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使用AD9106和STM32F410RB创建复杂波形

震撼波形

Waveform 4 Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Waveform 4 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

用尖端的波形发生器释放您的创造力。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Waveform 4 Click基于AD9106,这是一款高性能的四通道数模转换器(DAC),集成了片上模式存储器,用于通过Analog Devices的直接数字合成器(DDS)生成复杂波形。DDS是一款12位输出、最高180 MHz主时钟的正弦波发生器,具有24位调谐字,允许10.8 Hz/LSB的频率分辨率。此Click board™默认使用板载125 MHz晶体振荡器作为时钟源,这也是该板的最大输出频率。AD9106生成的高速、高动态范围、多通道复杂波形适用于超声波换能器激励、医疗仪器、便携式仪器、信号发生器和任意波形发生器等应用。模式数据可以包括直接生成的SRAM存储波形、由SRAM调幅的DDS输出或由SRAM提供的DDS频率调谐字,提供啁啾或频移键控(FSK)调制。内部模式控制状态机允许用户为所有D/A转换器编程模式周期、每个D/A转换器通道上信号输出的模式周期内

的起始延迟以及模式的重复率。模式的生成可以通过mikroBUS™插座的PWM引脚连接的TRG来配置。TRG引脚上的下降沿开始生成模式,而上升沿表示请求终止模式生成。AD9106具有单一频率输出和每个集成DAC的独立可编程相移输出。此外,增益调整因子和偏移调整应用于进入四个DAC的数字信号。AD9106的两个DAC输出通过RC网络滤波,然后通过ADA4817-2放大,这是一个结合了Analog Devices新架构和eXFCB工艺的FET输入运算放大器,具有卓越的速度和低噪声组合。其他两个未放大的输出被路由到标记为I2和I4的板载头上。除了正电源要求外,ADA4817-2放大器还具有负电源,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。ADA4817-2的输出信号遵循两个路径。一条路径路由到标记为OUT1

的输出连接器,另一条路径路由到标记为OUT3的输出连接器。在这些连接器上,AD9106可以在其可编程模式生成器的控制下生成两种类型的信号模式:无限期重复的周期性脉冲串波形或重复有限次数的周期性脉冲串波形。此Click board™通过标准SPI接口与MCU通信,以编程内部寄存器来完全控制AD9106。此外,它还具有其他功能,如通过mikroBUS™插座的RST引脚实现和路由的复位功能,可以将AD9106的所有寄存器重置为默认状态。此Click board™只能在3.3V逻辑电压水平下运行。因此,在使用不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。不过,此Click board™配备了包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Waveform 4 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB 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 STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

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
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Pattern Trigger
PC8
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 4 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 STM32F410RB 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
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
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 4 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • waveform4_set_frequency - 此功能设置正弦波和余弦波(DDS)输出频率。

  • waveform4_set_gain - 此功能设置所需通道的增益水平。

  • waveform4_set_wave_output - 此功能设置所选通道的所需输出信号波形。

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 Waveform4 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Waveform 4 Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration which
 * resets the registers and sets the sine wave output with default gain and 
 * default frequency for all channels. After that it displays the list of
 * supported commands on the USB UART.
 *
 * ## Application Task
 * Depending on the command character received from USB UART it changes the 
 * signal frequency, gain or wave of the selected channel.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "waveform4.h"

static waveform4_t waveform4;
static log_t logger;

#define GAIN_STEP 0.05  // Gain step, used for increase/decrease gain commands.
#define FREQ_STEP 100   // Frequency step, used for increase/decrease frequency commands.

uint32_t freq = WAVEFORM4_DEFAULT_FREQUENCY;
float gain = WAVEFORM4_DEFAULT_GAIN;
uint8_t channel = WAVEFORM4_CHANNEL_1;
uint8_t wave = WAVEFORM4_WAVE_SINE;

/**
 * @brief Waveform 4 display commands function.
 * @details This function displays the list of supported commands on the USB UART.
 * @return None.
 * @note None.
 */
void waveform4_display_commands ( void );

/**
 * @brief Waveform 4 parse command function.
 * @details This function checks if the input command is supported and executes it.
 * @param[in] command : Command input, for more details refer to @b waveform4_display_commands function.
 * @return @li @c  0 - Success,
 *         @li @c -1 - Wrong command or command is not executed properly.
 *
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 * @note None.
 */
err_t waveform4_parse_command ( uint8_t command );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    waveform4_cfg_t waveform4_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.
    waveform4_cfg_setup( &waveform4_cfg );
    WAVEFORM4_MAP_MIKROBUS( waveform4_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == waveform4_init( &waveform4, &waveform4_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( WAVEFORM4_ERROR == waveform4_default_cfg ( &waveform4 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    waveform4_display_commands ( );
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    uint8_t command = 0;
    if ( log_read ( &logger, &command, 1 ) > 0 ) 
    {
        waveform4_parse_command ( command );
    }
}

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;
}

void waveform4_display_commands ( void )
{
    log_printf( &logger, "-------------------------------------------\r\n" );
    log_info( &logger, "- UART commands list -\r\n" );
    log_printf( &logger, "'+' - Increase frequency.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'-' - Decrease frequency.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'G' - Increase gain.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'g' - Decrease gain.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'S' or 's' - Select sine wave output.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'C' or 'c' - Select cosine wave output.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'T' or 't' - Select triangle wave output.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'P' or 'p' - Select positive sawtooth wave output.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'N' or 'n' - Select negative sawtooth wave output.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'1' - Select channel 1.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'2' - Select channel 2.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'3' - Select channel 3.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'4' - Select channel 4.\r\n" );
    log_printf( &logger, "'L' or 'l' - Display commands list.\r\n" );
    log_printf( &logger, "-------------------------------------------\r\n" );
}

err_t waveform4_parse_command ( uint8_t command )
{
    switch( command )
    {
        case '+': 
        {
            freq += FREQ_STEP;
            if ( freq > WAVEFORM4_MASTER_CLOCK )
            {
                freq = WAVEFORM4_MASTER_CLOCK;
            }
            log_printf( &logger, "Frequency increased: %lu Hz\r\n", freq );
            return waveform4_set_frequency ( &waveform4, freq );
        }
        case '-': 
        {
            freq -= FREQ_STEP;
            if ( freq > WAVEFORM4_MASTER_CLOCK )
            {
                freq = 0;
            }
            log_printf( &logger, "Frequency decreased: %lu Hz\r\n", freq );
            return waveform4_set_frequency ( &waveform4, freq );
        }
        case 'G': 
        {
            gain += GAIN_STEP;
            if ( gain > WAVEFORM4_GAIN_MAX )
            {
                gain = WAVEFORM4_GAIN_MAX;
            }
            log_printf( &logger, "Gain increased: %.3f\r\n", gain );
            return waveform4_set_gain ( &waveform4, channel, gain );
        }
        case 'g': 
        {
            gain -= GAIN_STEP;
            if ( gain < WAVEFORM4_GAIN_MIN )
            {
                gain = WAVEFORM4_GAIN_MIN;
            }
            log_printf( &logger, "Gain decreased: %.3f\r\n", gain );
            return waveform4_set_gain ( &waveform4, channel, gain );
        }
        case 'S': case 's': 
        {
            wave = WAVEFORM4_WAVE_SINE;
            log_printf( &logger, "Sine wave selected.\r\n" );
            return waveform4_set_wave_output ( &waveform4, channel, wave );
        }
        case 'C': case 'c': 
        {
            wave = WAVEFORM4_WAVE_COSINE;
            log_printf( &logger, "Cosine wave selected.\r\n" );
            return waveform4_set_wave_output ( &waveform4, channel, wave );
        }
        case 'T': case 't': 
        {
            wave = WAVEFORM4_WAVE_TRIANGLE;
            log_printf( &logger, "Triangle wave selected.\r\n" );
            return waveform4_set_wave_output ( &waveform4, channel, wave );
        }
        case 'P': case 'p': 
        {
            wave = WAVEFORM4_WAVE_POSITIVE_SAWTOOTH;
            log_printf( &logger, "Positive sawtooth wave selected.\r\n" );
            return waveform4_set_wave_output ( &waveform4, channel, wave );
        }
        case 'N': case 'n': 
        {
            wave = WAVEFORM4_WAVE_NEGATIVE_SAWTOOTH;
            log_printf( &logger, "Negative sawtooth wave selected.\r\n" );
            return waveform4_set_wave_output ( &waveform4, channel, wave );
        }
        case '1': 
        {
            channel = WAVEFORM4_CHANNEL_1;
            log_printf( &logger, "Channel 1 selected.\r\n" );
            return waveform4_set_wave_output ( &waveform4, channel, wave );
        }
        case '2': 
        {
            channel = WAVEFORM4_CHANNEL_2;
            log_printf( &logger, "Channel 2 selected.\r\n" );
            return waveform4_set_wave_output ( &waveform4, channel, wave );
        }
        case '3': 
        {
            channel = WAVEFORM4_CHANNEL_3;
            log_printf( &logger, "Channel 3 selected.\r\n" );
            return waveform4_set_wave_output ( &waveform4, channel, wave );
        }
        case '4': 
        {
            channel = WAVEFORM4_CHANNEL_4;
            log_printf( &logger, "Channel 4 selected.\r\n" );
            return waveform4_set_wave_output ( &waveform4, channel, wave );
        }
        case 'L': case 'l': 
        {
            waveform4_display_commands ( );
            return WAVEFORM4_OK;
        }
        default :
        {
            log_error( &logger, "Wrong command." );
            return WAVEFORM4_ERROR; 
        }
    }
}

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

额外支持

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