/* Mehrfachpulsgenerator mittels DDS

Ausgabe von vier Digitalsignalen mit variabler Frequenz und Phase

Auflösung der Variablen

R(frequenz) : F_TIMER / 2^16 = 6552Hz / 65536 = 0,1 Hz
R(phase)    : 360° / 256 = 1,4° = 0,025 rad

*/

#include <util/atomic.h>

#define F_TIMER 6552L // Hz
#define PRESCALER 1
#define TIMER_RELOAD ((F_CPU / ( PRESCALER * F_TIMER) -1))    // Fast PWM

// Variablen

volatile uint16_t accu[4], frequenz[4];
volatile uint8_t  phase[4];

// freq100mHz in 0,1 Hz, 0-(F_TIMER*10)/2
uint16_t setFrequency(uint16_t freq100mHz) {
   return ((uint32_t)freq100mHz<<16)/(F_TIMER*10);
}

// phaseDeg in Grad, 0-360
uint8_t setPhase(uint16_t phaseDeg) {
   return (phaseDeg * 256L) / 360;
}

// Reset des DDS Akkus muss atomar sein, damit die Phasenlage garantiert ist
// Außerdem sind die Akkus 16 Bit und damit nicht atomar auf einem kleinen 8 Bit AVR
// Erst Frequenz und Phase definieren, danach resetDDS() aufrufen

void resetDDS(void) {
  ATOMIC_BLOCK(ATOMIC_RESTORESTATE) {
    accu[0] = phase[0] << 8;
    accu[1] = phase[1] << 8;
    accu[2] = phase[2] << 8;
    accu[3] = phase[3] << 8;      
  }
}
void setup(){

  // zusammenliegende IOs in einem PORT wählen
  // muss manuell an Bits in ISR angepaßt werden
  // direkter IO Zugriff über Register ist deutlich schneller als digitalWrite() und digitalRead()
  pinMode(2, OUTPUT);  // PD2
  pinMode(3, OUTPUT);  // PD3
  pinMode(4, OUTPUT);  // PD4
  pinMode(5, OUTPUT);  // PD5

  // Timer1 initialisieren
  // Mode 14, Fast PWM (ICR1), nichtinvertierte PWM, Prescaler 1
  TCCR1A  = (1<<WGM11);
  TCCR1B  = (1<<WGM13)  | (1<<WGM12)  | (1<<CS10);
  ICR1    = TIMER_RELOAD;
  TIMSK1 |= (1 << ICIE1);      // Aktivieren des Timer-Reload Interrupts (ICR1)

/*
 // verschiedene Frequenzen
  ATOMIC_BLOCK(ATOMIC_RESTORESTATE) {
    frequenz[0]  = setFrequency(100);
    frequenz[1]  = setFrequency(200);
    frequenz[2]  = setFrequency(300);
    frequenz[3]  = setFrequency(400);
    phase[0]     = setPhase(0);
    phase[1]     = setPhase(0);
    phase[2]     = setPhase(0);
    phase[3]     = setPhase(0);
  }
  resetDDS();
*/
  // Phasenverschiebung
  ATOMIC_BLOCK(ATOMIC_RESTORESTATE) {
    frequenz[0]  = setFrequency(100);
    frequenz[1]  = setFrequency(100);
    frequenz[2]  = setFrequency(100);
    frequenz[3]  = setFrequency(100);
    phase[0]     = setPhase(0);
    phase[1]     = setPhase(90);
    phase[2]     = setPhase(180);
    phase[3]     = setPhase(270);
  }
  resetDDS();

}

void loop() {
}

// Interrupt für Timer 1, Frequenz F_TIMER
// Brechnung der DDS Akkus und Datenausgabe

ISR(TIMER1_CAPT_vect) {        
  uint16_t tmp;    
  uint8_t port;

  port = PORTD & ~(0xF<<2);   // PORTD lesen und Bits 2-5 löschen

  // vier DDS Akkus berechnen und MSB in port kopieren
  // ohne Schleife geht es etwas schneller (loop unrolling)
    
  tmp = accu[0]+frequenz[0];
  if (tmp & (1<<15)) port |= (1<<2);  // MSB kopieren
  accu[0] = tmp;

  tmp = accu[1]+frequenz[1];
  if (tmp & (1<<15)) port |= (1<<3);  // MSB kopieren
  accu[1] = tmp;

  tmp = accu[2]+frequenz[2];
  if (tmp & (1<<15)) port |= (1<<4);  // MSB kopieren
  accu[2] = tmp;

  tmp = accu[3]+frequenz[3];
  if (tmp & (1<<15)) port |= (1<<5);  // MSB kopieren
  accu[3] = tmp;

  PORTD = port;   // IOs schreiben
}