからタイマーでカウントして1秒後にLEDが点灯してブザーが鳴る動作をするプログラムをArduino環境で作成すればよい、ということですか?

[jyojyo]

Yes

[thkana]

ぎゃふん。

参考のプログラムには押しボタンスイッチはないですがどうしましょう。
そもそもないのでは
> ※ピン番号は変えないで行うこと
という条件を満たしようがないです。

[jyojyo]

ピン番号は変えなかったら大丈夫です

[thkana]

> 回答1に表して置きました
それは、
「参考」と称するプログラムを原型としてスイッチをONにしてからタイマーでカウントして1秒後にLEDが点灯してブザーが鳴る動作をするプログラム
とは似ても似つかぬものなのですが...

[jyojyo]

質問のところに置きました
そしてこれ以上の質問は分かりません

Answer 1

ハードに変更したいというよりも、多分、音が悪いから改善したい、という事だと思いますけど、
この書き方だと、当然ながら音（周波数）は理想値とはかけ離れます。
作者の人も理想値の音は聞いていないでしょう。
※但し、逆にこのプログラムに合わせてデータ部を調整した可能性はあります。
その場合、プログラムを良くしても、逆に鳴る音が悪くなる事もあり得ますから。

最も悪い部分は

for (uint16_t j = 0; j < tone / 10; j++) {
_delay_us(1); /X ミリ Oマイクロ/
}
PORTC = 0x0000000;
for (uint16_t j = 0; j < tone / 10; j++) {
_delay_us(1);
}

です。for文の部分の繰り返し処理で8クロック程度かかるのではないでしょうか。
8クロックだとMHz駆動で1usです。
そうなると、本来の時間の2倍のディレイになります。

この1usを時間分繰り返す処理は、固定しか引数に出来ない_delay_us関数の仕様から来ています。
これをArduinoの関数にします。

PORTC = 0x0000001;
delayMicroseconds(tone/10);
PORTC = 0x0000000;
delayMicroseconds(tone/10);

これでほんの僅かしか、理想値とのずれはありません。

同じ理由で、繰り返し処理になっている

for(uint16_t k = 0; k < beat[line[i]][j] * tempo; k++) {
_delay_ms(1); //rest(milli)
}

ですけど、こちらは_deley_msですから、上述の_delay_usとは誤差が1/1000も違います。
なのでこのままでも問題ないでしょうけど、ついでなので直した方が良いです。つまり

delay(beat[line[i]][j] * tempo);

で、これが、「ハードに変更」したものに極近い音です。
これ以上は苦労の割りに、それほど変わらないと思いますよ。
っていうか、タイマ割り込みで作るなら1から書き直しでしょう。

Comments

[jyojyo]

そのままソフトウェアですよね？

[nac_tnk]

そうですね。ただし、元も、今回のも全くのソフト処理ではありませんよ。
元のは1usというのをハード（クロック数）で計測しています。
後者はタイマーを参照して時間を計測しています。

要は、「それ以外の無駄な時間」を省いた、というだけです。

[jyojyo]

要するにこのプログラムにして欲しい
#define F_CPU 8000000UL
#include<avr/io.h>
#include<util/delay.h>
const uint8_t tempo = 100; //char

//Korobushka
uint8_t notes[2][50] = {"gdefedccegfeddefgecc facbagdgfeddefgecc n",
"afgefdc afgeegba n"}; //a space represents a rest
uint8_t level[2][50] = {{4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 0,
4, 4, 5, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 0},
{4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 0, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 0}};
uint8_t beat[2][50] = {{ 2, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2+1,
2, 1, 2, 1, 1, 3, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2},
{4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4+1, 4, 4, 4, 4, 2, 2, 4, 4, 4}};
uint8_t line[] = {0, 0, 1};

void playTone(uint16_t tone, uint16_t duration) {
for (uint32_t i = 0; i < duration * 1000L; i += tone * 2 / 10) {
ISR(TIMER0_COMPA_vest)//タイマ割り込み
{
PORTC = 0xFF;//ポートCを反転
}

return;
}

void playNote(uint8_t note, uint16_t level, uint16_t duration) {
uint8_t names[] = { 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'a', 'b'};
uint16_t tones[] = { 19111, 17026, 15169+1, 14317, 12755, 11364, 10124};
/*
timeHigh = period / 2 = 1 / (2 * toneFrequency)
where the different tones are described as in the table:
note frequency period timeHigh
c4 261.63 Hz 3830 1911.0958223445323548522722929328 (261->1915=1915.7088122605363984674329501916)
d4 293.66 Hz 3400 1702.6493223455697064632568276238 (294->1700=1700.6802721088435374149659863946)
e4 329.63 Hz 3038 1516.8522282559233079513393805175 (329->1519=1519.7568389057750759878419452888)
f4 349.23 Hz 2864 1431.7212152449674999284139392378 (349->1432=1432.6647564469914040114613180516)
g4 392 Hz 2550 1275=1275.5102040816326530612244897959
a4 440 Hz 2272 1136=1136.3636363636363636363636363636
b4 493.88 Hz 2028 1012.3916740908722766663966955536 (493->1014=1014.1987829614604462474645030426)
c5 523.25 Hz 1912 955.566172957477305303392259914 (523->956=956.02294455066921606118546845124)
*/
//play the tone corresponding to the note name
for (uint8_t i = 0; i < 7; i++) {
if (note == names[i]) {
uint8_t a = level - 4;
playTone(tones[i] / pow(2, a), duration);
}
}

return;
}

void setup()
{
/*
DDRx:Set i/o. 0->input, 1->output. When input, must pullup. cf.mega88A.pdf:14.2.3. "入出力間の切り替え"
PORTx:write only
PINx:read only
*/
DDRC = 0b0000001; //output:buzzer(PORTC0)
DDRB = 0x00; //input:switch(PINB5) //<iom328.h>#define PINB5 5
PORTB = 0xff; //When input, must pullup.
DDRD = 0x00; //i/o:key(PORT0-7)
PORTD = 0xff; //When input, must pullup.
//タイマ0,CTC,割り込み用、比較A一致で割り込み
TCCR0A = 0b00000010;
TCCR0B = 0b00000011; // N=64
OCR0A = 78; // 5msごとに割り込み
TIMSK0 = 0b0000010; //比較A一致割り込み有効

//方向レジスタの設定
DDRC = 0xff; //Cを出力
DDRD = 0xff; //Dを出力
PORTB = 0xff;

//割り込み許可
sei();

while(1){
;
}
}
void loop(){
static bool a_mode = 0; //0-manual, 1-auto
main_loop:
if(bit_is_clear(PORTD,PORTD7))
PORTB = PORTB & ~_BV(PB1);

if(a_mode){ //auto(PINB == 0b00100000)
DDRD = 0xff; //output only

for(uint8_t i = 0; i < 3; i++){ //num of line
for (uint8_t j = 0; ; j++) {
if (notes[line[i]][j] == ' ') {
delay(beat[line[i]][j] * tempo);
_delay_ms(1); //rest(milli)
}
else if (notes[line[i]][j] == 'n') { //When (j < length[i]), for{} continues.
break;
}
else{
uint8_t k;
if(notes[line[i]][j] == 'c'){
if(level[line[i]][j] == 4){
k = 0;
}
else{
k = 7;
}
}
else if(notes[line[i]][j] == 'a'){
k = 5;
}
else if(notes[line[i]][j] == 'b'){
k = 6;
}
else{
for(k = 0; k < 5; k++){
if(notes[line[i]][j] == 'c'+k){
break;
}
}
}

PORTD ^= _BV(k);
playNote(notes[line[i]][j], level[line[i]][j], beat[line[i]][j] * tempo);
PORTD ^= _BV(k);
}//if
if(!(PINB & _BV(5))){//auto(PINB is 0x00)
a_mode = 0;
goto main_loop;
}
}//for

}//for

}//auto
else{ //manual(PINB == 0x00)
DDRD = 0x00; //input only
PORTD = 0xff; //pull up
switch(PIND){
case 0b11111110:
do{
playNote('c', 4, 1 * tempo);
}while(PIND == 0b11111110);
break;

case 0b11111101:
do{
playNote('d', 4, 1 * tempo);
}while(PIND == 0b11111101);
break;

case 0b11111011:
do{
playNote('e', 4, 1 * tempo);
}while(PIND == 0b11111011);
break;

case 0b11110111:
do{
playNote('f', 4, 1 * tempo);
}while(PIND == 0b11110111);
break;

case 0b11101111:
do{
playNote('g', 4, 1 * tempo);
}while(PIND == 0b11101111);
break;

case 0b11011111:
do{
playNote('a', 4, 1 * tempo);
}while(PIND == 0b11011111);
break;

case 0b10111111:
do{
playNote('b', 4, 1 * tempo);
}while(PIND == 0b10111111);
break;

case 0b01111111:
do{
playNote('c', 5, 1 * tempo);
}while(PIND == 0b01111111);
break;

default:
break;
}

if(PINB & _BV(5)){//manual(PINB is 0x20)
a_mode = 1;
}

}//manual

}//while
そしたらエラーが出たからなおして
error: expected unqualified-id before string constant

error: a function-definition is not allowed here before '{' token

error: a function-definition is not allowed here before '{' token

error: a function-definition is not allowed here before '{' token

error: a function-definition is not allowed here before '{' token

error: expected '}' at end of input

exit status 1
expected unqualified-id before string constant

[nac_tnk]

> TIMER0_COMPA_vest

名称が違いますけど、根本的な問題で、割り込み関数を関数内に書く事はできません。

[jyojyo]

ならばできるようにするにはどうしたらいいですか？
そして上のエラーについてなおして欲しいです。

[nac_tnk]

まず割り込みの意味合いが違います。
割込みはプログラムのどこを実行していようとそのタイミングになったらプログラム中に割り込みます。
全く逆です。
そんな感じでそこで音を鳴らしたいだけなら↑のdelayMicrosecondsが適当だとおもいます。

割り込みでおこないたいのなら、ほぼ全てのプログラムを割り込み中に書く、という全く異なるプログラムになると思います。