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スペクトログラム 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 DSP_ADDA UIT_FFT_Real Window
main.cpp@2:2ca9f8a0f6ef, 2022-04-21 (annotated)
- Committer:
- MikamiUitOpen
- Date:
- Thu Apr 21 05:45:48 2022 +0000
- Revision:
- 2:2ca9f8a0f6ef
- Parent:
- 1:d4e3f39ce206
3
Who changed what in which revision?
User | Revision | Line number | New contents of line |
---|---|---|---|
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 1 | //--------------------------------------------------------------------- |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 2 | // スペクトログラム (Nucleo-F446RE 用) |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 3 | // |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 4 | // 標本化周波数を 10 倍に設定し,アンチエイリアシングフィルタを使う |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 5 | // |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 6 | // ● PC 側のプログラム: "CQ_Spectrogram" |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 7 | // ● ボーレート: 最初: 9600 baud |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 8 | // 通信確立後: 460800 baud |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 9 | // ● 受信データの文字列の終了マーク: "\r" |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 10 | // |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 11 | // ● 入力: A1 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 12 | // |
MikamiUitOpen | 2:2ca9f8a0f6ef | 13 | // 2022/04/21, Copyright (c) 2022 MIKAMI, Naoki |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 14 | //--------------------------------------------------------------------- |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 15 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 16 | #include <string> |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 17 | #include "Array.hpp" |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 18 | #include "DSP_AdcIntr.hpp" |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 19 | #include "FFT_Spectrogram.hpp" |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 20 | #include "DoubleBuffer.hpp" |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 21 | #include "Coefs_IIR_LP.hpp" // 縦続形 IIR フィルタの係数 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 22 | #include "IirCascade.hpp" // 縦続形 IIR フィルタ |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 23 | #include "XferSpectrum.hpp" |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 24 | using namespace Mikami; |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 25 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 26 | #ifndef __STM32F446xx_H |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 27 | #error "Use Nucleo-F446RE" |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 28 | #endif |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 29 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 30 | const int N_FFT_ = 512; // FFT の点数 |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 31 | const int N_SMPL_ = N_FFT_/2; // 1度に標本化するデータ数 |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 32 | const int N_SPC_ = N_FFT_/2 + 1; // 有効なスペクトルの点数 |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 33 | const int RATIO_ = 10; // ダウンサンプリングの倍率:1/10 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 34 | const int N_TX_ = 251; // PC に転送するデータ数 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 35 | |
MikamiUitOpen | 2:2ca9f8a0f6ef | 36 | DspAdcIntr myAdc_(10.24f*RATIO_, A1); // 標本化周波数: 102.4 kHz |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 37 | IirCascade aaf_(ORDER1_, CK1_, G01_); // ダウンサンプリング用 Anti-alias フィルタ |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 38 | DoubleBuffer buf_(N_SMPL_); // ダウンサンプリングの結果を保存するダブル・バッファ |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 39 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 40 | // ADC 変換終了割り込みに対する割り込みサービス・ルーチン |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 41 | void AdcIsr() |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 42 | { |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 43 | static int count = 0; |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 44 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 45 | float xn = myAdc_.Read(); |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 46 | float yn = aaf_.Execute(xn); // ダウンサンプリング用 Anti-alias フィルタの実行 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 47 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 48 | if (++count >= RATIO_) |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 49 | { |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 50 | buf_.Store(yn); // ダウンサンプリングされたデータをバッファへ格納 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 51 | count = 0; |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 52 | buf_.IsFullSwitch(); // バッファが満杯であればバッファを切り替える |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 53 | } |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 54 | } |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 55 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 56 | int main() |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 57 | { |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 58 | SerialRxTxIntr rxTx; // PC との通信用 |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 59 | XferSpectrum tx(rxTx, N_TX_); // PC に転送するためのオブジェクトの生成 |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 60 | FftSpectropgram analyzer(N_FFT_); // スペクトログラムで使うオブジェクトの生成 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 61 | |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 62 | Array<float> sn(N_FFT_, 0.0f); // スペクトル解析の対象となるデータ |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 63 | Array<float> absFt(N_SPC_); // 解析結果:スペクトルの絶対値 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 64 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 65 | NVIC_SetPriority(ADC_IRQn, 0); // AD変換終了割り込みの優先度が最高 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 66 | NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 1); |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 67 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 68 | bool ready = false; // スペクトルの計算終了で true |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 69 | bool okGo = false; // "GO" を受信したら true |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 70 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 71 | myAdc_.SetIntrVec(&AdcIsr); // AD変換終了割り込みの割り当て |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 72 | while (true) |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 73 | { |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 74 | // PC からのコマンドの解析 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 75 | 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 | 0:3bf11d2ab6ad | 76 | { |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 77 | string str = rxTx.GetBuffer(); |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 78 | if (str == "Spectrogram") |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 79 | { |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 80 | rxTx.TxString("ACK\n"); // PC からの "Spectrogram" に対して "ACK" を送信する |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 81 | wait_ms(10); |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 82 | rxTx.Baud(460800); // 以降は 460,800 baud |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 83 | } |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 84 | if (str.substr(0, 2) == "GO") |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 85 | { |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 86 | analyzer.SwEmphasis(str[2] == 'Y'); |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 87 | okGo = true; // データの転送要求あり |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 88 | } |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 89 | } |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 90 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 91 | if (buf_.IsFull()) // 入力データが満杯の場合,以下の処理を行う |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 92 | { |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 93 | // フレームの後半のデータを前半に移動する |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 94 | for (int n=0; n<N_SMPL_; n++) |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 95 | sn[n] = sn[n+N_SMPL_]; |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 96 | // フレームの後半には新しいデータを格納する |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 97 | for (int n=0; n<N_SMPL_; n++) |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 98 | sn[n+N_SMPL_] = buf_.Get(n); |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 99 | |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 100 | analyzer.Execute(sn, absFt); // スペクトル解析の実行 |
MikamiUitOpen | 1:d4e3f39ce206 | 101 | ready = true; // スペクトル解析終了 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 102 | } |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 103 | |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 104 | // 転送要求がありスペクトル解析が終了している場合にデータを PC へ転送する |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 105 | if (okGo && ready) |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 106 | { |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 107 | tx.ToPC(absFt); // データを PC へ転送 |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 108 | ready = false; |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 109 | okGo = false; |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 110 | } |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 111 | } |
MikamiUitOpen | 0:3bf11d2ab6ad | 112 | } |