====== Пример использования OSA: QUARTET ======










===== Проект =====

Программа **quartet** синтезирует мелодию по заданным нотам (используется фрагмент произведения И.С.Баха N1067). Файл {{osa:quartet4.rar|quartet4.rar}} нужно распаковать в папку "C:\TEST\QUARTET". В папке проект для **PIC16F628A**.

Программа генерирует 4-канальную мелодию, используя 8-разрядный ШИМ с частотой 78 КГц.  Мелодия играется четырьмя инструментами: басс, скрипка и 2 гитары (конечно, названия условны, т.к. звуки не очень похожи на настоящие инструменты). Каждый канал может быть включен или выключен с помощью переключателей.

Вот ##MP3## ({{osa:quartet_mp3.rar|скачать}}), записанный с выхода этого устройства.







===== Принципиальная схема =====
Ниже приведена схема включения ПИКа. 8-разрядный цифровой ШИМ-сигнал сглаживается RC-фильтром R22-C3 и через резистор R24 (для регулирования громкости) поступает на наушники.


{{osa:ref:appendix:quartet_pwm.jpg?850}}

Переключатель ##SW1## включает/отключает басс.\\
Переключатель ##SW2## включает/отключает скрипку.\\
Переключатель ##SW3## включает/отключает первую гитару.\\
Переключатель ##SW4## включает/отключает вторую гитару.\\



===== Описание работы =====

Программа состоит из следующих файлов:
  * **quartet_main.c** - основная программа: задачи, функции по чтению нот.
  * **music.c** - формальное описание музыки: содержит 4 массива с нотами для каждого канала.
  * **sinus.c** - содержит по одному периоду синуса для каждого иструмента. Из этих таблиц генерируется сигнал.
  * **interrupt.c** - содержит код синтезатора звука. Он весь помещен в прерывание по TMR2 (вызывается раз в 100 мкс).

Ниже подробно рассмотрим работу задач из файла **quartet_main.c**.

Наша программа состоит из 5 задач. Грубо говоря, 4 задачи - музыканты, каждый со своим инструментом, и 5-я задача - дирижер, который синхронизирует работу первых 4-х.


==== Управление звуком ====

Для уравления звуком в прорамме определен тип **TSound**, который содержит всю информацию о звуке для "музыканта":
  * какую ноту играем;
  * и из какой нотной тетради;
  * держим ли паузу;
  * повторяем ли фрагмент;
для "дирижера":
  * когда он должен дать следующую команду;
  * закончились ли ноты у "музыканта";
для синтезатора:
  * частота текущей ноты;
  * текущее время ее звучания (для правильного формирования огибающей);




==== "Музыканты" ====

В программе 4 "музыканта": Task_BASS, Task_VIOLIN, Task_GUITAR1, Task_GUITAR2. Все "музыканты" постоянно находятся в режиме ожидания команды от "дирижера" (в виде бинарного семафора). Получив команду, "музыкант" вычитывает следующую ноту из своего нотного стана, играет ее (формирует данные для синтезатора звука в **interrupt.c**).

Обработка ноты происходит в функции **NoteWork()**, куда в качестве параметра передается переменная управления звуком TSound. По ней вычитывается следуюая нота (или инструкция: повтор, пауза и пр.) и выполняются операции по формированию указаний синтезатору, а также формируется длительность текущей ноты (паузы), которая уменьшается на 1 каждый раз при получении команды от "дирижeра".

Когда "музыкант" доходит до конца нотной тетради, он сообщает "дирижеру", что у него закончились ноты (сбрасывает флаг в переменной **flag_Playing**). После чего становится в ожидание команды от "дирижера" начать музыку сначала (в виде бинарного семафора). Получив эту команду, "музыкант" переходит в начало нотной теради (переменная управления звуком переинициализируется) и передает команду "дирижера" следующему "музыканту".

==== "Дирижер" ====

Задача Task_CONDUCTOR ("дирижер") имеет низший приоритет, чтобы не мешать выполнению задач "музыкантов". Дирижер" отсчитывает такты (как метроном) и следит за тем, чтобы музыканты вовремя получали команды. Задача "дирижер" запускается один раз в 150 мс и при каждом запуске проверяет состояние проигрываемой мелодии. Как только "дирижер" замечает, что все "музыканты" доиграли свои партии до конца (т.е. все биты во флаге **flag_Playing** сброшены), он дает команду "музыкантам" играть сначала.



==== Два слова о синтезаторе ====

Синтезатор реализован в функции прерывания в файле **interrupt.c**. Подпрограмма пробегается по всем четырем переменным управления звуком и формирует цифровой сигнал. Для формирования цифрового сигнала у синтезатора есть:
  * три таблицы "паттернов": bass[], violin[], guitar[] - где записано по одному периоду синусоиды с разными частотными характеристиками;
  * формулы для формирования огибающей сигнала (помечены комментариями FORMING_SIGNAL_xxx): атака, спад, сустейн.
  * макрос быстрого перемножения (signed char)*(unsigned char), чтобы перемножать синусоиду на амплитуду огибающей.

Все четыре мгновенных значения амплитуды для каждого инструмента суммируются, делятся на 4 и записываются в переменную m_cDAC, которая при следующем входе в прерывание будет скопирована в буферный регистр PWM CCPR1L (два младших разряда копируются в биты CCP1X и CCP1Y регистра CCP1CON).


==== О нотах ====
Здесь приведу немного информации на случай, если кому-то захочется свою мелодию запрограммировать).

В файле **music.c** есть буквенные определения нот (C0 - до первой октавы, C0_ - до диез первой октавы, D0 - ре и т.д.) Всего в программе выделены частоты под 4 с половиной октавы (57 нот). Но при задании ноты в нотном стане (в массивах **notelist_xxx**) для задания номера ноты (макрос **play()**) используются только 5 бит, т.е. можно пронумеровать только 32 ноты. Поэтому введена возможность установки базовой октавы (макрос **setbase()**). Длительность ноты задается только двумя битами, поэтому всего 4 варианта длительностей. Если нужно нота большей длительности, то следует ее либо добить паузой (макрос **pause()**), либо командой продолжения звучания (макрос **playmore()**). Список нот должен заканчиваться макросом **stop()**, чтобы "музыканты" не обращались к неинициализированным ячейкам пямяти.