Lab Signal Generator & monitor

개요

초급과정에서 배운 것들을 통합하여 Signal generator & monitor를 만들어 본다.

목적

  • 초급과정 복습과 응용

학습성과

  • DAVE 상에서 마이크로컨트롤러의 기본적인 주변장치들을 사용 할 수 있다.

선행사항들

  • Lecture DigitalIos
  • Lecture PwmBasic
  • Lecture AdcBasic
  • Lecture DacBasic
  • Lecture uc-Probe

참고자료 및 심화학습

Signal generator & monitor 설명

LabSigGenMon_SystemDiagram

Signal generator & monitor 동작

  • 디지털 IO를 사용하여 4개의 입력을 받고 상태를 PC로 확인한다.
  • 디지털 IO를 사용하여 4개의 출력을 PC로 조작한다.
  • 보드 상의 LED1, LED2는 10 Hz의 주파수로 토글링된다.
  • ADC 채널 4개를 사용하고 그 결과를 PC에서 확인한다.
  • DAC 채널 2개를 사용하고 PC를 통해 출력 아날로그 전압을 조정할 수 있다.
  • PWM 채널 1개를 사용하며 주파수와 듀티를 PC로 설정 할 수 있다.

프로그램 구조

LabSigGenMon_SoftwareArchitecture

DAVE APP

  • DIGITAL_IO
Name Pin direction
dhDIGITAL_IN_0 Input
dhDIGITAL_IN_1 Input
dhDIGITAL_IN_2 Input
dhDIGITAL_IN_3 Input
dhDIGITAL_OUT_0 Input/Output
dhDIGITAL_OUT_1 Input/Output
dhDIGITAL_OUT_2 Input/Output
dhDIGITAL_OUT_3 Input/Output
  • ADC_MEASUREMENT(dhADC_MEASUREMENT_0)
Configuration Name Value
Number of measurements 4
Trigger edge selection No External Trigger
Conversion mode 12 Bit
Desired sample time[nsec] 67
Option Enable continuous conversion
Start conversion after initialization
  • SYSTIMER(dhSYSTIMER_0)
Configuration Name Value
SysTick timer period[us] 1000
Number of software timers 8
  • DAC
Name Mode sign selection 초기화 후 시작
dhDAC_0 SingleValue UnsignedValue O
dhDAC_1 SingleValue UnsignedValue O
  • PWM(dhPWM_0)
Configuration Name Value
timer module CCU4
Frequency[Hz] 10
Duty cycle[%] 50
Option Start after initialization

Variables

Name Type Range Description
dhDIGITAL_IN_0_u32Value uint32_t 0 ~ 4294967296 dhDIGITAL_IN_0 상태
dhDIGITAL_IN_1_u32Value uint32_t 0 ~ 4294967296 dhDIGITAL_IN_1 상태
dhDIGITAL_IN_2_u32Value uint32_t 0 ~ 4294967296 dhDIGITAL_IN_2 상태
dhDIGITAL_IN_3_u32Value uint32_t 0 ~ 4294967296 dhDIGITAL_IN_3 상태
dhDIGITAL_OUT_0_u32Value uint32_t 0 ~ 4294967296 dhDIGITAL_OUT_0 상태
dhDIGITAL_OUT_1_u32Value uint32_t 0 ~ 4294967296 dhDIGITAL_OUT_1 상태
dhDIGITAL_OUT_2_u32Value uint32_t 0 ~ 4294967296 dhDIGITAL_OUT_2 상태
dhDIGITAL_OUT_3_u32Value uint32_t 0 ~ 4294967296 dhDIGITAL_OUT_3 상태
dhADC_0_u16ChAValue uint16_t 0 ~65536 ChannelA ADC 결과값
dhADC_0_fltChAValue float ChannelA ADC 결과값
dhADC_0_u16ChBValue uint16_t 0 ~65536 ChannelB ADC 결과값
dhADC_0_fltChBValue float ChannelB ADC 결과값
dhADC_0_u16ChCValue uint16_t 0 ~65536 ChannelC ADC 결과값
dhADC_0_fltChCValue float ChannelC ADC 결과값
dhADC_0_u16ChDValue uint16_t 0 ~65536 ChannelD ADC 결과값
dhADC_0_fltChDValue float ChannelD ADC 결과값
dhPWM_0_u32Frequency uint32_t 0 ~ 4294967296 dhPWM_0 입력 주파수
dhPWM_0_u32Duty uint32_t 0 ~ 4294967296 dhPWM_0 입력 듀티값
dhDAC_0_u16Value uint16_t 0 ~65536 dhDAC_0 입력값
dhDAC_0_fltValue float dhDAC_0 입력값
dhDAC_1_u16Value uint16_t 0 ~65536 dhDAC_1 입력값
dhDAC_1_fltValue float dhDAC_1 입력값

Software Timer

Name Period[us] mode callback function
timer_1ms 1000 SYSTIMER_MODE_PERIODIC CB_SYSTIMER_0_timer_1ms
timer_100ms 100000 SYSTIMER_MODE_PERIODIC CB_SYSTIMER_0_timer_100ms

Functions

  • CB_SYSTIMER_0_timer_1ms
    • 시스템 타이머에 의해 1ms마다 실행되는 콜백함수이다.
    • dhDAC_0, dhDAC_1로 값을 써서 전압을 조정한다.
    • dhDIGITAL_OUT_4을 토글한다.
  • CB_SYSTIMER_0_timer_100ms
    • 시스템 타이머에 의해 100ms마다 실행되는 콜백함수이다.
    • dhDIGITAL_IN_x(x=1,2,3,4)로부터 상태를 입력받는다.
    • dhDIGITAL_OUT_x_u32Value 값에 따라 dhDIGITAL_OUT_x(x=1,2,3,4)로 출력을 결정한다.
    • dhADC_MEASUREMENT_0로부터 4개의 채널에 해당하는 결과 값을 읽는다.
    • dhPWM_0의 주파수, 듀티를 조정한다.
    • dhDIGITAL_OUT_5를 토글한다.

준비물과 하드웨어 구성

  • XMC4500 Relax Lite Kit-V1
  • DAVE v4.3.2

프로그램 구성

  1. 상단의 [File]-[New]-[DAVE Project] 메뉴를 사용하여 DAVE Project를 새로 만든다.

LabSigGenMon_NewProject1

LabSigGenMon_NewProject2

  1. 툴바에서 Add New APP 을 사용하여 다음과 같이 DIGITAL_IO APP을 검색하고 10개 추가한다.

LabSigGenMon_AddApp1

  1. DIGITAL_IO APP의 오른쪽 마우스 메뉴에서 Rename Instance Label 을 선택하여 라벨이름을 변경한다. DIGITAL_IO APP 4개는 DIGITAL_IN_x(x=0,1,2,3), DIGITAL_IO APP 6개는 DIGITAL_OUT_x(x=0,1,2,3,4,5)라고 라벨을 변경한다.

  2. DIGITAL_IN_x(x=0,1,2,3)을 다음과 같이 설정한다.

LabSigGenMon_Config1

  1. DIGITAL_OUT_x(x=0,1,2,3,4,5)을 다음과 같이 설정한다.

LabSigGenMon_Config2

  1. 툴바에서 Add New APP 을 사용하여 다음과 같이 DAC APP을 검색하고 2개 추가한다.

LabSigGenMon_AddApp2

  1. DAC_0과 DAC_1의 오른쪽 마우스 메뉴에서 Rename Instance Label 을 선택하여 라벨이름을 각각 dhDAC_0, dhDAC_1으로 변경한다.

  2. dhDAC_0과 dhDAC_1을 다음과 같이 설정한다.

LabSigGenMon_Config3

LabSigGenMon_Config4

  1. 툴바에서 Add New APP 을 사용하여 다음과 같이 PWM APP을 검색하고 추가한다.

LabSigGenMon_AddApp3

  1. PWM_0의 오른쪽 마우스 메뉴에서 Rename Instance Label 을 선택하여 라벨이름을 dhPWM_0으로 변경한다.

  2. dhPWM_0을 다음과 같이 설정한다.

LabSigGenMon_Config5

  1. 툴바에서 Add New APP 을 사용하여 다음과 같이 ADC_MEASUREMENT APP을 검색하고 추가한다

LabSigGenMon_AddApp4

  1. ADC_MEASUREMENT_0의 오른쪽 마우스 메뉴에서 Rename Instance Label 을 선택하여 라벨이름을 dhADC_MEASUREMENT_0로 변경한다.

  2. dhADC_MEASUREMENT_0을 다음과 같이 설정한다.

LabSigGenMon_Config6

LabSigGenMon_Config7

  1. 툴바에서 Add New APP 을 사용하여 다음과 같이 SYSTIMER APP을 검색하고 추가한다.

LabSigGenMon_AddApp5

  1. SYSTIMER_0의 오른쪽 마우스 메뉴에서 Rename Instance Label 을 선택하여 라벨이름을 dhSYSTIMER_0으로 변경한다.

  2. dhSYSTIMER_0를 다음과 같이 설정한다.

LabSigGenMon_Config8

  1. 툴바에서 Manual Pin Allocator 를 사용하여 핀 설정을 다음과 같이 한다.

LabSigGenMon_Config9

  1. 툴바에서 Generate Code 를 사용하여 APP 설정을 코드에 적용한다.

프로그래밍 STEP1: System Timer

  • 시스템타이머를 올바로 설정하고 동작을 확인한다.
  • CB_SYSTIMER_0_timer_1ms() , CB_SYSTIMER_0_timer_100ms() 콜백 함수를 만들고 소프트웨어 타이머를 동작시킨다.
    • 각 콜백 함수내에 LED1과 LED2를 토글시키는 동작을 포함시킨다.
    • uint32_t SYSTIMER_0_u32Tick1ms 와 uint32_t SYSTIMER_0_u32Tick100ms 를 전역변수로 선언하고 각각 1000, 10의 값까지 증가하는 카운터로 만든다. 이변수를 사용하여 콜백 함수가 제대로 실행되는지 확인할 수 있다.
  • 확인방법
    • LED1이 100ms 마다 점멸한다.
    • LED2가 1ms 마다 점멸한다. (육안으로는 중간 밝기로 켜져있는 상태)
    • 디버거를 사용하여 중지하고 SYSTIMER_0_u32Tick1ms 와 SYSTIMER_0_u32Tick100ms 변수값을 살펴볼 수 있다.
    • uC-Probe 를 사용하여 SYSTIMER_0_u32Tick1ms 와 SYSTIMER_0_u32Tick100ms 변수의 변화 상태를 그래프로 살펴볼 수 있다.
#include <DAVE.h>          

uint32_t SYSTIMER_0_u32Tick1ms;
uint32_t SYSTIMER_0_u32Tick100ms;

void CB_SYSTIMER_0_timer_1ms(void)
{
    SYSTIMER_0_u32Tick1ms++;
    if(SYSTIMER_0_u32Tick1ms >= 1000){
        SYSTIMER_0_u32Tick1ms = 0;
    }
    DIGITAL_IO_ToggleOutput(&dhDIGITAL_OUT_4);
}

void CB_SYSTIMER_0_timer_100ms(void)
{
    SYSTIMER_0_u32Tick100ms++;
    if(SYSTIMER_0_u32Tick100ms >= 10){
        SYSTIMER_0_u32Tick100ms = 0;
    }
    DIGITAL_IO_ToggleOutput(&dhDIGITAL_OUT_5);
}

int main(void)
{
    DAVE_STATUS_t status;

    uint32_t timer_1ms;
    uint32_t timer_100ms;

    status = DAVE_Init();           /* Initialization of DAVE APPs  */
    if(status != DAVE_STATUS_SUCCESS)
    { /*중간생략*/  }

    timer_1ms = SYSTIMER_CreateTimer(1000, SYSTIMER_MODE_PERIODIC, (void*)CB_SYSTIMER_0_timer_1ms, NULL);
    timer_100ms = SYSTIMER_CreateTimer(100000, SYSTIMER_MODE_PERIODIC, (void*)CB_SYSTIMER_0_timer_100ms, NULL);

    SYSTIMER_StartTimer(timer_1ms);
    SYSTIMER_StartTimer(timer_100ms);

    while(1U)
    {   }
}

프로그래밍 STEP2: Digital 입출 기능

  • 디지탈 입출력 기능을 구현
    • 사용할 변수를 명명법을 사용하여 선언한다.
    • 프로그램 초기화 단계에서 해당 변수들을 초기화 한다.
    • CB_SYSTIMER_0_timer_100ms() 함수에서 디지탈 핀의 입력을 읽어들여 해당 변수에 할당한다.
    • CB_SYSTIMER_0_timer_100ms() 함수에서 변수의 값을 해당 디지탈 핀에 출력한다. 단 이때 잘못된 변수값에 대한 처리를 고려한다.
    • uC-Probe 화면에 디지탈 입력과 출력에 대한 처리를 구성한다.
  • 확인방법
    • dhDIGITAL_IN_0 와 dhDIGITAL_OUT_0 핀을 점핑선으로 연결하고 uC-Probe 에서 출력값을 변경하여 본다.
    • 이때 정상값, 0, 1 에 대해서 확인하고, 비정상 값을 입력하여 확인한다.
    • 위의 단계가 정상적으로 동작하면 다른 입출력에 대해서도 같은 방법으로 확인한다.
/* 전역변수 선언 영역 */
uint32_t dhDIGITAL_IN_0_u32Value;
    /* 이하생략 */

uint32_t dhDIGITAL_OUT_0_u32Value;
    /* 이하생략 */

/* main() 의 초기화 영역 */
    dhDIGITAL_OUT_0_u32Value = 0;
    /* 이하생략 */

/* CB_SYSTIMER_0_timer_100ms(void) 함수 영역 */
    dhDIGITAL_IN_0_u32Value = DIGITAL_IO_GetInput(&dhDIGITAL_IN_0);
    /* 이하생략 */
    if (dhDIGITAL_OUT_0_u32Value == 0){
        DIGITAL_IO_SetOutputLow(&dhDIGITAL_OUT_0);
    }
    else{
        DIGITAL_IO_SetOutputHigh(&dhDIGITAL_OUT_0);
    }
    /* 이하생략 */

프로그래밍 STEP3: PWM 출력 기능

  • PWM 출력 기능 구현
    • 사용할 변수를 명명법을 사용하여 선언한다.
    • 변수를 초기화 한다.
    • CB_SYSTIMER_0_timer_100ms() 함수에서 해당 변수값을 PWM App에 출력하는 기능을 프로그래밍한다.
  • 확인방법
    • 앞서 만들어 놓은 확인용 LED를 사용하여 연결하고 uC-Probe 에서 출력값을 변경하여 본다.
/* 전역변수 선언 영역 */
uint32_t dhPWM_0_u32Frequency;
uint32_t dhPWM_0_u32Duty;

/* main() 의 초기화 영역 */
    dhPWM_0_u32Frequency = 10;
    dhPWM_0_u32Duty = 5000;

/* CB_SYSTIMER_0_timer_100ms(void) 함수 영역 */
    PWM_SetFreqAndDutyCycle(&dhPWM_0, dhPWM_0_u32Frequency, dhPWM_0_u32Duty);

프로그래밍 STEP4: Analog 입력 기능

  • 변환 관련
    • DAVE App 에서는 0~2^12 의 정수 범위를 갖고,
    • 전기적으로 0~3.3V 의 값을 읽어들이게 된다.
    • 사용자는 정수보다는 전기적인 물리량, 즉 전압값이 더 친숙하므로 변환 관계를 프로그래밍 하도록 한다.
  • 아날로그 입력 기능 구현
    • 사용할 변수를 명명법을 사용하여 선언한다.(DAVE App을 위한 정수와 사용자를 위한 실수)
    • 해당 변수를 초기화 한다.
    • CB_SYSTIMER_0_timer_100ms() 함수에서 아날로그 입력을 읽어들이고 사용자를 위하여 실수형 전압값을 변환하는 기능을 프로그래밍 한다.
  • 확인방법
    • Channel_A핀을 점핑선으로 연결하고 GND 혹은 VDD 3.3V 핀과 연결하 uC-Probe 에서 값이 각각 0, 혹은 3.3V 와 유사한지 확인한다.
    • 다른 핀들도 같은 방법으로 확인한다.
/* 전역변수 선언 영역 */
uint16_t dhADC_0_u16ChAValue;
    /* 이하생략 */

float dhADC_0_fltChAValue;
    /* 이하생략 */

/* main() 의 초기화 영역 */
    dhADC_0_u16ChAValue = 0;
    dhADC_0_fltChAValue = 0.0;
    /* 이하생략 */

/* CB_SYSTIMER_0_timer_100ms(void) 함수 영역 */
    dhADC_0_u16ChAValue = ADC_MEASUREMENT_GetResult(&ADC_MEASUREMENT_Channel_A);
    dhADC_0_fltChAValue = ((float)dhADC_0_u16ChAValue / 4096.0) * 3.3;
    /* 이하생략 */

프로그래밍 STEP5: Analog 출력 기능

  • 변환관련
    • 전기적으로 0.3 ~ 2.5V 의 범위를 갖고,
    • DAVE App 에서는 0 ~ 2^12 의 정수 범위를 갖는다. (unsigned int 의 경우)
    • 사용자는 정수보다는 전기적인 물리량, 즉 전압값이 더 친숙하므로 변환 관계를 프로그래밍 하도록 한다.
  • 아날로그 출력 구현
    • 사용할 변수를 명명법을 사용하여 선언한다.
    • 해당 변수를 초기화 한다.
    • CB_SYSTIMER_0_timer_1ms() 함수에서 실수형 전압값을 정수형으로 변환하는 기능과 이 값을 DAC App에 출력하는 기능을 프로그래밍 한다.
  • 확인방법
    • dhDAC_0 와 Channel_A핀을 점핑선으로 연결하고 uC-Probe 에서 출력값을 변경하여 본다.
    • dhDAC_1 도 위와 같은 방법으로 확인한다.
  • [Optional] Digital 출력의 경우와 같이 사용자의 잘못된 입력에 대하여 방어적인 프로그래밍 기법이 적용될 필요가 있다.
    • DAC에서 유용한 범위, 즉 0.3~2.5V,를 벗어나는 입력에 대해서 변환 관계를 추가적으로 고려해 주어야 한다.
    • 0.3V 보다 작은 경우에는 0.3V로, 2.5V 보다 큰 경우에는 2.5V 로 포화시켜 주는 방법을 추가해 보자.
/* 전역변수 선언 영역 */
uint16_t dhDAC_0_u16Value;
float dhDAC_0_fltValue;
    /* 이하생략 */

/* main() 의 초기화 영역 */
    dhDAC_0_u16Value = 0;
    dhDAC_0_fltValue = 0.0;

    /* 이하생략 */

/* CB_SYSTIMER_0_timer_1ms(void) 함수 영역 */
    dhDAC_0_u16Value = (uint16_t)(((dhDAC_0_fltValue - 0.3)/2.2) * 4095.0);
    DAC_SingleValue_SetValue_u16(&dhDAC_0, dhDAC_0_u16Value);

    /* 이하생략 */

최종결과

uC-Probe 환경에서 다음의 것들이 가능하다.

  • dhDIGITAL_IN_x_u32Value(x=0,1,2,3) 변수를 통해서 dhDIGITAL_IN_x(x=0,1,2,3)의 상태를 확인 할 수 있다.
  • dhADC_0_u16ChxValue(x=A,B,C,D) 변수를 통해서 ADC 결과 값을 정수 형태로 확인 할 수 있다.
  • dhADC_0_fltChxValue(x=A,B,C,D) 변수를 통해서 ADC 결과 값을 실제 물리 단위로 확인 할 수 있다.
  • dhDIGITAL_OUT_x_u32Value(x=0,1,2,3) 변수를 통해서 dhDIGITAL_OUT_x(x=0,1,2,3)의 전압을 변화 시킬 수 있다.
  • dhPWM_0_u32Frequency와 dhPWM_0_u32Duty 변수를 통해서 dhPWM_0의 주파수, 듀티를 조정 할 수 있다.
  • dhDAC_x_u16Value(x=0,1) 변수를 통해서 dhDAC_x(x=0,1)의 아날로그 전압을 정수 형태로 입력 할 수 있다.
  • dhDAC_x_fltValue(x=0,1) 변수를 통해서 dhDAC_x(x=0,1)의 아날로그 전압을 실제 물리량 단위로 입력 할 수 있다.

LabSigGenMon_uCProbePanel