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30 分钟

使用AD9837和ATmega328P构建各种波形信号发生器

欢乐波形

Waveform 3 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

Waveform 3 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

设计并开发一个波形发生器,以生成特定的波形来模拟传感器输入,用于测试和验证目的。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Waveform 3 Click基于AD9837,这是一款完全集成的直接数字合成(DDS)设备,能够产生高性能的正弦波和三角波输出,由Analog Devices提供。它还具有一个内部比较器,允许生成用于时钟生成的方波。凭借28位宽的频率寄存器,输出频率和相位可以通过软件编程,便于调节。AD9837能够在数字域中完全实现广泛的复杂和简单调制方案,允许使用DSP技术准确和精确地实现复杂的调制算法。AD9837的内部电路包括数控振荡器(NCO)、频率和相位调制器、SIN ROM、DAC、比较器和调节器。此

外,它还具有一个高性能的板载16MHz修整通用振荡器,可以作为AD9837的主时钟,实现0.06Hz的分辨率。AD9837提供多种输出,可以从板载输出SMA连接器获得。AD9837的各种输出选项(正弦波、三角波和方波)使这款Click板™适用于各种应用,包括调制应用。它也非常适合信号发生器应用,并且由于其低电流消耗,它也适用于可以作为本地振荡器的应用。Waveform 3 Click通过与标准SPI、QSPI™、MICROWIRE™和DSP接口标准兼容的3线SPI串行接口与MCU通信,工作

时钟速率可达40MHz。此外,它还具有额外功能,如可编程睡眠功能,允许外部控制电源关闭模式和复位功能,将相应的内部寄存器重置为0以提供中间量级的模拟输出。需要注意的是,复位功能不会重置相位、频率或控制寄存器。此Click板™只能在3.3V逻辑电压水平下运行。使用具有不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。然而,该Click板™配有包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Waveform 3 Click top side image
Waveform 3 Click bottom side image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
SPI Chip Select
PB2
CS
SPI Clock
PB5
SCK
NC
NC
MISO
SPI Data IN
PB3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Waveform 3 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Arduino UNO MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 Waveform 3 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • waveform3_cfg_setup - 配置对象初始化函数。

  • waveform3_init - 初始化函数。

  • waveform3_default_cfg - Click 默认配置函数。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Waveform3 Click example
 *
 * # Description
 * This demo app shows the basic capabilities of Waveform 3
 * Click board. First, the sinusoidal wave is incremented
 * to targeted frequency for visually pleasing introduction
 * after which it changes between 4 modes of output.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Application initializes the UART LOG and SPI drivers,
 * resets the device and sets frequency and phase shift to
 * default values. In the end, the mode is set with the 
 * preferred freq and phase channel.
 *
 * ## Application Task
 * Task commences with the start frequency rising up to
 * the targeted one. When it reaches desired frequency,
 * the mode changes every 5 seconds which includes: 
 * sinusoidal, triangular, DAC divided by 2 and DAC
 * outputs respectively.
 *
 * *note:*
 * Waveform 3 Click might not provide a high enough peak to peak signal on higher frequencies.
 * The user can freely implement custom buffer for the output stage.
 * Special thanks to my esteemed co-worker Nenad Filipovic for support during firmware development.
 *
 * @author Stefan Nikolic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "waveform3.h"

static waveform3_t waveform3;
static log_t logger;

static uint32_t start_frequency = 100;
static uint32_t rising_factor = 10;
static uint32_t target_frequency = 10000;

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;              /**< Logger config object. */
    waveform3_cfg_t waveform3_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.

    waveform3_cfg_setup( &waveform3_cfg );
    WAVEFORM3_MAP_MIKROBUS( waveform3_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = waveform3_init( &waveform3, &waveform3_cfg );
    if ( init_flag == SPI_MASTER_ERROR ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    waveform3_default_cfg( &waveform3 );
    Delay_ms ( 500 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    waveform3_set_mode( &waveform3, WAVEFORM3_CFG_MODE_SINUSOIDAL, WAVEFORM3_CFG_FREQ_REG0, WAVEFORM3_CFG_PHASE_REG0 );
}

void application_task ( void ) {
    uint8_t cfg_mode_switch;
    
    if ( start_frequency < target_frequency ) {
        if ( start_frequency / rising_factor < 100 ) {
            start_frequency += rising_factor;
            waveform3_set_freq( &waveform3, start_frequency, WAVEFORM3_CFG_FREQ_REG0 );
            Delay_ms ( 5 );
        } else {
            rising_factor += 10;
        }
    } else {
        for ( cfg_mode_switch = 0 ; cfg_mode_switch < 4 ; cfg_mode_switch++ ) {
        waveform3_set_mode( &waveform3, cfg_mode_switch, WAVEFORM3_CFG_FREQ_REG0, WAVEFORM3_CFG_PHASE_REG0 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        }
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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