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30 分钟

使用AD9834和STM32G071RB塑造您的信号

频率激励/波形生成

Waveform 2 Click with Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Waveform 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G071RB

通过先进的波形发生器实现正弦和三角波输出以及频率相位调谐和调制。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Waveform 2 Click 基于 Analog Devices 的 AD9834,这是一款 75 MHz 低功耗 DDS 设备,能够产生高性能的正弦波、三角波和方波输出。AD9834 可以实现多种简单和复杂的调制方案,这些调制方案在数字域中完全实现,允许使用 DSP 技术精确实现复杂的调制算法。它包含一个通过 SPI 串行接口访问的 16 位控制寄存器,可根据用户的需求设置 AD9834 的操作方式。AD9834 的内部电路包括数控振荡器 (NCO)、频率和相位调制器、SIN ROM、DAC、比较器和稳压器。AD9834 的输出通过 RC 网络滤波,然后通过 THS4551 放大,THS4551 是一个差分放大器,提供了从单端源到德州仪器的高精度模数转换器所需的差分输

出的简便接口。AD9834 的输出信号沿两条路径传输。当发生器的输出波形为正弦波或三角波时,一条路径被路由到标记为 Signal Out 的输出连接器;而当发生器的输出波形为方波时,另一条路径被路由到标记为 Square Out 的输出连接器。除了正电源电压要求外,THS4551 放大器还需要负电源电压,这是通过 ADM8829 实现的,ADM8829 是一个电荷泵电压逆变器,用于从 Analog Devices 的正输入生成负电源电压。该 Click 板™ 还具有 75MHz 的外部振荡器,由 mikroBUS™ 插座的 EN 引脚启用,代表 AD9834 可以接受的最大频率。75MHz 时钟在高频率下产生最干净的正弦波形,而低频率则会产生误差。除了这些功能

外,Waveform 2 Click 还具有 EEPROM 存储器 IC 24AA64,这是 Microchip 的一款 I2C 可配置的 64K 串行 EEPROM,可用于各种存储应用。Waveform 2 Click 使用兼容标准 SPI、QSPI™ 和 MICROWIRE™ 的 3 线 SPI 串行接口与 MCU 通信,操作时钟速率最高可达 40 MHz。此外,它还具备复位功能,这是 AD9834 初始化过程中所需的,通过 mikroBUS™ 插座的 RST 引脚实现和路由。该 Click 板™ 只能在 3.3V 逻辑电压水平下工作。在使用不同逻辑电平的 MCU 之前,必须执行适当的逻辑电压电平转换。不过,该 Click 板™ 配备了包含易于使用的函数库和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Waveform 2 Click top side image
Waveform 2 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G071RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

36864

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 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器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
NC
NC
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Enable
PC8
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Waveform 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G071RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - upright/background 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • waveform2_set_freq - 设置输出频率的功能

  • waveform2_sine_output - 设置正弦波输出的功能

  • waveform2_triangle_output - 设置三角波输出的功能

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 Waveform2 Click example
 *
 * # Description
 * This is an example that demonstrates the use of the Waveform 2 Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialize the communication interface, preforming hardware reset, and configure the click board.
 *
 * ## Application Task
 * Predefined characters are inputed from the serial port.
 * Depending on the character sent the signal frequency, waveform or amplitude
 * will be changed.
 *
 * - Command:
 * [ + ] - Increase frequency
 * [ - ] - Decrease frequency
 * [ t ] - Triangle-shaped signal
 * [ s ] - The signal in the form of a sinusoid
 * 
 * - Additional Functions :
 * aprox_freq_calculation( float freqency ) - This function is used to calculate the aproximate 
 * value that will be written to the frequency set register.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "waveform2.h"

static waveform2_t waveform2;
static log_t logger;

float value = 100000;
char demo_rx_buf[ 10 ];
char demo_tx_buf[ 10 ] = "MikroE";

/**
 * @brief Aproximate frequency calculation function.
 * @details This function is used to calculate the aproximate value that will be 
 * written to the frequency set register..
 */
uint32_t aprox_freq_calculation ( float freqency );

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    waveform2_cfg_t waveform2_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.
    waveform2_cfg_setup( &waveform2_cfg );
    WAVEFORM2_MAP_MIKROBUS( waveform2_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = waveform2_init( &waveform2, &waveform2_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }
    waveform2_default_cfg ( &waveform2 );

    log_printf( &logger, "---- EEPROM test ----\r\n " );
    log_printf( &logger, ">> Write [MikroE] to address 0x0123\r\n " );
    waveform2_eeprom_write_string( &waveform2, 0x0123, demo_tx_buf, 6 );
    waveform2_eeprom_read_string ( &waveform2, 0x0123, demo_rx_buf, 6 );
    log_printf( &logger, ">> Read data: %s  from address 0x0123.... \r\n ", demo_rx_buf );
    Delay_ms( 1000 );
    waveform2_hw_reset( &waveform2 );
    Delay_ms( 1000 );
    
    log_printf( &logger, "---- Waveform set freqency ----\r\n" );
    int32_t freqency;
    freqency = aprox_freq_calculation( value );
    waveform2_set_freq( &waveform2, freqency );
    waveform2_triangle_output( &waveform2 );
    Delay_ms( 1000 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) {
    char rx_data;
    uint32_t freq_data;

    if ( log_read( &logger, &rx_data, 1 ) ) {
        switch ( rx_data ) {
            case '+': {
                if ( value > 200000 ) {
                    value = 0;
                }
                value += 100000;
                freq_data = aprox_freq_calculation( value );
                waveform2_set_freq( &waveform2, freq_data );
                log_printf( &logger, ">> Increasing the frequency \r\n " );
                break;
            }

            case '-': {
                if ( value < 200000 ) {
                    value = 400000;
                }
                value -= 100000;
                freq_data = aprox_freq_calculation( value );
                waveform2_set_freq( &waveform2, freq_data );
                log_printf( &logger, ">> Decreasing the frequency \r\n " );
                break;
            }

            case 't': {
                waveform2_triangle_output( &waveform2 );
                log_printf( &logger, ">> Triangle output \r\n " );
                break;
            }

            case 's': {
                waveform2_sine_output( &waveform2 );
                log_printf( &logger,  ">> Sinusoid output \r\n " );
                break;
            }
        }
    }
}

void main ( void ) {
    application_init( );

    for ( ; ; ) {
        application_task( );
    }
}

uint32_t aprox_freq_calculation ( float freqency ) {
    uint32_t calculation;
    float WAVEFORM_OSC_FREQ = 50000000.0;
    float WAVEFORM_CONSTANT = 268435456.0; 

    calculation = freqency * ( WAVEFORM_CONSTANT / WAVEFORM_OSC_FREQ );

    return calculation;
}

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

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