不韋 呂 / Mbed 2 deprecated TrG_FunctionGenerator

ファンクション・ジェネレータ このプログラムの説明は，CQ出版社「トランジスタ技術」の2021年10月号から開始された連載記事「STM32マイコンではじめるPC計測」の中にあります．このプログラムといっしょに使うPC側のプログラムについても同誌を参照してください．

Dependencies:   Array_Matrix mbed SerialTxRxIntr MyTicker7

main.cpp@0:53c0fa8a9aa2, 2021-09-09 (annotated)

Committer:
MikamiUitOpen
Date:
Thu Sep 09 08:50:21 2021 +0000
Revision:
0:53c0fa8a9aa2
Child:
1:0430f1ed6c2c
1

Who changed what in which revision?

UserRevisionLine numberNew contents of line
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 1 //----------------------------------------------------------------------
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 2 // ファンクション･ジェネレータ (Nucleo-F446RE 用)
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 3 // COM ポートの自動検出に対応（9600 baud）
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 4 //
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 5 // 設定できる項目
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 6 // 波形の種類： 正弦波，矩形波，合成矩形波（フーリエ級数の５倍波までの和）
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 7 // 振幅： 0.00 ～ 1.00 倍
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 8 // 周波数： 10 Hz ～ 10 kHz
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 9 // ノイズ付加の有無
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 10 // 標本化間隔：2.5 μs
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 11 // 使用タイマ：TIM7
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 12 // 信号出力のピン： A2
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 13 //
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 14 // PC 側のプログラム
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 15 // CQ_FunctionGenerator
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 16 //
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 17 // 2021/09/05, Copyright (c) 2021 MIKAMI, Naoki
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 18 //----------------------------------------------------------------------
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 19
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 20 #include "F446_DAC.hpp" // DA 変換器用
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 21 #include "SerialRxTxIntr.hpp" // シリアル通信用
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 22 #include "MyTicker7.hpp" // タイマ用
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 23 #include "FastSin.hpp" // 高速低精度 sin 関数
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 24 #include "MSeq16.hpp" // ノイズ発生器で使う M 系列信号発生器
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 25 #include "IirCascade.hpp" // ノイズ発生器で使う低域通過フィルタ
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 26 #include "CoefficientsLp4.hpp" // 低域通過フィルタの係数
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 27 #include <cctype> // isalpha() で使用
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 28 using namespace Mikami;
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 29
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 30 #ifndef __STM32F446xx_H
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 31 #error "Use Nucleo-F446RE"
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 32 #endif
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 33
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 34 const float T0_ = 2.5f; // 出力の標本化間隔： 2.5 μs
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 35 const float C0_ = 4.0f;
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 36 const float C0_2_ = C0_/2.0f;
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 37 const float C0T0_ = C0_*T0_*1.0e-6f;
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 38
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 39 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
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 40
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 41 float phi_ = 0;
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 42 float dPhi_ = C0T0_*1000; // 周波数決める変数，開始時は 1 kHz;
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 43 float volume_ = 0.9f*0.5f; // 出力の振幅を決める変数，開始時は 0.45
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 44 float volNoise_ = 0.5f; // ノイズの大きさを決める変数
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 45
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 46 // DA 変換器に関する関数等
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 47 DacF446 dac_; // DA 変換器オブジェクト
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 48 void DacOut(float x) { dac_.Write(x); } // 引数の値を出力
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 49 void DacZero(float x) { dac_.Write(0.0f); } // 0 を出力
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 50 void (*fpDa)(float) = DacZero; // 起動時は 0 を出力
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 51
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 52 // ノイズ付加に関する関数等
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 53 MSeq16 mSeq_; // M 系列発生器
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 54 IirCascade filter_(ORDER_, hk_, G0_); // 低域通過フィルタ
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 55 float Noise() { return volNoise_*filter_.Execute(mSeq_.Execute()); }
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 56 float NoiseFree() { return 0; }
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 57 float (*fpN)() = NoiseFree; // 起動時はノイズなし
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 58
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 59 // 発生する信号を定義する関数
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 60 // 正弦波
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 61 float Sin(float sinx) { return volume_*sinx + fpN(); }
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 62 // 矩形波
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 63 float Rect(float sinx)
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 64 {
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 65 float x = (sinx >= 0) ? volume_ : -volume_;
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 66 return x + fpN();
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 67 }
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 68 // 矩形波（合成，５倍波まで）
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 69 float Syn(float sinx)
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 70 {
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 71 static const float ONE_3 = 1.0f/3.0f; // フーリエ合成で使用
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 72 static const float ONE_5 = 0.2f; // フーリエ合成で使用
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 73
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 74 float sinx2 = sinx*sinx;
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 75 float sin3x = (-4.0f*sinx2 + 3.0f)*sinx;
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 76 float sin5x = ((16.0f*sinx2 - 20.0f)*sinx2 + 5.0f)*sinx;
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 77
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 78 return volume_*(sinx + ONE_3*sin3x + ONE_5*sin5x) + fpN();
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 79 }
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 80 float (*fpS)(float) = Sin; // 起動時は正弦波
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 81
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 82 // ラジオボタン，チェックボックスに対応する処理
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 83 void Select(string str)
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 84 {
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 85 if (str == "On") fpDa = DacOut; // 選択された信号の出力
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 86 if (str == "Off") fpDa = DacZero; // 0 を出力
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 87
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 88 if (str == "Sin") fpS = Sin; // 正弦波
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 89 if (str == "Rect") fpS = Rect; // 矩形波
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 90 if (str == "Syn") fpS = Syn; // 矩形波（５倍波まで）
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 91
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 92 if (str == "NsOn") fpN = Noise; // ノイズ付加
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 93 if (str == "NsOff") fpN = NoiseFree; // ノイズなし
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 94 }
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 95
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 96 // スライダ（TrackBar）に対応する処理
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 97 void NumericCtrl(string str)
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 98 {
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 99 char c1 = str[0]; // 先頭の文字を取得
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 100 float x = atof(str.substr(1).c_str());
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 101
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 102 if (c1 == '#') volume_ = x*0.9f; // 出力振幅の変更
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 103 if (c1 == '$') dPhi_ = C0T0_*x; // 周波数の変更
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 104 if (c1 == '%') volNoise_ = x; // ノイズの大きさの変更
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 105 }
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 106
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 107 // タイマ割り込みに対する割込みサービス･ルーチン
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 108 void TimerIsr()
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 109 {
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 110 float sinx = FastSin(phi_); // 基本波発生
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 111 fpDa(fpS(sinx)); // 指定された信号を出力
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 112
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 113 phi_ += dPhi_;
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 114 if (phi_ >= C0_2_) phi_ -= C0_; // オーバーフロー防止
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 115 }
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 116
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 117 int main()
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 118 {
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 119 SerialRxTxIntr rxTx; // PC との通信用，9600 baud
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 120 // 以下の割り込み優先順位の設定を忘れないこと
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 121 NVIC_SetPriority(TIM7_IRQn, 0); // 最優先
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 122 NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 1); // USART2 割り込み：次に優先
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 123
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 124 timer_.Attach(&TimerIsr); // タイマ割り込み設定
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 125
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 126 while (true) // PC からの指令に対応する処理
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 127 {
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 128 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
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 129 {
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 130 string str = rxTx.GetBuffer();
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 131 if (str == "FG")
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 132 rxTx.TxString("ACK\n"); // PC からの "FG" に対して "ACK" を送信する
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 133 else
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 134 if (isalpha(str[0])) // 先頭が A ～ Z, a ～ z の場合
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 135 Select(str);
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 136 else // 先頭が A ～ Z, a ～ z 以外の場合
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 137 NumericCtrl(str);
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 138 }
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 139 }
MikamiUitOpen 0:53c0fa8a9aa2 140 }