Revision 0:8c8bc21159d9, committed 2022-02-25

Comitter:

MikamiUitOpen

Date:

Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000

Commit message:

1

Changed in this revision

diff -r 000000000000 -r 8c8bc21159d9 Array_Matrix.lib
--- /dev/null	Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/Array_Matrix.lib	Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000
@@ -0,0 +1,1 @@
+https://os.mbed.com/users/MikamiUitOpen/code/Array_Matrix/#d3aa1ddb57e1

diff -r 000000000000 -r 8c8bc21159d9 F446_DAC.cpp
--- /dev/null	Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/F446_DAC.cpp	Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000
@@ -0,0 +1,28 @@
+//-------------------------------------------------------------
+//  STM32F446 内蔵の DAC 用のクラス
+//      DAC_OUT1: A2  (PA_4)
+//      DAC_OUT2: D13 (PA_5)
+//
+//  2020/10/17, Copyright (c) 2020 MIKAMI, Naoki
+//-------------------------------------------------------------
+
+#include "F446_DAC.hpp"
+
+namespace Mikami
+{
+    DacF446::DacF446(PinName pin) : da_(pin)
+    {
+        MBED_ASSERT((pin == A2) || (pin == D13));
+
+        if (pin == A2)
+        {
+            DAC->CR = DAC_CR_EN1;
+            fpWriteDac = &DacF446::WriteDac1;
+        }
+        else
+        {
+            DAC->CR = DAC_CR_EN2;
+            fpWriteDac = &DacF446::WriteDac2;
+        }
+    }
+}

diff -r 000000000000 -r 8c8bc21159d9 F446_DAC.hpp
--- /dev/null	Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/F446_DAC.hpp	Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000
@@ -0,0 +1,57 @@
+//-------------------------------------------------------------
+//  STM32F446 内蔵の DAC 用のクラス（ヘッダ）
+//      選択可能な入力端子：
+//          A2  (PA_4)： ---- デフォルト
+//          D13 (PA_5)： このポートはマイコンボードの LED も
+//                       ドライブするので使わない方がよい
+//
+//  2020/10/17, Copyright (c) 2020 MIKAMI, Naoki
+//-------------------------------------------------------------
+
+#include "mbed.h"
+
+#ifndef STM32F446xx
+#error Not NUCLEO-F446RE.
+#endif
+
+#ifndef F446_DAC_SINGLE_HPP
+#define F446_DAC_SINGLE_HPP
+
+namespace Mikami
+{
+    class DacF446
+    {
+    public:
+        // コンストラクタ
+        explicit DacF446(PinName pin = A2);
+
+        virtual ~DacF446() {}
+
+        // -1.0f <= data <= 1.0f
+        void Write(float data) { WriteDac(ToUint16(data)); }
+
+        // 0 <= data <= 4095
+        void Write(uint16_t data) { WriteDac(__USAT(data, BIT_WIDTH_)); }
+
+    private:
+        void (DacF446::*fpWriteDac)(uint16_t);
+
+        static const int BIT_WIDTH_ = 12;
+        AnalogOut da_;
+
+        // DAC の片方のチェンネルへ出力する
+        void WriteDac1(uint16_t val) { DAC->DHR12R1 = val; }    // CH1 へ
+        void WriteDac2(uint16_t val) { DAC->DHR12R2 = val; }    // CH2 へ
+        
+        void WriteDac(uint16_t val) { (this->*fpWriteDac)(val); }
+
+        // 飽和処理を行い uint16_t 型のデータを戻り値とする
+        uint16_t ToUint16(float val)
+        {   return __USAT((val + 1.0f)*2048.0f, BIT_WIDTH_); }
+
+        // コピー･コンストラクタ，代入演算子の禁止のため
+        DacF446(const DacF446&);
+        DacF446& operator=(const DacF446&);     
+    };
+}
+#endif  // F446_DAC_SINGLE_HPP

diff -r 000000000000 -r 8c8bc21159d9 FastSin.hpp
--- /dev/null	Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/FastSin.hpp	Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000
@@ -0,0 +1,26 @@
+//-----------------------------------------------------------
+//  FastSin() 関数
+//      sin(πx/2) の値の計算
+//
+//  2020/06/01, Copyright (c) 2020 MIKAMI, Naoki
+//-----------------------------------------------------------
+
+#ifndef FASTSIN_POLYNOMIAL_HPP
+#define FASTSIN_POLYNOMIAL_HPP
+
+namespace Mikami
+{
+    // 引数の範囲： -2 <= x <= 2
+    inline float FastSin(float x)
+    {
+        static const float A1 =  1.570320019210f;
+        static const float A3 = -0.642113166941f;
+        static const float A5 =  0.071860854119f;
+
+        if (x >  1.0f) x =  2.0f - x;
+        if (x < -1.0f) x = -2.0f - x;
+        float x2 = x*x;
+        return ((A5*x2 + A3)*x2 + A1)*x;
+    }
+}
+#endif  // FASTSIN_POLYNOMIAL_HPP

diff -r 000000000000 -r 8c8bc21159d9 IIR_Filter/Biquad.hpp
--- /dev/null	Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/IIR_Filter/Biquad.hpp	Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000
@@ -0,0 +1,62 @@
+//--------------------------------------------------------------
+// 縦続形 IIR フィルタの構成要素として使う 2 次の IIR フィルタ
+//      b0 は 1 と仮定している
+//
+// 2020/11/04, Copyright (c) 2020 MIKAMI, Naoki
+//--------------------------------------------------------------
+
+#include "mbed.h"
+
+#ifndef IIR_BIQUAD_HPP
+#define IIR_BIQUAD_HPP
+
+class Biquad
+{
+public:
+    // フィルタの係数をまとめて扱うための構造体
+    struct Coefs { float a1, a2, b1, b2; };
+
+    // デフォルト･コンストラクタ
+    //      係数は構造体 Ceofs で与える
+    Biquad(const Coefs ck = (Coefs){0, 0, 0, 0})
+        : a1_(ck.a1), a2_(ck.a2), b1_(ck.b1), b2_(ck.b2),
+          un1_(0), un2_(0) {}       
+
+    // 係数を個別に与えるコンストラクタ
+    Biquad(float a1, float a2, float b1, float b2)
+        : a1_(a1), a2_(a2), b1_(b1), b2_(b2), un1_(0), un2_(0) {}
+
+    virtual ~Biquad() {}
+
+    // 2 次のフィルタを実行する
+    float Execute(float xn)
+    {
+        float un = xn + a1_*un1_ + a2_*un2_;
+        float yn = un + b1_*un1_ + b2_*un2_;
+    
+        un2_ = un1_;
+        un1_ = un;
+    
+        return yn;
+    }
+
+    // 係数を設定する
+    void SetCoefs(const Coefs ck)
+    {
+        a1_ = ck.a1;
+        a2_ = ck.a2;
+        b1_ = ck.b1;
+        b2_ = ck.b2;
+    }
+
+    // 内部変数（遅延器）のクリア
+    void Clear() { un1_ = un2_ = 0; }
+
+private:
+    float a1_, a2_, b1_, b2_;   // フィルタの係数
+    float un1_, un2_;           // 遅延器
+
+    // コピー･コンストラクタ禁止
+    Biquad(const Biquad&);
+};
+#endif  // IIR_BIQUAD_HPP

diff -r 000000000000 -r 8c8bc21159d9 IIR_Filter/CoefficientsLp4.hpp
--- /dev/null	Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/IIR_Filter/CoefficientsLp4.hpp	Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000
@@ -0,0 +1,36 @@
+//----------------------------------------------------------------------
+//  IIR フィルタの係数，縦続形，float 型
+//
+//  2020/10/17, Copyright (c) 2020 MIKAMI, Naoki
+//
+//  セミナ用に遮断周波数を低くしたバージョン
+//----------------------------------------------------------------------
+
+#include "Biquad.hpp"
+using namespace Mikami;
+/*
+// 低域通過フィルタ
+// 連立チェビシェフ特性
+// 次数　　　　： 4 次
+// 標本化周波数：400.00 kHz
+// 遮断周波数　： 20.00 kHz
+// 通過域のリップル： 0.50 dB
+// 阻止域の減衰量　：40.00 dB
+const int ORDER_ = 4;
+const Biquad::Coefs hk_[] = {
+    { 1.712306E+00f, -7.512093E-01f, -9.111378E-01f, 1.0f},
+    { 1.819915E+00f, -9.194769E-01f, -1.719255E+00f, 1.0f}};
+const float G0_ = 1.196187E-02f;    // 利得定数
+*/
+// 低域通過フィルタ
+// 連立チェビシェフ特性
+// 次数　　　　： 4 次
+// 標本化周波数：400.0000 kHz
+// 遮断周波数　：  4.0000 kHz
+// 通過域のリップル： 0.50 dB
+// 阻止域の減衰量　：40.00 dB
+const int ORDER_ = 4;
+const Biquad::Coefs hk_[] = {
+    { 1.942874E+00f, -9.445931E-01f, -1.941953E+00f, 1.0f},
+    { 1.978919E+00f, -9.830717E-01f, -1.988148E+00f, 1.0f}};
+const float G0_ = 9.797098E-03f;    // 利得定数

diff -r 000000000000 -r 8c8bc21159d9 IIR_Filter/IirCascade.hpp
--- /dev/null	Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/IIR_Filter/IirCascade.hpp	Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000
@@ -0,0 +1,57 @@
+//---------------------------------------------------
+//  縦続形 IIR フィルタ
+//
+//  2020/11/04, Copyright (c) 2020 MIKAMI, Naoki
+//---------------------------------------------------
+
+#include "Biquad.hpp"
+#include "Array.hpp"    // Array クラスが定義されている
+using namespace Mikami;
+
+#ifndef IIR_CASCADE_HPP
+#define IIR_CASCADE_HPP
+
+class IirCascade
+{
+public:
+    // コンストラクタ
+    IirCascade(int order, const Biquad::Coefs ck[], float g0)
+        : order_(order), hn_((order+1)/2)
+    { SetCoefs(order, ck, g0); }
+
+    // コンストラクタ
+    IirCascade(int order, const Biquad hk[], float g0)
+        : order_(order), hn_((order+1)/2, hk), g0_(g0) {}
+
+    virtual ~IirCascade() {}
+
+    // フィルタ処理を実行する
+    float Execute(float xn)
+    {
+        float yn = g0_*xn;
+        for (int k=0; k<(order_+1)/2; k++) yn = hn_[k].Execute(yn);
+        return yn;
+    }
+
+    // 係数の設定
+    void SetCoefs(int order, const Biquad::Coefs ck[], float g0)
+    {
+        if (order_ != order)
+        {
+            order_ = order;
+            hn_.SetSize((order+1)/2);
+        }
+        g0_ = g0;
+        for (int k=0; k<(order+1)/2; k++) hn_[k].SetCoefs(ck[k]);
+    }
+
+    // 内部変数（遅延器）のクリア
+    void Clear()
+    {   for (int k=0; k<(order_+1)/2; k++) hn_[k].Clear(); }
+
+private:
+    int order_;         // 次数
+    Array<Biquad> hn_;  // Biquad クラスのオブジェクトの配列
+    float g0_;          // 利得定数
+};
+#endif  // IIR_CASCADE_HPP

diff -r 000000000000 -r 8c8bc21159d9 MSeq16.hpp
--- /dev/null	Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/MSeq16.hpp	Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000
@@ -0,0 +1,35 @@
+//---------------------------------------------------------
+//	M 系列信号発生器（N = 16）
+//
+//	2021/09/28, Copyright (c) 2021 MIKAMI, Naoki
+//---------------------------------------------------------
+
+#include "mbed.h"
+
+#ifndef MSEQ16_HPP
+#define MSEQ16_HPP
+
+namespace Mikami
+{
+	class MSeq16
+	{
+	public:
+		MSeq16() : reg_(1) {}
+
+		// 戻り値： 0 => -0.5, 1 => 0.5
+		float Execute()
+		{
+			msb_ = reg_ >> 15;
+			reg_ = ((reg_ ^ XOR_[msb_]) << 1) | msb_;
+			return RET_[msb_];
+		}
+	private:
+		static const uint16_t XOR_[2];	// XOR の一方の入力
+		static const float RET_[2];		// 戻り値として使用
+		uint16_t reg_;	// 16 段の D フリップ･フロップに対応
+		uint16_t msb_;	// 16 段目に相当するビット
+	};
+	const uint16_t MSeq16::XOR_[2] = { 0, 0x16 };
+	const float MSeq16::RET_[2] = { -0.5f, 0.5f };	
+}
+#endif	// MSEQ16_HPP

diff -r 000000000000 -r 8c8bc21159d9 MyTicker7.lib
--- /dev/null	Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/MyTicker7.lib	Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000
@@ -0,0 +1,1 @@
+https://os.mbed.com/users/MikamiUitOpen/code/MyTicker7/#f4269105fae0

diff -r 000000000000 -r 8c8bc21159d9 SerialTxRxIntr.lib
--- /dev/null	Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/SerialTxRxIntr.lib	Fri Feb 25 02:36:55 2022 +0000
@@ -0,0 +1,1 @@
+https://os.mbed.com/users/MikamiUitOpen/code/SerialTxRxIntr/#268977533f95

diff -r 000000000000 -r 8c8bc21159d9 main.cpp
--- /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);
+		}
+	}
+}

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