CQ Publishing / Mbed 2 deprecated FftTest

Interface 2015年4月号 第１部 第７章のプログラム

Dependencies:   USBDevice mbed

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

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

/**
 *  @file       FftTest.h
 *  @brief      Header file for FftTest.cpp
 *  @date       2015.02.24
 *  @version    1.0.2
 */
#ifndef _INC_FftTest
#define _INC_FftTest

// #define _LARGE_RAM   /* Uncomment if using large RAM. */
/* Hann window array and bit reversal array can  */
/* be generated dynamically instead of constant. */

#include "mbed.h"

/* Constant */
#define PI              (3.141592)
#define SQRT_2F         (1.41421356f)
#define DATA_LENGTH     (256)

/**  FFT test
 */
class FftTest
{

public:
    FftTest();
    ~FftTest();
    void apply_window(float in_data[], float out_data[]);
    void calc_fft(float in_data[], float out_re_data[], float out_im_data[]);
    void calc_power(float re_data[], float im_data[], float pow_data[], int32_t dat_len);
    void calc_amplitude(float pow_data[], float amp_data[], int32_t dat_len);
    void norm_amplitude(float amp_data[], int32_t dat_len);

private:
    /* Menber variables */
    int32_t _dat_len;
    int32_t _digit_len;
#ifdef _LARGE_RAM
    float* _window_array;
    int32_t* _br_idx_array;
#else
    static const float _window_array[DATA_LENGTH];  /* Hann window array */
    static const int _br_idx_array[DATA_LENGTH];    /* Bit reversal index array */
#endif  /* LARGE_RAM */

    /* Member functions */
    void init();
    int32_t get_digit_len(int32_t val);
    void set_hann_window();
    void set_bit_reversal();
};
#endif  /* INC_FftTest */