550円で作るエンベロープジェネレータモジュール-モジュラーシンセ自作
Arduinoプログラミングに挑戦しつつ、モジュラーシンセサイザー エンベロープジェネレータ（以下EG）モジュールを自作したので、その備忘録。
背景
コードの書けないシステムエンジニア脱却のために始めたプログラミングの17作品目。
前回、前々回と、身の丈に合わない大掛かりなモジュールを作成し、精神がすり減っていたので、簡単なモジュールを作成したかった。
高速PWMを習得し、CVソースとなるモジュール（EG,LFO）の製作が容易になったころから、私が初期に作成したEGモジュールのリファインを行う事となった。
過去に作ったEGモジュールは、ベジェ曲線を採用することで、市場にはない唯一無二のオリジナルモジュールとなったが、自作モジュール3作品目という事もあり、技術的に劣る部分が多くあった。
また、機能を織り込みすぎたことで、モジュールの操作性も悪いと感じており、新しいEGを作りたかった。
制作物のスペック
ユーロラック規格 3U 6HPサイズ
電源：50mA ( at 5V ) / 49mA ( at12V )
5V単電源で動作可能。または12V単電源で動作可能。
出力波形：計3種類（LOG、リニア、EXP）
アタックタイム、リリースタイム、アウトレベルをツマミで制御。
モード
計5つのモードを搭載している。
AR：アタック、リリース。
ASR：アタック、サスティン、リリース。
LONG AR：数十秒の長いアタック、リリース。
INVERSE AR：0 - 5Vが反転したアタック、リリース。
LFO：リリースが終わるとアタックが始まり、LFOとして使える。（外部トリガーは機能しなくなる）
製作費
総額550円
---------------------------------
Arduino nano 互換品200円
パネル 100円
可変抵抗：20円*4個
etc
DACを使わず、高速PWMを使用することでコストダウンしている。
Arduino nano互換品、フロントパネルもLOT購入することで単価を下げている。
プログラミング
過去の焼きまわしなので、新たに学んだことは無い。
可読性を意識した。私もプログラミング技術は雑魚だが、仕事で「コーディングの可読性は、保守のために大事」みたいな事を聞いた。だからきっと、大事なんだと思う。よく知らないけど。
なので、トリッキーな関数は使わず、IFとSWITCHを基本としたプログラムにした。内部での計算も、最小限にしている。
EGのカーブはアナログ回路に近づけた。具体的にはCRローパスフィルタの時定数を適用させている。
ハードウェア
特筆すべきことは無い。過去に作った808 kickや、SYNC LFOと同じ構成。
D10回路のCRフィルタは、目的（オーディオ、CVソース）によって定数を調整している。今回はCV用。
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ソースコード
粗末だが公開する。悪い点があれば教えてもらえると勉強になる。
#include <avr/io.h>
//PWMsetting
unsigned int frq = 50000 ; // PWM frequency
float duty = 0.5;//PWM duty
//envelope curve wavetable
const static word LOG[200] PROGMEM = {
0, 64, 93, 122, 150, 177, 203, 228, 253, 277, 299, 322, 343, 364, 384, 404, 423, 441, 459, 476, 493, 509, 524, 539, 554, 568, 582, 595, 608, 620, 632, 644, 655, 666, 677, 687, 697, 707, 716, 725, 734, 742, 751, 759, 766, 774, 781, 788, 795, 801, 808, 814, 820, 825, 831, 836, 842, 847, 852, 856, 861, 865, 870, 874, 878, 882, 886, 889, 893, 896, 900, 903, 906, 909, 912, 915, 917, 920, 923, 925, 928, 930, 932, 934, 937, 939, 941, 942, 944, 946, 948, 950, 951, 953, 954, 956, 957, 959, 960, 961, 963, 964, 965, 966, 967, 968, 969, 970, 971, 972, 973, 974, 975, 976, 977, 978, 978, 979, 980, 980, 981, 982, 982, 983, 984, 984, 985, 985, 986, 986, 987, 987, 988, 988, 988, 989, 989, 990, 990, 990, 991, 991, 991, 992, 992, 992, 993, 993, 993, 993, 994, 994, 994, 994, 995, 995, 995, 995, 995, 996, 996, 996, 996, 996, 997, 997, 997, 997, 997, 997, 997, 998, 998, 998, 998, 998, 998, 998, 998, 998, 999, 999, 999, 999, 999, 999, 999, 999, 999, 999, 999, 999, 999, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000
};
const static word RAMP[200] PROGMEM = {
0, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 205, 210, 215, 220, 225, 230, 235, 240, 245, 250, 255, 260, 265, 270, 275, 280, 285, 290, 295, 300, 305, 310, 315, 320, 325, 330, 335, 340, 345, 350, 355, 360, 365, 370, 375, 380, 385, 390, 395, 400, 405, 410, 415, 420, 425, 430, 435, 440, 445, 450, 455, 460, 465, 470, 475, 480, 485, 490, 495, 500, 505, 510, 515, 520, 525, 530, 535, 540, 545, 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, 590, 595, 600, 605, 610, 615, 620, 625, 630, 635, 640, 645, 650, 655, 660, 665, 670, 675, 680, 685, 690, 695, 700, 705, 710, 715, 720, 725, 730, 735, 740, 745, 750, 755, 760, 765, 770, 775, 780, 785, 790, 795, 800, 805, 810, 815, 820, 825, 830, 835, 840, 845, 850, 855, 860, 865, 870, 875, 880, 885, 890, 895, 900, 905, 910, 915, 920, 925, 930, 935, 940, 945, 950, 955, 960, 965, 970, 975, 980, 985, 990, 995, 1000
};
const static word EXP[200] PROGMEM = {
0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 5, 5, 5, 5, 5, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 7, 7, 8, 8, 8, 9, 9, 9, 10, 10, 10, 11, 11, 12, 12, 12, 13, 13, 14, 14, 15, 15, 16, 16, 17, 18, 18, 19, 20, 20, 21, 22, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 39, 40, 41, 43, 44, 46, 47, 49, 50, 52, 54, 56, 58, 59, 61, 63, 66, 68, 70, 72, 75, 77, 80, 83, 85, 88, 91, 94, 97, 100, 104, 107, 111, 114, 118, 122, 126, 130, 135, 139, 144, 148, 153, 158, 164, 169, 175, 180, 186, 192, 199, 205, 212, 219, 226, 234, 241, 249, 258, 266, 275, 284, 293, 303, 313, 323, 334, 345, 356, 368, 380, 392, 405, 418, 432, 446, 461, 476, 491, 507, 524, 541, 559, 577, 596, 616, 636, 657, 678, 701, 723, 747, 772, 797, 823, 850, 878, 907, 936, 967, 1000
};
int i = 0;//time count
bool trig = 1;//external input detect
bool old_trig = 0;
long Atime = 100;//Attack time
long Dtime = 100;//Decay(rerease) time
int level = 1023;//output amp
byte mode = 0;//0=AR,1=ASR,2=LONG AR,3=INV,4=LFO
byte old_mode = 0;
byte curve = 0;//waveform curve ,0=LOG,1=Ramp,2=EXP
int ASR_top = 500;//for ASRmode , remind EG height when trig on to off.
bool attack_end = 0;// end = 1 , not end =0
void setup() {
pinMode(3, INPUT);//gate in
pinMode(5, INPUT_PULLUP); //curve select
pinMode(6, INPUT_PULLUP); //curve select
pinMode(10, OUTPUT);//EG out
//PWM register setting
TCCR1A = 0b00100001;
TCCR1B = 0b00010001;//分周比1
mode_select();
}
void loop() {
old_trig = trig;
old_mode = mode;
mode_select();//mode knob
if (mode != 4) {
trig = digitalRead(3);
}
if ( old_mode != 4 && mode == 4) {
trig = 1;
old_trig = 0;
i = 0;
attack_end = 0;
}
if (old_trig == 0 && trig == 1) {//when trigger in detect
Atime = analogRead(0) * 10;//Attack konb
Dtime = analogRead(1) * 10;//Decay knob
level = map(analogRead(5), 0, 1023, 1, 100);//Outpu level
mode_select();//mode knob
//setting curve form SW
if (digitalRead(5) == 1 && digitalRead(6) == 1) {
curve = 1;//Ramp
}
else if (digitalRead(5) == 0 && digitalRead(6) == 1) {
curve = 0;//LOG
}
else if (digitalRead(5) == 1 && digitalRead(6) == 0) {
curve = 2;//exp
}
duty = 0;
attack_end = 0;
i = 0;
}
switch (mode) {
case 0://AR------------------------------------------------------------------------
if (attack_end == 0) {
i++;
switch (curve) {
case 0:
duty = (pgm_read_word(&(LOG[i])));
break;
case 1:
duty = (pgm_read_word(&(RAMP[i])));
break;
case 2:
duty = (pgm_read_word(&(EXP[i])));
break;
}
if ( i >= 199 ) {
i = 0;
attack_end = 1;
}
}
else if (attack_end == 1) {
i++;
if ( i >= 199) {
i = 199;
}
switch (curve) {
case 0:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(LOG[i])));
break;
case 1:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(RAMP[i])));
break;
case 2:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(EXP[i])));
break;
}
}
break;
case 1://ASR------------------------------------------------------------------------
if (attack_end == 0) {
i++;
switch (curve) {
case 0:
duty = (pgm_read_word(&(LOG[i])));
break;
case 1:
duty = (pgm_read_word(&(RAMP[i])));
break;
case 2:
duty = (pgm_read_word(&(EXP[i])));
break;
}
if ( i >= 199 ) {
attack_end = 1;
}
}
if ( old_trig == 1 && trig == 0) {
attack_end = 1;
if ( i >= 199) {
i = 199;
}
ASR_top = i;
i = 0;
}
if (attack_end == 1 && trig == 1) {
switch (curve) {
case 0:
duty = (pgm_read_word(&(LOG[i])));
break;
case 1:
duty = (pgm_read_word(&(RAMP[i])));
break;
case 2:
duty = (pgm_read_word(&(EXP[i])));
break;
}
}
if (attack_end == 1 && trig == 0) {
i++;
if ( i >= ASR_top) {
i = ASR_top;
}
switch (curve) {
case 0:
duty = (pgm_read_word(&(LOG[ASR_top]))) - (pgm_read_word(&(LOG[i])));
break;
case 1:
duty = (pgm_read_word(&(RAMP[ASR_top]))) - (pgm_read_word(&(RAMP[i])));
break;
case 2:
duty = (pgm_read_word(&(EXP[ASR_top]))) - (pgm_read_word(&(EXP[i])));
break;
}
}
break;
case 2://LONG AR------------------------------------------------------------------------
if (attack_end == 0) {
i++;
switch (curve) {
case 0:
duty = (pgm_read_word(&(LOG[i / 20])));//By reducing the count of i to 1/20, the advance of time is multiplied by 20.
break;
case 1:
duty = (pgm_read_word(&(RAMP[i / 20])));
break;
case 2:
duty = (pgm_read_word(&(EXP[i / 20])));
break;
}
if (Atime == 0) {//When Atime is 0, the decay is applied immediately without counting 1/20.
switch (curve) {
case 0:
duty = (pgm_read_word(&(LOG[199])));
break;
case 1:
duty = (pgm_read_word(&(RAMP[199])));
break;
case 2:
duty = (pgm_read_word(&(EXP[199])));
break;
}
}
if ( i >= 199 * 20 ) {
i = 0;
attack_end = 1;
}
}
else if (attack_end == 1) {
i++;
if ( i >= 199 * 20) {
i = 199 * 20;
}
switch (curve) {
case 0:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(LOG[i / 20])));
break;
case 1:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(RAMP[i / 20])));
break;
case 2:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(EXP[i / 20])));
break;
}
}
break;
case 3://INV------------------------------------------------------------------------
if (attack_end == 0) {
i++;
switch (curve) {
case 0:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(LOG[i])));
break;
case 1:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(RAMP[i])));
break;
case 2:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(EXP[i])));
break;
}
if ( i >= 199 ) {
i = 0;
attack_end = 1;
}
}
else if (attack_end == 1) {
i++;
if ( i >= 199) {
i = 199;
}
switch (curve) {
case 0:
duty = (pgm_read_word(&(LOG[i])));
break;
case 1:
duty = (pgm_read_word(&(RAMP[i])));
break;
case 2:
duty = (pgm_read_word(&(EXP[i])));
break;
}
}
break;
case 4://LFO------------------------------------------------------------------------
if (attack_end == 0) {
i++;
trig = 0;
switch (curve) {
case 0:
duty = (pgm_read_word(&(LOG[i])));
break;
case 1:
duty = (pgm_read_word(&(RAMP[i])));
break;
case 2:
duty = (pgm_read_word(&(EXP[i])));
break;
}
if ( i >= 199 ) {
i = 0;
attack_end = 1;
}
}
else if (attack_end == 1) {
i++;
if ( i >= 199) {
i = 199;
}
switch (curve) {
case 0:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(LOG[i])));
break;
case 1:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(RAMP[i])));
break;
case 2:
duty = 1000 - (pgm_read_word(&(EXP[i])));
break;
}
if ( i >= 199) {
trig = 1;
old_trig = 0;
Atime = analogRead(0) * 10;//Attack konb
Dtime = analogRead(1) * 10;//Decay knob
mode_select();
level = map(analogRead(5), 0, 1023, 1, 100);
if (digitalRead(5) == 1 && digitalRead(6) == 1) {
curve = 1;//Ramp
}
else if (digitalRead(5) == 1 && digitalRead(6) == 0) {
curve = 0;//LOG
}
else if (digitalRead(5) == 0 && digitalRead(6) == 1) {
curve = 2;//exp
}
attack_end = 0;
i = 0;
}
}
break;
}
//time count------------------------------------------------------------------------
if (attack_end == 0) {//Attack time count
delayMicroseconds(Atime);
}
else {//Decay(rerease)time count
delayMicroseconds(Dtime);
}
PWM_OUT();//PWM duty setting
}
void PWM_OUT() {//PWM duty setting
duty = duty * level / 100;//apply level knob setting
// set TOP parameter
OCR1A = (unsigned int)(8000000 / frq );
// set DUTY parameter
OCR1B = (unsigned int)(8000000 / frq * duty / 1000);
}
void mode_select() {
if ( analogRead(3) <= 127) {
mode = 0;//AR
}
else if ( analogRead(3) > 127 && analogRead(3) <= 383) {
mode = 1;//ASR
}
else if ( analogRead(3) > 383 && analogRead(3) <= 639) {
mode = 2;//LONG AR
}
else if ( analogRead(3) > 639 && analogRead(3) <= 895) {
mode = 3;//INV
}
else if ( analogRead(3) > 897 && analogRead(3) <= 1023) {
mode = 4;//LFO
}
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