Interface 2015年4月号 第1部 第7章のプログラム

Dependencies:   USBDevice mbed

Information

FftTest - Interface 2015年4月号 第1部 第7章 のソフトウェア

Program for Section 7 in April 2015 issue of Interface
(Japanese electronics magazine)

概要

このプログラムは、

  • ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、ノッチフィルタ
    を行うFilterTestクラス、
  • FFT (256点)
    を行うFftTestクラス、
    波形をUSBシリアル通信でホストへ送信するmain関数で構成されています。

FilterTest.h, FilterTest.cpp

  • A-Dサンプリング - 1 kSPS
  • ハイパスフィルタ(遮断周波数 0.5 Hz、1次バターワース)
  • ローパスフィルタ(遮断周波数 30 Hz、2次バターワース)
  • ノッチフィルタ(中心周波数 50 Hz、2次)

FftTest.h, FftTest.cpp

  • 256点FFT演算 - クーリー-テューキー アルゴリズム 基数-2 時間間引き
  • ハン窓(ハニング窓)適用
  • パワー値計算
  • 振幅値計算
  • 振幅値正規化(実効値にスケーリング)

main.cpp

  • データ送信レート - 200 SPS
  • メインループ - ポーリングにより、サンプリング、フィルタ処理完了フラグがセットされたら、
    また、FFT完了フラグがセットされたらUSBシリアル通信経由で、ホストへ送信する

シリアル通信フォーマット

 (※)誌面ではパケットサイズ 64 byteとなっていますが、
    64 byteでは、PCのUSBドライバが 4096 byteまで保持し、波形が滑らかに描画できないため、
    Ver.1.0.2で、32 byteに変更しています。

  • 34byte固定長パケット方式
  • 波形データパケット、FFTパケットの2種類
波形データパケットFFTパケット
0x00パケットヘッダ(固定値0xAA)パケットヘッダ(固定値0xAA)
0x01データ種別ID(0x01: 波形データ)(0x02: FFTデータ)
0x02パケット番号(0 - 99繰り返し)レンジ(0: DC - 23 Hz, 1: 23 - 46 Hz, 2: 46 - 70 Hz)
0x03ペイロードサイズ(固定値30)ペイロードサイズ(固定値30)
0x04 - 0x21波形データ(short, big endian)FFTデータ(unsigned short, big endian)

Description

This contains FilterTest class, FftTest class and main function.

FilterTest class:

  • High pass filter, Low pass, Notch filter

FftTest class:

  • FFT (256 points)

Main function:

  • Send waveform and FFT data to host via USB serial class.

FilterTest.h, FilterTest.cpp

  • A-D sampling - 1 kSPS
  • High pass filter - Cut off frequency 0.5 Hz, first order butterworth
  • Low pass filter - Cut off frequency 30 Hz, second order butterworth
  • Notch filter - Center frequency 50 Hz, second order

FftTest.h, FftTest.cpp

  • 256 points FFT - Cooley-Tukey algorithm Radix-2 Decimation-In-Time
  • Apply Hann window
  • Calculate power spectrum
  • Calculate amplitude spectrum
  • Normalize amplitude

main.cpp

  • Data sending rate - 200 SPS
  • Main loop - sending waveform and FFT data via USB serial interface when detecting ready flag.

Packet format for USB serial interface

  • Packet size: 34 bytes(fixed)
  • Two types of packet, waveform packet and FFT packet
Waveform packetFFT packet
0x00Packet header (0xAA (fixed))Packet header (0xAA (fixed))
0x01Data type ID (0x01: Waveform ID)(0x02: FFT ID)
0x02Packet number (0 - 99)Range (0: DC - 23 Hz, 1: 23 - 46 Hz, 2: 46 - 70 Hz)
0x03Payload size (30 (fixed))Payload size (30 (fixed))
0x04 - 0x21Waveform data (short, big endian)FFT data (unsigned short, big endian)