Бурбулилка, или много болтовни около трёх строчек кода

Давным-давно, когда я был совсем маленьким, я купил билет на московский международный ки журнал Радио. И со скуки сделал фиготу, которая там была нарисована. Сейчас поискал, думал вспомню, какая именно фигота это была — но увы мне, не смог вспомнить. Может быть фигота под названием «Мелодичный автомат»… Главное, что запомнил суть — берём поток случайных чисел, и запихиваем в звучалку. Тогда я посидел вечерок с макеткой, спаял, включил и прикололся со звука, который оно издавало.
А теперь вспомнил, реализовал то же в софте, и решил приколоть коллег. Заодно и вам покажу. Сделать что-ли типа мини-туториал, чисто ради графомании? Пусть будет так.

Итак, чтобы сделать бурбулятор, нам потребуется источник интервала, источник псевдослучайного потока, и звучалка.

Начнём с источника интервала — это стандартная штуковина, которая присутствует почти во всех проектах. Везде, где приходится регулярно совершать действия — например, опрашивать периферию или крутить приглашение на экранчике, или определять факт наступления таймаута — кругом нужен источник времени. Интервал, который он формирует, может быть любым удобным, я как-то больше привык к 10ms. Шестнадцатибитный таймер идеально подходит, потому что легче попасть в целевое значение. Восьмибитный таймер, к примеру, может дать интервал длительностью или 9.98 миллисекунд, или 10.04 миллисекунды, вариант 10.00 не получается, потому как у таймера почему-то не бывает дробных значений делителя. Впрочем, если не кратный секунде интервал допустим, то почему бы и не использовать 9.98ms? В большинстве случаев это не важно.

Но пока мы заводим шетнадцатибитный таймер 1. Всё что для этого нужно — очистить счётчик, комбинацией бит в управляющих регистрах подключить источник тактирования, выбрать режим CTC, и задать граничное значение, до которого таймер будет считать.

		clr	r16
		sts	TCNT1H,r16
		sts	TCNT1L,r16
		sts 	TCCR1A,r16
		outi1	TCCR1B,(1<<WGM12|1<<CS12)		; CTC(ocr1a), prescaler=1/256
		ldi	r16,low (TimeDivider)
		ldi	r17,high(TimeDivider)
		sts	OCR1AH,r17
		sts	OCR1AL,r16

Сразу после этого тамер начнёт счёт — каждые 256 тиков системного генератора содержимое счётчика таймера увеличится на 1. И как только оно станет равным граничному — установится бит OCF, счётчик сбросится в ноль, и начнёт считать снова. Заглянув во флаг — всегда можно увидеть, завершился интервал или нет. Конечно, такой подход порождает некий неопределённый временной промежуток между установкой флага и обнаружением флага программой. Но в подобных приложениях это несущественно, тем более что эта ошибка не накапливается, максимум что может произойти — пропуск события при серьёзной нагрузке. Но тогда надо менять или алгоритм, или контроллер — кто-то из них неадекватен задаче.

Так выглядит код, проверяющий срабатывание интервального таймера.

imerTick:	sbis	TIFR1,OCF1A
		ret
		ldi	r16,(1<<OCF1A)		; Сброс события таймера
		out	TIFR1,r16

То есть проверяем флаг, и если он не установлен, возвращаемся к вызвавшей программе. А если установлен — сбрасываем, и исполняем разные действия, в ознаменование завершённого десятимиллисекундного интервала. В нашем случае, отсчитываем длительность каждой из нот бурбуления.
Это тоже просто и стандартно — на каждое срабатывание таймера уменьшаем переменную на единицу. Как только переменная обнулится — заново инициализируем её значением длительности, и меняем ноту. И вот таких реакций на завершение определённых интервалов — их можно наделать великое множество, пока будет хватать производительности контроллера.

		lds	r16, PeriodCnt
		dec	r16
		sts	PeriodCnt,r16
		brne	_ttexit
		ldi	r16,Period
		sts	PeriodCnt,r16
		rcall	Bulbulbul
_ttexit:	ret

Вторая часть Марлезонского балета — генератор случайных чисел. Самый простой, надёжный и правильный генератор случайных чисел делается на базе полинома. Это какбы аксиома. Ещё бывают всякие шипелки на базе стабилитронов, но, положа руку на сердце — всё, на что они годятся — это генерация зерна (seed value) для полиномальных генераторов. Ну да, последовательность, которую делает полиномальный генератор не является случайной в прямом смысле этого слова — последовательность всегда одна и та же. Но грамотный подбор полинома позволяет сделать её очень-очень длинной, а встряхивание зерен начинает начать с труднопрогнозируемого места. Впрочем, про это написано много книг, которым не место в рассказе о бурбулилке. Хочу сказать, что главное достоинство полинмальных генераторов — это равномерное распределение генерируемых чисел по диапазону.
Та же шипелка на стабилитроне не может этим похвасаться — даже при идеальной настройке усилителя либо не будут достигаться граничные числа диапазона, либо они будут выпадать чаще из-за насыщения измерителя.
А тут вот и полином под рукой завалялся — генератор CRC для далласовских микросхем. Наша процедура получения случайных чисел будет просто подсчётом CRC для последовательности 0,1,2,3,4…

		lds	r16, counter
		inc	r16
		sts	counter,r16
		rcall	DowCRC

Теперь у нас есть типаслучайное число в диапазоне 0-255, и мы будем превращать его в ноту. Допустим, в любую из нот двух октав, итого 14 нот. Всё, что нам нужно, чтобы привести число из диапазона 0-255 к диапазону 0-13, это умножить его на 14/256. То есть просто умножаем на 14, и игнорируем младший байт результата.

		ldi	r16,14		
		mul	r16,r18
		mov	r16,r1

И дальше используем это число в качестве индекса к массиву нот.

		ldi	zh,high(notetable<<1)
		ldi	zl,low(notetable<<1)
		ldi	r17,0
		add	zl,r16
		adc	zh,r17
		lpm	r0,z

Массив нот — это набор констант, делителей для таймера.
Теперь звучим: Таймер настраиваем в уже знакомый нам режим CTC, то есть счёта до граничного значения. Только тепереь вкючаем ещё и режим переключения ножки OC0B на граничном значении. То есть таймер дотикает до определённой нми границы, сам переключит состояние ножки D5, сбросится и пойдет считать снова. Потом опять досчитает и снова переключит, так на этом выводе сформируются импульсы нужной нам частоты.

outi	tccr0a,(1<<COM0B0|1<<WGM01)	; (Toggle OC0B on Compare Match)(CTC mode)
		outi	tccr0b,(1<<CS02)		; div 256
		outi	OCR0B,0
		out	OCR0A,r0

Ну и всё. Теперь всё, что требуется — при пуске завести источник интервала, а потом бесконечно терпеливо вызывать провеку интервала. Остальное отработает какбы само. А вместе с проверкой интервала можно вызывать ещё много всякого интересного. И в результате контроллер будет заниматься всякими нужными делами, и при этом бурбулить.
Возьмите плату от ардуины, подключите к ножке D5 пищалку от материнской платы через резистор 200ом, чтобы не отжечь порт, влейте прошивку, и случится вам щасте — услышите бурбуление.