pico 音階発生器を一時間で作ってみた

#include <Arduino.h>
#include <hardware/pwm.h>
#include <hardware/timer.h>

// ====== スピーカー（差動PWM） ======
constexpr uint gpioA = 15;  // 今回はsingle endで使う
constexpr uint gpioB = 14;  // 使わない

constexpr uint32_t PWM_FREQ    = 250000;  // キャリア
constexpr uint32_t SAMPLE_RATE = 40000;   // サンプル更新

// ====== DDS ======
constexpr uint8_t  TABLE_BITS = 8;        // 256
constexpr uint16_t TABLE_SIZE = 1u << TABLE_BITS;

uint16_t sinTable[TABLE_SIZE];            // 0..255

volatile uint32_t phase = 0;
volatile uint32_t phaseStep = 0;
volatile uint8_t  volume = 180;           // 0..255

repeating_timer_t audioTimer;
uint sliceA, chanA, sliceB, chanB;

// ====== キー ======
constexpr int NUM_KEYS = 12;
const uint8_t keyPins[NUM_KEYS] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11};

const float noteHz[NUM_KEYS] = {  // 音階周波数(出力でx2している)
  220.00f, // A3
  246.94f, // B3
  261.63f, // C4
  293.66f, // D4
  329.63f, // E4
  349.23f, // F4
  392.00f, // G4
  440.00f, // A4
  493.88f, // B4
  523.25f, // C5
  587.33f, // D5
  659.25f  // E5
};

static inline void pwm_write(uint slice, uint chan, uint16_t level){
  pwm_set_chan_level(slice, chan, level);
}

// ====== 音生成ISR（40kHz） ======
bool audioCallback(repeating_timer_t*) {
  if (phaseStep == 0) {
    // 無音：両方中点固定（差動なので実質0）
    pwm_write(sliceA, chanA, 128);
    pwm_write(sliceB, chanB, 128);
    return true;
  }

  phase += phaseStep;
  uint16_t idx = phase >> (32 - TABLE_BITS);
  int16_t s = (int16_t)sinTable[idx] - 128;     // -128..127
  int16_t scaled = (s * (int16_t)volume) >> 8;  // 音量
  int16_t out = scaled + 128;   // 0..255
  if(out < 0) out = 0;
  if(out > 255) out = 255;

  uint16_t a = (uint16_t)out;
  uint16_t b = 255 - a;         // 逆相

  pwm_write(sliceA, chanA, a);
  pwm_write(sliceB, chanB, b);
  return true;
}

void setNoteHzOrOff(float hz){
  if (hz <= 0.0f) {
    phaseStep = 0;
    return;
  }
  phaseStep = (uint32_t)((hz * 4294967296.0f) / (float)SAMPLE_RATE);
}

void setupPwmPin(uint gpio, uint &slice, uint &chan){
  gpio_set_function(gpio, GPIO_FUNC_PWM);
  slice = pwm_gpio_to_slice_num(gpio);
  chan  = pwm_gpio_to_channel(gpio);
  pwm_set_wrap(slice, 255);
  float clkdiv = 125000000.0f / (PWM_FREQ * 256.0f);
  pwm_set_clkdiv(slice, clkdiv);
  pwm_set_enabled(slice, true);
}

// ====== キー読み（単音：最初に見つけたキー） ======
int readKeyIndex() {
  for (int i = 0; i < NUM_KEYS; i++) {
    if (digitalRead(keyPins[i]) == LOW) return i; // 押下
  }
  return -1;
}

void setup() {
  for (uint32_t i = 0; i < TABLE_SIZE; i++) { // sinテーブル生成
    float x = 2.0f * PI * (float)i / (float)TABLE_SIZE;
    float v = sinf(x) * 0.5f + 0.5f;
    sinTable[i] = (uint16_t)(v * 255.0f + 0.5f);
  }
  for (int i = 0; i < NUM_KEYS; i++) {  // キー入力ポートイニシャル（内部プルアップ）
    pinMode(keyPins[i], INPUT_PULLUP);
  }
  setupPwmPin(gpioA, sliceA, chanA);
  setupPwmPin(gpioB, sliceB, chanB);
  add_repeating_timer_us(-(int)(1000000 / SAMPLE_RATE), audioCallback, nullptr, &audioTimer);
  setNoteHzOrOff(0); // 最初は無音（出力はHL固定ではなく50%duty）
}

void loop() {
  static int lastKey = -2;
  static uint32_t lastChangeMs = 0;

  int k = readKeyIndex();
  if (k != lastKey) {   // 簡易デバウンス：変化後5ms待って確定
    lastChangeMs = millis();
    lastKey = k;
  }
  if (millis() - lastChangeMs < 5) return;

  // 確定したキーで音を更新
  static int appliedKey = -1;
  if (k != appliedKey) {
    appliedKey = k;
    if (k < 0) {
      setNoteHzOrOff(0);            // 離したら止める
    } else {
      setNoteHzOrOff(noteHz[k]*2);  // 押してる間鳴る（SPの低音弱いのでx2で１オクターブ上げる）
    }
  }
}