不韋 呂 / Mbed 2 deprecated DSP_Seminar_FunctionGenerator

CQエレクトロニクス・セミナで使用するファンクション・ジェネレータの プログラム

Dependencies:   Array_Matrix mbed SerialTxRxIntr MyTicker7

main.cpp@0:8c8bc21159d9, 2022-02-25 (annotated)

Committer:
MikamiUitOpen
Date:
Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000
Revision:
0:8c8bc21159d9
1

Who changed what in which revision?

UserRevisionLine numberNew contents of line
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 1 //----------------------------------------------------------------------
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 2 // ファンクション･ジェネレータ (Nucleo-F446RE 用)
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 3 // COM ポートの自動検出に対応（9600 baud）
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 4 //
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 5 // 設定できる項目
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 6 // 波形の種類： 正弦波，方形波，合成方形波（フーリエ級数の５倍波までの和）
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 7 // 振幅： 0.00 ～ 1.00 倍
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 8 // 周波数： 10 Hz ～ 10 kHz
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 9 // ノイズ付加の有無
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 10 // 標本化間隔：2.5 μs
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 11 // 使用タイマ：TIM7
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 12 // 信号出力のピン： A2
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 13 // 同期信号出力のピン： A5
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 14 //
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 15 // PC 側のプログラム
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 16 // CQ_FunctionGenerator
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 17 //
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 18 // 2021/09/29, Copyright (c) 2021 MIKAMI, Naoki
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 19 //
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 20 // セミナで使うため，白色雑音を生成する際の LPF の遮断周波数を低くしたバージョン
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 21 // PC 側のプログラム
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 22 // Seminar_FunctionGenerator
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 23 //
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 24 // 2022/01/20, Copyright (c) 2022 MIKAMI, Naoki
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 25 //----------------------------------------------------------------------
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 26
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 27 #include "F446_DAC.hpp" // DA 変換器用
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 28 #include "SerialRxTxIntr.hpp" // シリアル通信用
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 29 #include "MyTicker7.hpp" // タイマ用
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 30 #include "FastSin.hpp" // 高速低精度 sin 関数
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 31 #include "MSeq16.hpp" // ノイズ発生器で使う M 系列信号発生器
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 32 #include "IirCascade.hpp" // ノイズ発生器で使う低域通過フィルタ
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 33 #include "CoefficientsLp4.hpp" // 低域通過フィルタの係数
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 34 #include <cctype> // isalpha() で使用
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 35 using namespace Mikami;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 36
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 37 #ifndef __STM32F446xx_H
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 38 #error "Use Nucleo-F446RE"
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 39 #endif
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 40
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 41 const float T0_ = 2.5f; // 出力の標本化間隔： 2.5 μs
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 42 const float C0_ = 4.0f;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 43 const float C0_2_ = C0_/2.0f;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 44 const float C0T0_ = C0_*T0_*1.0e-6f;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 45
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 46 MyTicker7 timer_(T0_); // タイマ割り込み用クラスのオブジェクト，TIM7 を利用
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 47 DigitalOut sync_(A5); // 同期信号出力用
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 48
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 49 float phi_ = 0;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 50 float dPhi_ = C0T0_*1000; // 周波数決める変数，開始時は 1 kHz;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 51 float volume_ = 0.9f*0.5f; // 出力の振幅を決める変数，開始時は 0.45
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 52 float volNoise_ = 0.5f; // ノイズの大きさを決める変数
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 53
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 54 // DA 変換器に関する関数等
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 55 DacF446 dac_; // DA 変換器オブジェクト
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 56 void DacOut(float x) { dac_.Write(x); } // 引数の値を出力
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 57 void DacZero(float x) { dac_.Write(0.0f); } // 0 を出力
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 58 void (*fpDa)(float) = DacZero; // 起動時は 0 を出力
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 59
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 60 // ノイズ付加に関する関数等
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 61 MSeq16 mSeq_; // M 系列発生器
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 62 IirCascade filter_(ORDER_, hk_, G0_); // 低域通過フィルタ
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 63 float Noise() { return volNoise_*filter_.Execute(mSeq_.Execute()); }
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 64 float NoiseFree() { return 0; }
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 65 float (*fpN)() = NoiseFree; // 起動時はノイズなし
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 66
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 67 // 発生する信号を定義する関数
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 68 // 正弦波
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 69 float Sin(float sinx) { return volume_*sinx + fpN(); }
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 70 // 方形波
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 71 float Rect(float sinx)
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 72 {
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 73 float x = (sinx >= 0) ? volume_ : -volume_;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 74 return x + fpN();
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 75 }
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 76 // 合成方形波（５倍波まで）
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 77 float Syn(float sinx)
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 78 {
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 79 static const float ONE_3 = 1.0f/3.0f; // フーリエ合成で使用
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 80 static const float ONE_5 = 0.2f; // フーリエ合成で使用
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 81
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 82 float sinx2 = sinx*sinx;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 83 float sin3x = (-4.0f*sinx2 + 3.0f)*sinx;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 84 float sin5x = ((16.0f*sinx2 - 20.0f)*sinx2 + 5.0f)*sinx;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 85
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 86 return volume_*(sinx + ONE_3*sin3x + ONE_5*sin5x) + fpN();
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 87 }
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 88 float (*fpS)(float) = Sin; // 起動時は正弦波
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 89
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 90 // ラジオボタン，チェックボックスに対応する処理
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 91 void Select(string str)
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 92 {
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 93 if (str == "On") fpDa = DacOut; // 選択された信号の出力
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 94 if (str == "Off") fpDa = DacZero; // 0 を出力
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 95
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 96 if (str == "Sin") fpS = Sin; // 正弦波
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 97 if (str == "Rect") fpS = Rect; // 方形波
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 98 if (str == "Syn") fpS = Syn; // 合成方形波
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 99
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 100 if (str == "NsOn") fpN = Noise; // ノイズ付加
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 101 if (str == "NsOff") fpN = NoiseFree; // ノイズなし
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 102 }
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 103
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 104 // スライダ（TrackBar）に対応する処理
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 105 void NumericCtrl(string str)
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 106 {
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 107 char c1 = str[0]; // 先頭の文字を取得
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 108 float x = atof(str.substr(1).c_str());
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 109
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 110 if (c1 == '#') volume_ = x*0.9f; // 出力振幅の変更
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 111 if (c1 == '$') dPhi_ = C0T0_*x; // 周波数の変更
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 112 if (c1 == '%') volNoise_ = x; // ノイズの大きさの変更
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 113 }
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 114
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 115 // タイマ割り込みに対する割込みサービス･ルーチン
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 116 void TimerIsr()
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 117 {
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 118 float sinx = FastSin(phi_); // 基本波発生
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 119 fpDa(fpS(sinx)); // 指定された信号を出力
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 120 GPIOC->BSRR = (sinx >= 0) ? // 同期信号を出力
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 121 0x1 : 0x10000;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 122
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 123 phi_ += dPhi_;
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 124 if (phi_ >= C0_2_) phi_ -= C0_; // オーバーフロー防止
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 125 }
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 126
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 127 int main()
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 128 {
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 129 SerialRxTxIntr rxTx; // PC との通信用，9600 baud
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 130 // 以下の割り込み優先順位の設定を忘れないこと
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 131 NVIC_SetPriority(TIM7_IRQn, 0); // 最優先
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 132 NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 1); // USART2 割り込み：次に優先
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 133
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 134 timer_.Attach(&TimerIsr); // タイマ割り込み設定
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 135
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 136 while (true) // PC からの指令に対応する処理
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 137 {
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 138 if (rxTx.IsEol()) // 受信バッファのデータが有効になった場合の処理
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 139 {
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 140 string str = rxTx.GetBuffer();
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 141 if (str == "FG_Seminar")
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 142 rxTx.TxString("ACK\n"); // PC からの "FG" に対して "ACK" を送信する
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 143 else
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 144 if (isalpha(str[0])) // 先頭が A ～ Z, a ～ z の場合
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 145 Select(str);
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 146 else // 先頭が A ～ Z, a ～ z 以外の場合
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 147 NumericCtrl(str);
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 148 }
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 149 }
MikamiUitOpen 0:8c8bc21159d9 150 }