SoftPWM.c

/*
    Quelle: http://www.mikrocontroller.net/articles/Soft-PWM
    Eine 8-kanalige PWM mit intelligentem Lösungsansatz
 
    Arduino @ 16MHz

    PORTB = Digital Pins 8-13
 
*/
 
// Defines an den Controller und die Anwendung anpassen
 
#define F_CPU         16000000L           // Systemtakt in Hz
#define F_PWM         100L               // PWM-Frequenz in Hz
#define PWM_PRESCALER 8                  // Vorteiler für den Timer
#define PWM_STEPS     1024                // PWM-Schritte pro Zyklus(1..256)
#define PWM_PORT      PORTB              // Port für PWM
#define PWM_DDR       DDRB               // Datenrichtungsregister für PWM
#define PWM_CHANNELS  6                  // Anzahl der PWM-Kanäle
 
// ab hier nichts ändern, wird alles berechnet
 
#define T_PWM (F_CPU/(PWM_PRESCALER*F_PWM*PWM_STEPS)) // Systemtakte pro PWM-Takt
//#define T_PWM 1   //TEST
 
#if ((T_PWM*PWM_PRESCALER)<(111+5))
    #error T_PWM zu klein, F_CPU muss vergrössert werden oder F_PWM oder PWM_STEPS verkleinert werden
#endif
 
#if ((T_PWM*PWM_STEPS)>65535)
    #error Periodendauer der PWM zu gross! F_PWM oder PWM_PRESCALER erhöhen.   
#endif
// includes
 
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
 
// globale Variablen
 
uint16_t pwm_timing[PWM_CHANNELS+1];          // Zeitdifferenzen der PWM Werte
uint16_t pwm_timing_tmp[PWM_CHANNELS+1];      
 
uint16_t pwm_mask[PWM_CHANNELS+1];            // Bitmaske für PWM Bits, welche gelöscht werden sollen
uint16_t pwm_mask_tmp[PWM_CHANNELS+1];        // ändern uint16_t oder uint32_t für mehr Kanäle
 
uint16_t pwm_setting[PWM_CHANNELS];           // Einstellungen für die einzelnen PWM-Kanäle
uint16_t pwm_setting_tmp[PWM_CHANNELS+1];     // Einstellungen der PWM Werte, sortiert
                                              // ändern auf uint16_t für mehr als 8 Bit Auflösung  
 
volatile uint8_t pwm_cnt_max=1;               // Zählergrenze, Initialisierung mit 1 ist wichtig!
volatile uint8_t pwm_sync;                    // Update jetzt möglich
 
// Pointer für wechselseitigen Datenzugriff
 
uint16_t *isr_ptr_time  = pwm_timing;
uint16_t *main_ptr_time = pwm_timing_tmp;
 
uint16_t *isr_ptr_mask  = pwm_mask;              // Bitmasken fuer PWM-Kanäle
uint16_t *main_ptr_mask = pwm_mask_tmp;          // ändern uint16_t oder uint32_t für mehr Kanäle
 
// Zeiger austauschen
// das muss in einem Unterprogramm erfolgen,
// um eine Zwischenspeicherung durch den Compiler zu verhindern
 
void tausche_zeiger(void) {
    uint16_t *tmp_ptr16;
    uint16_t *tmp_ptr8;                          // ändern uint16_t oder uint32_t für mehr Kanäle
 
    tmp_ptr16 = isr_ptr_time;
    isr_ptr_time = main_ptr_time;
    main_ptr_time = tmp_ptr16;
    tmp_ptr8 = isr_ptr_mask;
    isr_ptr_mask = main_ptr_mask;
    main_ptr_mask = tmp_ptr8;
}
 
// PWM Update, berechnet aus den PWM Einstellungen
// die neuen Werte für die Interruptroutine
 
void pwm_update(void) {
 
    uint8_t i, j, k;
    uint16_t m1, m2, tmp_mask;                   // ändern uint16_t oder uint32_t für mehr Kanäle    
    uint16_t min, tmp_set;                       // ändern auf uint16_t für mehr als 8 Bit Auflösung
 
    // PWM Maske für Start berechnen
    // gleichzeitig die Bitmasken generieren und PWM Werte kopieren
 
    m1 = 1;
    m2 = 0;
    for(i=1; i<=(PWM_CHANNELS); i++) {
        main_ptr_mask[i]=~m1;                       // Maske zum Löschen der PWM Ausgänge
        pwm_setting_tmp[i] = pwm_setting[i-1];
        if (pwm_setting_tmp[i]!=0) m2 |= m1;        // Maske zum setzen der IOs am PWM Start
        m1 <<= 1;
    }
    main_ptr_mask[0]=m2;                            // PWM Start Daten 
 
    // PWM settings sortieren; Einfügesortieren
 
    for(i=1; i<=PWM_CHANNELS; i++) {
        min=PWM_STEPS-1;
        k=i;
        for(j=i; j<=PWM_CHANNELS; j++) {
            if (pwm_setting_tmp[j]<min) {
                k=j;                                // Index und PWM-setting merken
                min = pwm_setting_tmp[j];
            }
        }
        if (k!=i) {
            // ermitteltes Minimum mit aktueller Sortiertstelle tauschen
            tmp_set = pwm_setting_tmp[k];
            pwm_setting_tmp[k] = pwm_setting_tmp[i];
            pwm_setting_tmp[i] = tmp_set;
            tmp_mask = main_ptr_mask[k];
            main_ptr_mask[k] = main_ptr_mask[i];
            main_ptr_mask[i] = tmp_mask;
        }
    }
 
    // Gleiche PWM-Werte vereinigen, ebenso den PWM-Wert 0 löschen falls vorhanden
 
    k=PWM_CHANNELS;             // PWM_CHANNELS Datensätze
    i=1;                        // Startindex
 
    while(k>i) {
        while ( ((pwm_setting_tmp[i]==pwm_setting_tmp[i+1]) || (pwm_setting_tmp[i]==0))  && (k>i) ) {
 
            // aufeinanderfolgende Werte sind gleich und können vereinigt werden
            // oder PWM Wert ist Null
            if (pwm_setting_tmp[i]!=0)
                main_ptr_mask[i+1] &= main_ptr_mask[i];        // Masken vereinigen
 
            // Datensatz entfernen,
            // Nachfolger alle eine Stufe hochschieben
            for(j=i; j<k; j++) {
                pwm_setting_tmp[j] = pwm_setting_tmp[j+1];
                main_ptr_mask[j] = main_ptr_mask[j+1];
            }
            k--;
        }
        i++;
    }
 
    // letzten Datensatz extra behandeln
    // Vergleich mit dem Nachfolger nicht möglich, nur löschen
    // gilt nur im Sonderfall, wenn alle Kanäle 0 sind
    if (pwm_setting_tmp[i]==0) k--;
 
    // Zeitdifferenzen berechnen
 
    if (k==0) { // Sonderfall, wenn alle Kanäle 0 sind
        main_ptr_time[0]=(uint16_t)T_PWM*PWM_STEPS/2;
        main_ptr_time[1]=(uint16_t)T_PWM*PWM_STEPS/2;
        k=1;
    }
    else {
        i=k;
        main_ptr_time[i]=(uint16_t)T_PWM*(PWM_STEPS-pwm_setting_tmp[i]);
        tmp_set=pwm_setting_tmp[i];
        i--;
        for (; i>0; i--) {
            main_ptr_time[i]=(uint16_t)T_PWM*(tmp_set-pwm_setting_tmp[i]);
            tmp_set=pwm_setting_tmp[i];
        }
        main_ptr_time[0]=(uint16_t)T_PWM*tmp_set;
    }
 
    // auf Sync warten
 
    pwm_sync=0;             // Sync wird im Interrupt gesetzt
    while(pwm_sync==0);
 
    // Zeiger tauschen
    cli();
    tausche_zeiger();
    pwm_cnt_max = k;
    sei();
}
 
// Timer 1 Output COMPARE A Interrupt
 
ISR(TIMER1_COMPA_vect) {
    static uint16_t pwm_cnt;                     // ändern auf uint16_t für mehr als 8 Bit Auflösung
    uint16_t tmp;                                // ändern uint16_t oder uint32_t für mehr Kanäle
 
    OCR1A += isr_ptr_time[pwm_cnt];
    tmp    = isr_ptr_mask[pwm_cnt];
 
    if (pwm_cnt == 0) {
        PWM_PORT = tmp;                         // Ports setzen zu Begin der PWM
                                                // zusätzliche PWM-Ports hier setzen
        pwm_cnt++;
    }
    else {
        PWM_PORT &= tmp;                        // Ports löschen
                                                // zusätzliche PWM-Ports hier setzen
        if (pwm_cnt == pwm_cnt_max) {
            pwm_sync = 1;                       // Update jetzt möglich
            pwm_cnt  = 0;
        }
        else pwm_cnt++;
    }
}

// ----------------- start own code ----------------------
#include <math.h>
#include <util/delay.h>
 void hsi2rgb(float H, float S, float I, uint16_t* rgb) {
  uint16_t r, g, b;
  H = fmod(H,360); // cycle H around to 0-360 degrees
  H = 3.14159*H/(float)180; // Convert to radians.
  S = S>0?(S<1?S:1):0; // clamp S and I to interval [0,1]
  I = I>0?(I<1?I:1):0;

  // Math! Thanks in part to Kyle Miller.
  if(H < 2.09439) {
    r = PWM_STEPS*I/3*(1+S*cos(H)/cos(1.047196667-H));
    g = PWM_STEPS*I/3*(1+S*(1-cos(H)/cos(1.047196667-H)));
    b = PWM_STEPS*I/3*(1-S);
  } else if(H < 4.188787) {
    H = H - 2.09439;
    g = PWM_STEPS*I/3*(1+S*cos(H)/cos(1.047196667-H));
    b = PWM_STEPS*I/3*(1+S*(1-cos(H)/cos(1.047196667-H)));
    r = PWM_STEPS*I/3*(1-S);
  } else {
    H = H - 4.188787;
    b = PWM_STEPS*I/3*(1+S*cos(H)/cos(1.047196667-H));
    r = PWM_STEPS*I/3*(1+S*(1-cos(H)/cos(1.047196667-H)));
    g = PWM_STEPS*I/3*(1-S);
  }
  rgb[0]=r;
  rgb[1]=g;
  rgb[2]=b;
}


float current = 150;
uint8_t increment = 100;
uint16_t rgb[3];

void loop(void)
{
  if (current >= PWM_STEPS)
  {
    for (uint16_t i = PWM_STEPS; i > 0 ; i-=100)
    {
      const uint16_t t1[PWM_CHANNELS]={PWM_STEPS-i, i, i, PWM_STEPS-i, i, i};
      memcpy(pwm_setting, t1, PWM_CHANNELS*2); //PWM_CHANNELS*2, da uint16_t 2Byte groß ist
      pwm_update();
      _delay_ms(50);
    }
    increment = -100; 
  }
  if(current <= 160)
  {
    for (uint16_t i = 0; i < PWM_STEPS; i+=100)
    {
      const uint16_t t1[PWM_CHANNELS]={PWM_STEPS-i, i, i, PWM_STEPS-i, i, i};
      memcpy(pwm_setting, t1, PWM_CHANNELS*2);
      pwm_update();
      _delay_ms(50);
    }

    increment = 100;
  }
  current += increment;

  for (float i = 0; i < 360; i++)
  {
    hsi2rgb(i, 1, current/(float)PWM_STEPS, rgb);
    const uint16_t t1[PWM_CHANNELS]={PWM_STEPS-rgb[0], rgb[1], rgb[2], PWM_STEPS-rgb[0], rgb[1], rgb[2]};
    memcpy(pwm_setting, t1, PWM_CHANNELS*2);
    pwm_update();
    _delay_ms(100);
  }

}

// ----------------- end own code ----------------------

int main(void) {
 
    // PWM Port einstellen
 
    PWM_DDR = 0xFF;         // Port als Ausgang
    // zusätzliche PWM-Ports hier setzen
 
    // Timer 1 OCRA1, als variablen Timer nutzen
 
    TCCR1B = 2;             // Timer läuft mit Prescaler 8, 2 == 010 (Prescaler 8)
    TIMSK1 |= (1<<OCIE1A);   // Interrupt freischalten
 
    sei();                  // Interrupts global einschalten
   
    while(1)
    {
      loop();
    }

    return 0;
}
// vim:ai:cin:sts=2 sw=2 ft=cpp