CQ Publishing / Mbed 2 deprecated tg_201410s9_FG

Transistor Gijutsu, October 2014, Special Features Chapter 9， Software of the Function Generator トランジスタ技術2014年10月号　特集第9章のソフトウェア わがまま波形発生器のソフトウェア

Dependencies:   USBDevice mbed

Information

tg_201410s8_AD7714 トランジスタ技術 2014年 10月号 第9章のソフトウェア

Program for Section 9 in October. 2014 issue of the Transistor Gijutsu
(Japanese electronics magazine)

概要

このプログラムは、ソフトウエアDDSにより、任意の波形を出力（2ch）します。 特徴は次のとおりです。

  • PWM出力をDAコンバータとして利用します。
  • 周波数や波形、バースト条件などを個別に設定できる独立した出力を２チャネル持っています。
  • 周波数分解能0.023ｍHz
  • 周波数範囲0.023ｍHz～１０ｋHz
  • 各チャネルにそれぞれ、波形の先頭で出力されるトリガ出力があります。
  • 出力波形を関数で定義できます。
  • 休止波数、出力波数、を設定することでバースト波形が出力できます。

ファイル

このソフトウエアは、次のファイルから構成されています。

  • DDS.cpp - DDSによる波形発生
  • main.cpp - main()関数

詳細については、10月号の記事および上記ファイル中のコメントを参照してください。

DDS/DDS.cpp@0:f1ecca559ec3, 2014-08-29 (annotated)

Committer:
Dance
Date:
Fri Aug 29 08:33:17 2014 +0000
Revision:
0:f1ecca559ec3
Transistor Gijutsu, October 2014, Special Features Chapter 9; ????????2014?10??????9????????

Who changed what in which revision?

UserRevisionLine numberNew contents of line
Dance 0:f1ecca559ec3 1 #include "mbed.h"
Dance 0:f1ecca559ec3 2 #include "USBSerial.h"
Dance 0:f1ecca559ec3 3 #include "DDS.h"
Dance 0:f1ecca559ec3 4 #include "DigitalOut.h"
Dance 0:f1ecca559ec3 5 #include "math.h"
Dance 0:f1ecca559ec3 6
Dance 0:f1ecca559ec3 7 DigitalOut out1(P0_2); // osc1のトリガ出力ピン
Dance 0:f1ecca559ec3 8 DigitalOut out2(P0_23); // osc2のトリガ出力ピン
Dance 0:f1ecca559ec3 9
Dance 0:f1ecca559ec3 10 // 最適化指定。DDS基準周波数100kHzに必要。
Dance 0:f1ecca559ec3 11 #pragma O3
Dance 0:f1ecca559ec3 12
Dance 0:f1ecca559ec3 13 // スタティック変数の領域確保
Dance 0:f1ecca559ec3 14 int16_t DDS::waveForm1[DDS::TBLSIZE];
Dance 0:f1ecca559ec3 15 unsigned int DDS::phaseAcc1 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 16 unsigned int DDS::phaseInc1 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 17 unsigned int DDS::phaseShift1 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 18 int DDS::bstBgn1;
Dance 0:f1ecca559ec3 19 int DDS::bstEnd1;
Dance 0:f1ecca559ec3 20 int DDS::bstLen1;
Dance 0:f1ecca559ec3 21 int DDS::bstDcL1;
Dance 0:f1ecca559ec3 22 int DDS::trigger1;
Dance 0:f1ecca559ec3 23 int DDS::wc1;
Dance 0:f1ecca559ec3 24 int DDS::lp1;
Dance 0:f1ecca559ec3 25
Dance 0:f1ecca559ec3 26 int16_t DDS::waveForm2[DDS::TBLSIZE];
Dance 0:f1ecca559ec3 27 unsigned int DDS::phaseAcc2 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 28 unsigned int DDS::phaseInc2 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 29 unsigned int DDS::phaseShift2 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 30 int DDS::bstBgn2;
Dance 0:f1ecca559ec3 31 int DDS::bstEnd2;
Dance 0:f1ecca559ec3 32 int DDS::bstLen2;
Dance 0:f1ecca559ec3 33 int DDS::bstDcL2;
Dance 0:f1ecca559ec3 34 int DDS::trigger2;
Dance 0:f1ecca559ec3 35 int DDS::wc2;
Dance 0:f1ecca559ec3 36 int DDS::lp2;
Dance 0:f1ecca559ec3 37
Dance 0:f1ecca559ec3 38
Dance 0:f1ecca559ec3 39 // 割り込みハンドラ
Dance 0:f1ecca559ec3 40 void PWM1_IRQHandler (void)
Dance 0:f1ecca559ec3 41 {
Dance 0:f1ecca559ec3 42 static int pw1 = 1;
Dance 0:f1ecca559ec3 43 static int pw2 = 1;
Dance 0:f1ecca559ec3 44 LPC_CT32B1->IR |= 0x01; // 割り込み要因のリセット
Dance 0:f1ecca559ec3 45 LPC_CT32B1->MR1 = pw1; // PWM1パルス幅変更
Dance 0:f1ecca559ec3 46 LPC_CT32B1->MR2 = pw2; // PWM2パルス幅変更
Dance 0:f1ecca559ec3 47 out1 = DDS::trigger1; // トリガパルス出力
Dance 0:f1ecca559ec3 48 out2 = DDS::trigger2;
Dance 0:f1ecca559ec3 49 DDS::trigger1 = 0; // トリガ要因リセット
Dance 0:f1ecca559ec3 50 DDS::trigger2 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 51
Dance 0:f1ecca559ec3 52 // 次のPWM幅とトリガ要因を計算
Dance 0:f1ecca559ec3 53 pw1 = DDS::getNextPw1();
Dance 0:f1ecca559ec3 54 pw2 = DDS::getNextPw2();
Dance 0:f1ecca559ec3 55 // トリガパルス終了。パルス幅はPWM計算時間。
Dance 0:f1ecca559ec3 56 out1 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 57 out2 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 58 }
Dance 0:f1ecca559ec3 59
Dance 0:f1ecca559ec3 60 // osc1次のパルス幅を得る
Dance 0:f1ecca559ec3 61 inline int DDS::getNextPw1(void)
Dance 0:f1ecca559ec3 62 {
Dance 0:f1ecca559ec3 63 static int ret = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 64
Dance 0:f1ecca559ec3 65 // 位相の更新
Dance 0:f1ecca559ec3 66 phaseAcc1 += phaseInc1;
Dance 0:f1ecca559ec3 67 // バースト信号処理
Dance 0:f1ecca559ec3 68 if(bstBgn1 <= wc1 && wc1 <= bstEnd1){
Dance 0:f1ecca559ec3 69 ret = waveForm1[(phaseAcc1 + phaseShift1)>> WFRES];
Dance 0:f1ecca559ec3 70 }else{
Dance 0:f1ecca559ec3 71 ret = bstDcL1;
Dance 0:f1ecca559ec3 72 }
Dance 0:f1ecca559ec3 73 if(lp1 > phaseAcc1){
Dance 0:f1ecca559ec3 74 // バースト出力の先頭でトリガパルスを発生する
Dance 0:f1ecca559ec3 75 wc1++;
Dance 0:f1ecca559ec3 76 if(wc1 > bstLen1){
Dance 0:f1ecca559ec3 77 wc1 = 1;
Dance 0:f1ecca559ec3 78 trigger1 = 1;
Dance 0:f1ecca559ec3 79 }
Dance 0:f1ecca559ec3 80 }
Dance 0:f1ecca559ec3 81 lp1 = phaseAcc1;
Dance 0:f1ecca559ec3 82
Dance 0:f1ecca559ec3 83 return ret;
Dance 0:f1ecca559ec3 84 };
Dance 0:f1ecca559ec3 85
Dance 0:f1ecca559ec3 86 // osc2次のパルス幅を得る
Dance 0:f1ecca559ec3 87 inline int DDS::getNextPw2(void)
Dance 0:f1ecca559ec3 88 {
Dance 0:f1ecca559ec3 89 static int ret = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 90
Dance 0:f1ecca559ec3 91 phaseAcc2 += phaseInc2;
Dance 0:f1ecca559ec3 92 if(bstBgn2 <= wc2 && wc2 <= bstEnd2){
Dance 0:f1ecca559ec3 93 ret = waveForm2[(phaseAcc2 + phaseShift2) >> WFRES];
Dance 0:f1ecca559ec3 94 }else{
Dance 0:f1ecca559ec3 95 ret = bstDcL2;
Dance 0:f1ecca559ec3 96 }
Dance 0:f1ecca559ec3 97 if(lp2 > phaseAcc2){
Dance 0:f1ecca559ec3 98 wc2++;
Dance 0:f1ecca559ec3 99 if(wc2 > bstLen2){
Dance 0:f1ecca559ec3 100 wc2 = 1;
Dance 0:f1ecca559ec3 101 trigger2 = 1;
Dance 0:f1ecca559ec3 102 }
Dance 0:f1ecca559ec3 103 }
Dance 0:f1ecca559ec3 104 lp2 = phaseAcc2;
Dance 0:f1ecca559ec3 105 return ret;
Dance 0:f1ecca559ec3 106 };
Dance 0:f1ecca559ec3 107
Dance 0:f1ecca559ec3 108 void DDS::reset(void)
Dance 0:f1ecca559ec3 109 {
Dance 0:f1ecca559ec3 110 // 割り込みを停止してから変数を初期化
Dance 0:f1ecca559ec3 111 NVIC_DisableIRQ(TIMER_32_1_IRQn);
Dance 0:f1ecca559ec3 112 phaseAcc1 = phaseAcc2 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 113 wc1 = wc2 = 1;
Dance 0:f1ecca559ec3 114 lp1 = lp2 = 0xffffffff;
Dance 0:f1ecca559ec3 115 NVIC_EnableIRQ(TIMER_32_1_IRQn);
Dance 0:f1ecca559ec3 116 }
Dance 0:f1ecca559ec3 117
Dance 0:f1ecca559ec3 118 // osc1バースト波形の設定
Dance 0:f1ecca559ec3 119 void DDS::burst1(int begin, int end, int length, float dcLevel)
Dance 0:f1ecca559ec3 120 {
Dance 0:f1ecca559ec3 121 bstBgn1 = begin;
Dance 0:f1ecca559ec3 122 bstEnd1 = end;
Dance 0:f1ecca559ec3 123 bstLen1 = length;
Dance 0:f1ecca559ec3 124 bstDcL1 = WFVSPN - WFMAG * dcLevel * WFVSPN;
Dance 0:f1ecca559ec3 125 }
Dance 0:f1ecca559ec3 126
Dance 0:f1ecca559ec3 127 // osc1バースト波形の設定
Dance 0:f1ecca559ec3 128 void DDS::burst2(int begin, int end, int length, float dcLevel)
Dance 0:f1ecca559ec3 129 {
Dance 0:f1ecca559ec3 130 bstBgn2 = begin;
Dance 0:f1ecca559ec3 131 bstEnd2 = end;
Dance 0:f1ecca559ec3 132 bstLen2 = length;
Dance 0:f1ecca559ec3 133 bstDcL2 = WFVSPN - WFMAG * dcLevel * WFVSPN;
Dance 0:f1ecca559ec3 134 }
Dance 0:f1ecca559ec3 135
Dance 0:f1ecca559ec3 136 void DDS::fillTable(int16_t wftbl[], float level, float ofst, float (*wf)(float x))
Dance 0:f1ecca559ec3 137 {
Dance 0:f1ecca559ec3 138 level = (level < -2.0) ? -2.0 : level;
Dance 0:f1ecca559ec3 139 level = (level > 2.0) ? 2.0 : level;
Dance 0:f1ecca559ec3 140
Dance 0:f1ecca559ec3 141 for(int a = 0; a < TBLSIZE; a++){
Dance 0:f1ecca559ec3 142 // ラジアンを引数として関数値を計算
Dance 0:f1ecca559ec3 143 float val = wf(2.0 * PI * a / TBLSIZE);
Dance 0:f1ecca559ec3 144 val = (val < -1.0) ? -1.0 : val;
Dance 0:f1ecca559ec3 145 val = (val > 1.0) ? 1.0 : val;
Dance 0:f1ecca559ec3 146 // PWMの極性に合わせるためvalの符号を反転し、PWM値に変換
Dance 0:f1ecca559ec3 147 //val = (level * val + ofst) * WFMAG * WFVSPN;
Dance 0:f1ecca559ec3 148 val = (level * val + ofst) * WFMAG * WFVSPN;
Dance 0:f1ecca559ec3 149 wftbl[a] = WFVSPN - val;
Dance 0:f1ecca559ec3 150 }
Dance 0:f1ecca559ec3 151 }
Dance 0:f1ecca559ec3 152
Dance 0:f1ecca559ec3 153 /// OSC1の波形定義
Dance 0:f1ecca559ec3 154 void DDS::osc1(float f, float p, float level, float ofst, float (*wf)(float x))
Dance 0:f1ecca559ec3 155 {
Dance 0:f1ecca559ec3 156 phaseInc1 = (PACCLEN / DDSCLK) * f;
Dance 0:f1ecca559ec3 157 if(p < 0){
Dance 0:f1ecca559ec3 158 p = 360 - p;
Dance 0:f1ecca559ec3 159 }
Dance 0:f1ecca559ec3 160 phaseShift1 = PACCLEN * p / 360.0;
Dance 0:f1ecca559ec3 161 fillTable(waveForm1, level, ofst, wf);
Dance 0:f1ecca559ec3 162 }
Dance 0:f1ecca559ec3 163
Dance 0:f1ecca559ec3 164 /// OSC2の波形定義
Dance 0:f1ecca559ec3 165 void DDS::osc2(float f, float p, float level, float ofst, float (*wf)(float x))
Dance 0:f1ecca559ec3 166 {
Dance 0:f1ecca559ec3 167 // 位相増分
Dance 0:f1ecca559ec3 168 phaseInc2 = (PACCLEN / DDSCLK) * f;
Dance 0:f1ecca559ec3 169 if(p < 0){
Dance 0:f1ecca559ec3 170 p = 360 - p;
Dance 0:f1ecca559ec3 171 }
Dance 0:f1ecca559ec3 172 phaseShift2 = PACCLEN * p / 360.0;
Dance 0:f1ecca559ec3 173 fillTable(waveForm2, level, ofst, wf);
Dance 0:f1ecca559ec3 174 }
Dance 0:f1ecca559ec3 175
Dance 0:f1ecca559ec3 176 void DDS::osc1(float freq, float phase)
Dance 0:f1ecca559ec3 177 {
Dance 0:f1ecca559ec3 178 phaseInc1 = (PACCLEN / DDSCLK) * freq;
Dance 0:f1ecca559ec3 179 phaseShift1 = PACCLEN * phase / 360.0;
Dance 0:f1ecca559ec3 180 }
Dance 0:f1ecca559ec3 181
Dance 0:f1ecca559ec3 182 void DDS::osc2(float freq, float phase)
Dance 0:f1ecca559ec3 183 {
Dance 0:f1ecca559ec3 184 phaseInc2 = (PACCLEN / DDSCLK) * freq;
Dance 0:f1ecca559ec3 185 phaseShift2 = PACCLEN * phase / 360.0;
Dance 0:f1ecca559ec3 186 }
Dance 0:f1ecca559ec3 187
Dance 0:f1ecca559ec3 188 // 三角波
Dance 0:f1ecca559ec3 189 float triangle(float x)
Dance 0:f1ecca559ec3 190 {
Dance 0:f1ecca559ec3 191 if(x < PI){
Dance 0:f1ecca559ec3 192 return 2.0 * x / PI - 1.0;
Dance 0:f1ecca559ec3 193 }else{
Dance 0:f1ecca559ec3 194 return 2.0 * (2 * PI - x) / PI - 1.0;
Dance 0:f1ecca559ec3 195 }
Dance 0:f1ecca559ec3 196 }
Dance 0:f1ecca559ec3 197
Dance 0:f1ecca559ec3 198 // 三角関数の合成による三角波
Dance 0:f1ecca559ec3 199 float triangleSin(float x)
Dance 0:f1ecca559ec3 200 {
Dance 0:f1ecca559ec3 201 x -= PI / 2.0;
Dance 0:f1ecca559ec3 202 return 8.0 / PI / PI * (sin(x) - sin(3.0 * x) / 9.0 + sin(5.0 * x) / 25.0);
Dance 0:f1ecca559ec3 203 //return 8.0 / PI / PI * (sin(x) - sin(3.0 * x) / 9.0 + sin(5.0 * x) / 25.0 - sin(7.0 * x) / 49.0 + sin(9.0 * x)/81.0);
Dance 0:f1ecca559ec3 204 }
Dance 0:f1ecca559ec3 205
Dance 0:f1ecca559ec3 206 // 方形波
Dance 0:f1ecca559ec3 207 float square(float x)
Dance 0:f1ecca559ec3 208 {
Dance 0:f1ecca559ec3 209 if(x < PI){
Dance 0:f1ecca559ec3 210 return 1.0;
Dance 0:f1ecca559ec3 211 }else{
Dance 0:f1ecca559ec3 212 return -1.0;
Dance 0:f1ecca559ec3 213 }
Dance 0:f1ecca559ec3 214 }
Dance 0:f1ecca559ec3 215
Dance 0:f1ecca559ec3 216 // コンソトラクタ、ハードウエアの初期化
Dance 0:f1ecca559ec3 217 DDS::DDS(void)
Dance 0:f1ecca559ec3 218 {
Dance 0:f1ecca559ec3 219 LPC_IOCON->TRST_PIO0_14 = 0x83; // P0_14 -> CT32B1_MAT1
Dance 0:f1ecca559ec3 220 LPC_IOCON->SWDIO_PIO0_15 = 0x83; // P0_15 -> CT32B1_MAT2
Dance 0:f1ecca559ec3 221 LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= 0x1 << 10; // Enable clock CT32B1
Dance 0:f1ecca559ec3 222 LPC_CT32B1->PWMC = 0xf; // Enable MAT0..3
Dance 0:f1ecca559ec3 223 LPC_CT32B1->MCR = 0x03; // MR0 reset & interrupt
Dance 0:f1ecca559ec3 224
Dance 0:f1ecca559ec3 225 LPC_CT32B1->PR = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 226 LPC_CT32B1->MR0 = WFVSPN - 1; // PWM周期
Dance 0:f1ecca559ec3 227 LPC_CT32B1->MR1 = WFVSPN / 2; // duty 50%
Dance 0:f1ecca559ec3 228 LPC_CT32B1->MR2 = WFVSPN / 2;
Dance 0:f1ecca559ec3 229 LPC_CT32B1->TCR = 0x02; // counter reset
Dance 0:f1ecca559ec3 230
Dance 0:f1ecca559ec3 231 // デフォルトのDDS波形は1kHz連続正弦波
Dance 0:f1ecca559ec3 232 trigger1 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 233 burst1(1, 1, 1, 1.0);
Dance 0:f1ecca559ec3 234 osc1(1000.0, 0.0, 0.5, 1.0, sin);
Dance 0:f1ecca559ec3 235 trigger2 = 0;
Dance 0:f1ecca559ec3 236 burst2(1, 1, 1, 1.0);
Dance 0:f1ecca559ec3 237 osc2(2000.0, 0.0, 0.5, 1.0, sin);
Dance 0:f1ecca559ec3 238 reset();
Dance 0:f1ecca559ec3 239
Dance 0:f1ecca559ec3 240 // USB割り込みの優先順位を下げる。
Dance 0:f1ecca559ec3 241 NVIC_SetPriority(USB_IRQn, 3);
Dance 0:f1ecca559ec3 242 NVIC_SetPriority(USB_FIQn, 3);
Dance 0:f1ecca559ec3 243 NVIC_SetPriority(TIMER_32_1_IRQn, 0);
Dance 0:f1ecca559ec3 244
Dance 0:f1ecca559ec3 245 // 割り込み処理の登録と許可
Dance 0:f1ecca559ec3 246 NVIC_SetVector(TIMER_32_1_IRQn, (unsigned int)&PWM1_IRQHandler);
Dance 0:f1ecca559ec3 247 NVIC_EnableIRQ(TIMER_32_1_IRQn);
Dance 0:f1ecca559ec3 248 }
Dance 0:f1ecca559ec3 249
Dance 0:f1ecca559ec3 250
Dance 0:f1ecca559ec3 251 void DDS::start(void)
Dance 0:f1ecca559ec3 252 {
Dance 0:f1ecca559ec3 253 LPC_CT32B1->TCR = 0x01; // counter enable
Dance 0:f1ecca559ec3 254 }
Dance 0:f1ecca559ec3 255
Dance 0:f1ecca559ec3 256 void DDS::stop(void)
Dance 0:f1ecca559ec3 257 {
Dance 0:f1ecca559ec3 258 LPC_CT32B1->TCR = 0x02; // counter reset
Dance 0:f1ecca559ec3 259 }