OBJETIVOS
Aprender a gerar tons e música usando ondas quadradas
Conhecer a frequência das notas músicas, compasso e temporizações.
Introdução Teórica
Um microprocessador pode ser programado para gerar ondas quadradas com temporização exata para uma música. No caso deste projeto, uma sequência de notas musicas, armazenada no formato RTTTL (Ring Tone Text Transfer Language), é decodificado e enviado a um amplificador conectado a um alto- falante.
Para gerar a onda quadrada na mesma frequência (tom) da nota musical, utilizaremos o temporizador número zero (timer0) do PIC. Abaixo temos as frequências tradicionais da primeira oitava musical de qualquer instrumento. Perceba que a razão entre notas subsequentes é:
O temporizador zero do PIC (TIMER0) funciona da seguinte forma: o clock do microprocessador é divido por quatro e a seguir é dividido por um número N chamado PRESCALER que pode ser 1,2,4,8…32 configurável pelo usuário. A
165 seguir, o clock dividido é alimentado a um contador de M a 255, onde M, também conhecido como PRELOAD, é configurável.
Quando o contador resseta, ou seja, chega a ZERO, o programa que roda no microprocessador é interrompido e inicia-se outro programa. Este processor é conhecido como “interrupção”.
Durante a interrupção o pic modificará a porta RA0 (BIT ZERO DA PORTA A) de ZERO para UM ou de UM para ZERO (FLIP). Dessa forma, uma onda quadrada será gerada em RA0 e sua frequência será determinada por N (TIMER0 PRESCALER) e M (TIMER0 PRELOAD).
O valor da frequência gerada em RA0 é calculado por:
Como N varia apenas em potências inteiras de 2, seu valor será utilizado para trocar a oitava da nota a ser gerada em RA0. O valor de M, portanto, será o ajuste fino da frequência da nota. Um exemplo: para N=8 e M=114 teremos:
Assim, um semiciclo de onda quadrada terá frequência 880Hz, ou seja, um ciclo inteiro terá metade da frequência ou 440Hz, a frequência da nota Lá fundamental da primeira oitava.
166 Trocando o valor de M pode-se obter todas as 12 diferentes notas musicais. Trocando-se o valor de N pode-se modificar a escala. Em N=8 teremos a escala fundamental, em N=4,2 e 1 teremos as escalas mais agudas totalizando 4 oitavas inteiras, o suficiente para tocar qualquer música em RTTTL.
O formato RTTTL divide as notas musicais por vírgulas, onde uma nota é codificada por um número representando o tempo, uma letra representando a nota, um outro número representando a oitava e os caracteres “#” e “.” representando sustenido e nota pontilhada.
No exemplo acima, três notas são apresentadas em RTTTL: “16d#” é uma nota ré (d) sustenido com tempo 1/16, “a” é uma nota lá e “32a4” é um lá da oitava número 4 com 1/32 de tempo.
Quando tempo e/ou oitava são omitidos, assume-se tempo e oitava padrões. Em todo arquivo RTTTL são indicadas as oitavas e tempos padronizados assim como o valor de temporização chamado “Beats por Minute” que definie a temporização da música como um todo. Cada Beat ou batida representa um quarto de uma nota inteira.
Abaixo tempos a versão da música tema de Os Simpsons em formato RTTTL. A oitava padrão é 5 e o tempo padrão é 4. São 180 batidas por minuto:
167 Tarefa:
Compilar o programa 1 (abaixo) em C usando o MikroC e gerar o arquivo HEX. Enviar o arquivo HEX para o pic usando o pickit2.
Montar o circuito e verificar o funcionamento.
Configurações para o projeto (em project -> edit project) OSCILLATOR SELECTION: INTOSC
MASTER CLEAR: DISABLE POWER-UP TIMER: ENABLE Todas as outras opções: DISABLE
168 Detalhes do programa: int pausa = 1; char timer0freq; int loop; int music_end = 0; //Mozart
//const int oitava_padrao = 5; //const int tempo_padrao = 16; //const beatsperminute = 125;
//const char musica[] = "16d#,c#,c,c#,8e,8p,f#,e,d#,e,8g#,8p,a,g#,g,g#,d#6,c#6,c6,c#6 ,d#6,c#6,c6,c#6,4e6,8c#6,8e6,32b,32c#6,d#6, //8c#6,8b,8c#6,32b,32c#6,d#6,8c#6,8b,8c#6,32b,32c#6,d#6,8c#6,8b,8a#,4g#,d#,32c#,c,c#, 8e,8p,f#,e,d#,e,8g#,8p, //a,g#,g,g#,d#6,c#6,c6,c#6,d#6,c#6,c6,c#6,4e6,8c#6,8e6,32b,32c#6,d#6,8c#6,8b,8c#6,32b ,32c#6,d#6,8c#6,8b,8c#6,32b,32c#6,d#6,8c#6,8b,8a#,4g#"; //Beethoven
//const int oitava_padrao = 5; //const int tempo_padrao = 8; //const beatsperminute = 125;
//const char musica[] = "32p,e6,d#6,e6,d#6,e6,b,d6,c6,4a.,32p,c,e,a,4b.,32p,e,g#,b,4c .6,32p,e,e6,d#6,e6,d#6,e6,b,d6,c6,4a.,32p,c,e,a,4b.,32p,d,c6,b,2a";
//Beethoven2
//const int oitava_padrao = 5; //const int tempo_padrao = 8; //const beatsperminute = 125;
//const char musica[] = "8f,8f,8f,1c#,8p,8d#,8d#,8d#,1c,8p,8f,8f,8f,8c#,8f#,8f#,8f#,8 f,8c#6,8c#6,8c#6,2a#,8p,8f,8f,8f,8c,8f#,8f#,8f#,8f,8d#6,8d#6,
//8d#6,1c6,8f6,8f6,8d#6,8c#6,8c#,8c#,8d#,8f,8f6,8f6,8d#6,8c#6,8c#,8c#,8d#,8f,8f6,8f6, 8d#6,c#6,p,a#,p,2f6";
//BACH
//const int oitava_padrao = 6; //const int tempo_padrao = 32; //const beatsperminute = 90;
//const char musica[] = "16d,d#.,f.,d.,d#.,f.,d.,d#.,f.,d.,16d#,16f,f#.,g#.,f.,f#.,g# .,f.,f#.,g#.,f.,16f#,16g#,a#.,b.,g#.,a#.,b.,g#.,
169 //a#.,b.,16g#,2a#,16a#,g#.,b.,f.,g#.,b.,f.,f#.,a#.,d#.,f#.,a#.,d#.,f.,g#.,d.,f.,g#.,d .,d#.,f#.,c.,d#.,16f#,16c,16c#,16f,16a#5,16c#,16f, //16a#5,16c,16d#,16g#5,16c,16d#,16g#5,16a#5,16c#,16f#5,16a#5,16c#,16f#5,16g#5,16b5,16 f5,16g#5,16b5,16f5,16f#5,16a#5,16d#5,16f#5,16a#5,16d#5, 16f5,16g#5,16d5,16f5,16g#5,16d.5,4d#.5"; //BACH2
//const int oitava_padrao = 5; //const int tempo_padrao = 8; //const beatsperminute = 128;
//const char musica[] = "4d6,g,a,b,c6,4d6,4g,4g,4e6,c6,d6,e6,f6,4g6,4g,4g,4c6,d6,c6,b ,a,4b,c6,b,a,g,4f#,g,a,b,g,4b,4a";
//We wish you a merry christmas //const int oitava_padrao = 5; //const int tempo_padrao = 4; //const beatsperminute = 200;
//const char musica[] = "d,g,8g,8a,8g,8f#,e,e,e,a,8a,8b,8a,8g,f#,d,d,b,8b,8c6,8b,8a,g ,e,d,e,a,f#,2g,d,g,8g,8a,8g,8f#,e,e,e,a,8a,8b,8a,8g,f#,
//d,d,b,8b,8c6,8b,8a,g,e,d,e,a,f#,1g,d,g,g,g,2f#,f#,g,f#,e,2d,a,b,8a,8a,8g,8g,d6,d,d, e,a,f#,2g";
// Pink Panther
//const int oitava_padrao = 5; //const int tempo_padrao = 4; //const beatsperminute = 125;
//const char musica[] = "8d#,8e,2p,8f#,8g,2p,8d#,8e,16p,8f#,8g,16p,8c6,8b,16p,8d#,8e, 16p,8b,2a#,2p,16a,16g,16e,16d,2e";
// Mario
//const int oitava_padrao = 5; //const int tempo_padrao = 4; //const beatsperminute = 125;
//const char musica[] = "a,8f.,16c,16d,16f,16p,f,16d,16c,16p,16f,16p,16f,16p,8c6,8a., g,16c,a,8f.,16c,16d,16f,16p,f,16d,16c,16p,16f,16p,16a#,
//16a,16g,2f,16p,8a.,8f.,8c,8a.,f,16g#,16f,16c,16p,8g#.,2g,8a.,8f.,8c,8a.,f,16g#,16f, 8c,2c6";
170
//const int oitava_padrao = 5; //const int tempo_padrao = 4; //const beatsperminute = 180;
//const char musica[] = "c.6,4e6,f#6,8a6,g.6,e6,c6,8a,8f#,8f#,8f#,2g,8p,8p,8f#,8f#,8f #,8g,a#.,8c6,8c6,8c6,c6";
//Star Wars
const int oitava_padrao = 6; const int tempo_padrao = 8; const beatsperminute = 180;
const char musica[] = "f5,f5,f5,2a#5.,2f.,d#,d,c,2a#.,4f.,d#,d,c,2a#.,4f.,d#,d,d#,2c, 4p,f5,f5,f5,2a#5.,2f.,d#,d,c,2a#.,4f.,d#,d,c,2a#.,4f.,d#,d,d#,2c";
int posicao_musica = 0; char codigo_nota[5] = "";
char nota = 'A';
int tempo_nota = tempo_padrao; int sustenido_nota = 0;
int oitava_nota = oitava_padrao;
void interrupt() { if (pausa == 0) { porta.f0 = ~porta.f0; } else porta.f0 = 0; TMR0 = timer0freq;
INTCON.TMR0IF = 0; // clear the flag } void decode_codigo_nota() { int pos = 0; tempo_nota = 0; sustenido_nota = 0; oitava_nota = oitava_padrao;
171
for (loop=0;loop<5;loop++) {
if (isdigit(codigo_nota[loop])) {
tempo_nota = tempo_nota*10 + (codigo_nota[loop] - 48); } else break;
}
if (tempo_nota == 0) tempo_nota = tempo_padrao; tempo_nota = (60000/(beatsperminute*tempo_nota))*4; pos = loop; nota = codigo_nota[pos]; for (loop=pos+1;loop<5;loop++) { if (isdigit(codigo_nota[loop])) { oitava_nota = codigo_nota[loop] - 48; }
if (codigo_nota[loop] == '.') tempo_nota = tempo_nota + tempo_nota*(1/2); if (codigo_nota[loop] == '#') sustenido_nota = 1;
} }
int get_frequency(char nota) { nota = toupper(nota);
if (oitava_nota == 4) OPTION_REG=0b00000010; //Pre-scaler = x8; if (oitava_nota == 5) OPTION_REG=0b00000001; //Pre-scaler = x4; if (oitava_nota == 6) OPTION_REG=0b00000000; //Pre-scaler = x2; if (oitava_nota == 7) OPTION_REG=0b00001000; //Pre-scaler = x1;
if (nota == 'P') pausa = 1; else pausa = 0;
if (nota == 'A') { if (sustenido_nota == 0) return 116; else return 124; }; if (nota == 'B') return 131;
if (nota == 'C') { if (sustenido_nota == 0) return 20; else return 32; }; if (nota == 'D') { if (sustenido_nota == 0) return 46; else return 58; }; if (nota == 'E') return 70;
172
if (nota == 'F') { if (sustenido_nota == 0) return 78; else return 89; }; if (nota == 'G') { if (sustenido_nota == 0) return 98; else return 107; }; return 0;
}
void timer_set() { //TIMER0
INTCON = 0; // clear the interrpt control register
INTCON.TMR0IE = 1; // bit5 TMR0 Overflow Interrupt Enable bit...1 = Enabl es the TMR0 interrupt
INTCON.TMR0IF = 0; // bit2 clear timer 0 interrupt flag INTCON.GIE = 1; // bit7 global interrupt enable TMR0=timer0freq;
}
void carrega_proxima_nota(int pos) { int pos_ret = 0; if (music_end == 1) { codigo_nota[0] = 'p'; codigo_nota[1] = '.'; codigo_nota[2] = '.'; codigo_nota[3] = '.'; codigo_nota[4] = '.'; music_end = 0; return; } codigo_nota[0] = ' '; codigo_nota[1] = ' '; codigo_nota[2] = ' '; codigo_nota[3] = ' '; codigo_nota[4] = ' '; for (loop=pos;loop<sizeof(musica)-1;loop++) { if (musica[loop] == ',') {
173 break; } codigo_nota[pos_ret] = musica[loop]; pos_ret++; } posicao_musica = loop+1; //FIM DA MUSICA! if (posicao_musica >= sizeof(musica)) { posicao_musica = 0; music_end = 1; } } void main() {
//CONFIGURAÇÃO DOS REGISTROS CMCON = 0x07; TRISB=0x00; TRISA=0x00; posicao_musica = 0; timer0freq = get_frequency(nota); timer_set(); while(1) { carrega_proxima_nota(posicao_musica); decode_codigo_nota(); timer0freq = get_frequency(nota); Vdelay_ms(tempo_nota); pausa = 1; Vdelay_ms(tempo_nota/10); } }
174