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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
Diff: main.cpp
- Revision:
- 0:8c8bc21159d9
--- /dev/null Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000 +++ b/main.cpp Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000 @@ -0,0 +1,150 @@ +//---------------------------------------------------------------------- +// ファンクション・ジェネレータ (Nucleo-F446RE 用) +// COM ポートの自動検出に対応(9600 baud) +// +// 設定できる項目 +// 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) +// 振幅: 0.00 ~ 1.00 倍 +// 周波数: 10 Hz ~ 10 kHz +// ノイズ付加の有無 +// 標本化間隔:2.5 μs +// 使用タイマ:TIM7 +// 信号出力のピン: A2 +// 同期信号出力のピン: A5 +// +// PC 側のプログラム +// CQ_FunctionGenerator +// +// 2021/09/29, Copyright (c) 2021 MIKAMI, Naoki +// +// 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 +// PC 側のプログラム +// Seminar_FunctionGenerator +// +// 2022/01/20, Copyright (c) 2022 MIKAMI, Naoki +//---------------------------------------------------------------------- + +#include "F446_DAC.hpp" // DA 変換器用 +#include "SerialRxTxIntr.hpp" // シリアル通信用 +#include "MyTicker7.hpp" // タイマ用 +#include "FastSin.hpp" // 高速低精度 sin 関数 +#include "MSeq16.hpp" // ノイズ発生器で使う M 系列信号発生器 +#include "IirCascade.hpp" // ノイズ発生器で使う低域通過フィルタ +#include "CoefficientsLp4.hpp" // 低域通過フィルタの係数 +#include <cctype> // isalpha() で使用 +using namespace Mikami; + +#ifndef __STM32F446xx_H +#error "Use Nucleo-F446RE" +#endif + +const float T0_ = 2.5f; // 出力の標本化間隔: 2.5 μs +const float C0_ = 4.0f; +const float C0_2_ = C0_/2.0f; +const float C0T0_ = C0_*T0_*1.0e-6f; + +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 +DigitalOut sync_(A5); // 同期信号出力用 + +float phi_ = 0; +float dPhi_ = C0T0_*1000; // 周波数決める変数,開始時は 1 kHz; +float volume_ = 0.9f*0.5f; // 出力の振幅を決める変数,開始時は 0.45 +float volNoise_ = 0.5f; // ノイズの大きさを決める変数 + +// DA 変換器に関する関数等 +DacF446 dac_; // DA 変換器オブジェクト +void DacOut(float x) { dac_.Write(x); } // 引数の値を出力 +void DacZero(float x) { dac_.Write(0.0f); } // 0 を出力 +void (*fpDa)(float) = DacZero; // 起動時は 0 を出力 + +// ノイズ付加に関する関数等 +MSeq16 mSeq_; // M 系列発生器 +IirCascade filter_(ORDER_, hk_, G0_); // 低域通過フィルタ +float Noise() { return volNoise_*filter_.Execute(mSeq_.Execute()); } +float NoiseFree() { return 0; } +float (*fpN)() = NoiseFree; // 起動時はノイズなし + +// 発生する信号を定義する関数 +// 正弦波 +float Sin(float sinx) { return volume_*sinx + fpN(); } +// 方形波 +float Rect(float sinx) +{ + float x = (sinx >= 0) ? volume_ : -volume_; + return x + fpN(); +} +// 合成方形波(5倍波まで) +float Syn(float sinx) +{ + static const float ONE_3 = 1.0f/3.0f; // フーリエ合成で使用 + static const float ONE_5 = 0.2f; // フーリエ合成で使用 + + float sinx2 = sinx*sinx; + float sin3x = (-4.0f*sinx2 + 3.0f)*sinx; + float sin5x = ((16.0f*sinx2 - 20.0f)*sinx2 + 5.0f)*sinx; + + return volume_*(sinx + ONE_3*sin3x + ONE_5*sin5x) + fpN(); +} +float (*fpS)(float) = Sin; // 起動時は正弦波 + +// ラジオボタン,チェックボックスに対応する処理 +void Select(string str) +{ + if (str == "On") fpDa = DacOut; // 選択された信号の出力 + if (str == "Off") fpDa = DacZero; // 0 を出力 + + if (str == "Sin") fpS = Sin; // 正弦波 + if (str == "Rect") fpS = Rect; // 方形波 + if (str == "Syn") fpS = Syn; // 合成方形波 + + if (str == "NsOn") fpN = Noise; // ノイズ付加 + if (str == "NsOff") fpN = NoiseFree; // ノイズなし +} + +// スライダ(TrackBar)に対応する処理 +void NumericCtrl(string str) +{ + char c1 = str[0]; // 先頭の文字を取得 + float x = atof(str.substr(1).c_str()); + + if (c1 == '#') volume_ = x*0.9f; // 出力振幅の変更 + if (c1 == '$') dPhi_ = C0T0_*x; // 周波数の変更 + if (c1 == '%') volNoise_ = x; // ノイズの大きさの変更 +} + +// タイマ割り込みに対する割込みサービス・ルーチン +void TimerIsr() +{ + float sinx = FastSin(phi_); // 基本波発生 + fpDa(fpS(sinx)); // 指定された信号を出力 + GPIOC->BSRR = (sinx >= 0) ? // 同期信号を出力 + 0x1 : 0x10000; + + phi_ += dPhi_; + if (phi_ >= C0_2_) phi_ -= C0_; // オーバーフロー防止 +} + +int main() +{ + SerialRxTxIntr rxTx; // PC との通信用,9600 baud + // 以下の割り込み優先順位の設定を忘れないこと + NVIC_SetPriority(TIM7_IRQn, 0); // 最優先 + NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 1); // USART2 割り込み:次に優先 + + timer_.Attach(&TimerIsr); // タイマ割り込み設定 + + while (true) // PC からの指令に対応する処理 + { + 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 + { + string str = rxTx.GetBuffer(); + if (str == "FG_Seminar") + rxTx.TxString("ACK\n"); // PC からの "FG" に対して "ACK" を送信する + else + if (isalpha(str[0])) // 先頭が A ~ Z, a ~ z の場合 + Select(str); + else // 先頭が A ~ Z, a ~ z 以外の場合 + NumericCtrl(str); + } + } +}