const int PWMpin = 1;
const int POTpin = 3;
const int SWpin = 4;

volatile byte rateCount = 0; // Timer0用カウンタ = 割り込み回数
volatile byte rateCountNum = 0; // Timer0 割り込み回数決定値
volatile int pwmCount = 0; // PWM用カウンタ 0～509
volatile unsigned long timeCount = 0; // タップ時間取得用カウンタ

unsigned long tapTime = 0; // タップ間隔時間
unsigned long timeTemp = 0; // タップ間隔時間一時保存用
unsigned long swCount = 0; // スイッチ用カウンタ
const byte rateAdj = 99; // 周期補正率 % 実測して設定
int oldPOTvalue = 2000; // 前回ADC読取値
int newPOTvalue = 2000; // 今回ADC読取値

void setup() {
  PLLCSR |= (1 << PLLE);  // Timer1 PLL許可
  delayMicroseconds(200); // Timer1 PLL許可後安定するまで待機
  PLLCSR |= (1 << PCKE);  // Timer1 PCK(64MHz)許可
  TCCR1 = 0b01100001;     // Timer1 PWM動作A 分周なし
  OCR1A = 100;            // Timer1 比較Aの値 = PWMデューティ比
  TCCR0A = 0b00000010;    // Timer0 CTCモード
  TCCR0B = 0b00000010;    // Timer0 クロック8分周
  TIMSK |= (1 << OCIE0A); // Timer0 比較A割り込み許可
  OCR0A = 100;            // Timer0 比較Aの値 = 割り込み間隔 us
  pinMode(PWMpin, OUTPUT);
  pinMode(POTpin, INPUT);
  pinMode(SWpin, INPUT_PULLUP);
  sei(); // 全割り込み許可
}

// LFO（Timer0 比較A割り込み）---------------------------------------
ISR(TIMER0_COMPA_vect) {
  if (rateCount == rateCountNum) {
    rateCount = 0;
    if (pwmCount == 510) pwmCount = 0;
    if (pwmCount < 256) OCR1A = pwmCount; // 三角波（上昇）
    else OCR1A = 510 - pwmCount;          // 三角波（下降）
    pwmCount++;
  }
  rateCount++;
  timeCount++;
}

void loop() { // 1ループ約0.14ms
  // タップテンポ ---------------------------------------------------
  if (digitalRead(SWpin) == LOW) {
    swCount++;
    if (swCount == 70) { // チャタリング対策 10msスイッチ押下で検出
      // 前回スイッチ検出から経過した時間を記録
      tapTime = timeTemp + timeCount * OCR0A * 0.001;
      timeTemp = 0; // 経過時間をリセット
      timeCount = 0;
      if ( 100 < tapTime && tapTime < 3000) { // 周期制限 0.1秒～3秒
        // デューティ比変更間隔時間へ換算（*1000/510*周期補正率）
        rateCalc(tapTime * 1.96078 * rateAdj * 0.01);
      }
    }
  }
  else swCount = 0;

  // ADC ------------------------------------------------------------
  newPOTvalue = analogRead(POTpin); // 読取値が4以上変化で変更
  if (abs(newPOTvalue - oldPOTvalue) > 3) {
    rateCalc((100 + 3 * newPOTvalue) * 1.96078 * rateAdj * 0.01);
    oldPOTvalue = newPOTvalue;
  }
}

// デューティ比変更間隔時間(x)変更計算 x = p * q + r ----------------
void rateCalc(int x) {
  byte q; // 商
  byte r; // 余り
  int pMin;
  byte qMin;
  byte rMin = 255;
  for (int p = 255; p > 99; p--) { // 除数255から100まで計算
    q = x / p;
    r = x % p;
    if (r < rMin) { // 余りrが最小値の時の値を記録
      pMin = p;
      qMin = q;
      rMin = r;
    }
  }
  // OCR0A変更前に経過した時間をtimeTempに代入した後、
  // カウンタをリセットして新しいOCR0Aで再度カウント開始
  timeTemp = timeTemp + timeCount * OCR0A * 0.001;
  timeCount = 0;
  OCR0A = pMin;
  rateCountNum = qMin;
  rateCount = 0;
}

const int PWMpin = 0;
const int POTpin = 3;
const int SWpin = 4;

unsigned long tapTime1 = 0; // 前回タップ時刻
unsigned long tapTime2 = 0; // 今回タップ時刻
unsigned long SWcount = 0; // スイッチ用カウンタ

int oldPOTvalue = 100; // 前回ADC読取値
int newPOTvalue = 100; // 今回ADC読取値

int i = 0; // PWM用カウンタ 0～125
unsigned long rate = 4000; // デューティ比変更間隔時間 us
int rateAdj = 24; // rate補正値 LFO周期: 126 * ( rate + rateAdj ) us
int rateMin = 760; // rate最小値 us
unsigned long preTime = 0; // 前回デューティ比変更時刻
unsigned long postTime = 0; // 現在時刻
byte sineTable[] = {
  0,   0,   1,   1,   3,   4,   6,   8,  10,  13,  15,  19,  22,  26,  30,  34,
  38,  43,  48,  53,  58,  64,  69,  75,  81,  87,  93,  99, 105, 111, 118, 124,
  130, 136, 143, 149, 155, 161, 167, 173, 179, 185, 191, 196, 201, 206, 211, 216,
  220, 224, 228, 232, 235, 239, 241, 244, 246, 248, 250, 251, 253, 253, 254, 254
};

void setup() {
  TCCR0B = 0b00000001; // PWM高速化 64倍(分周なし) 31.25kHz
  pinMode(PWMpin, OUTPUT);
  pinMode(POTpin, INPUT);
  pinMode(SWpin, INPUT_PULLUP);
}

void loop() {
  // タップテンポ----------------------------------------------------------------
  SWcount = 0;
  while (digitalRead(SWpin) == LOW) {
    SWcount++;
    if (SWcount == 10) { // チャタリング対策 10msスイッチ押下で検出
      tapTime2 = millis() / 64; // PWM高速化の影響でmillis時間が64倍になる
      // タップ間隔制限 0.1秒～3秒
      if ( 100 < tapTime2 - tapTime1 && tapTime2 - tapTime1 < 3000) {
        rate = (tapTime2 - tapTime1) * 7.9365 - rateAdj; // タップ間隔換算
      }
      tapTime1 = millis() / 64;
    }
    delayMicroseconds(625); // 1ms待機（約1.6倍になる?）
  }

  // ADC-------------------------------------------------------------------------
  newPOTvalue = analogRead(POTpin);
  if (abs(newPOTvalue - oldPOTvalue) > 2) { // ADC読取値が3以上変化でrate変更
    rate = rateMin + 24 * newPOTvalue;
    oldPOTvalue = newPOTvalue;
  }

  // LFO-------------------------------------------------------------------------
  if (i == 126) i = 0;
  while (micros() / 64 - preTime > rate - 300) {
    // 普段はスイッチ検出待ちのためメインループを繰り返すが、
    // デューティ比変更予定時刻の300us前になったらこのループ内に入り待機する
    postTime = micros() / 64;
    if (postTime - preTime >= rate) {
      if (i < 64) analogWrite(PWMpin, sineTable[i]); // 正弦波（上昇）
      else analogWrite(PWMpin, sineTable[126 - i]); // 正弦波（下降）
      preTime = postTime;
      i++;
      break;
    }
  }
}