admin/eumirts5-dds
1
0
Fork 0
Code Issues Pull Requests Actions Packages Projects Releases Wiki Activity

ai: вариант 5 генератора на audiopwmio (CircuitPython), задание и брошюры синхронизированы с РПД

Browse Source
This commit is contained in:
mss
2026-10-28 21:53:49 +04:00
parent a8434fcce9
commit 6f8d9f7415
4 changed files with 860 additions and 0 deletions
Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files
print/methodical-lab5-peredatochnaya-funkciya-na-ou-student.docx
BIN
View File
Binary file not shown.
print/methodical-lab5-peredatochnaya-funkciya-na-ou-teacher.docx
BIN
View File
Binary file not shown.
stub/05-dds-audiopwm-rp2040.py
+854
View File
@@ -0,0 +1,854 @@
# DDS-генератор на аудио-ШИМ (RP2040) — CircuitPython
#
# Вариант 5 генератора для лабораторных работ. Совместим по системе команд
# с вариантами 1–4 (F, SF, W, D, M, A, SWEEP, STOP, B, O, N, FN, FP, I,
# CAL, HELP), но выход сделан не через PIO и не через программный ШИМ,
# а через штатный звуковой модуль CircuitPython audiopwmio.
#
# ЧЕРНОВИК (AI-сгенерировано, 2026-10-28). Требует проверки преподавателем
# на реальном стенде: частоты и разрядность посчитаны по исходникам ядра,
# но реальный размах и уровень несущей надо проверить осциллографом.
#
# Дополнительные библиотеки НЕ нужны: audiopwmio и audiocore входят в
# прошивку CircuitPython для RP2040.
#
# ──────────────── ПОЧЕМУ НЕ analogio (важно) ────────────────
#
# В CircuitPython модуль analogio содержит ровно два класса:
#
# analogio.AnalogIn — вход АЦП (им и меряем, см. команду A);
# analogio.AnalogOut — выход ЦАП.
#
# AnalogOut работает только там, где есть НАСТОЯЩИЙ ЦАП. У RP2040 его нет,
# поэтому в документации прямо написано: «Not available on Nordic, RP2040,
# Spresense, as there is no on-chip DAC». То есть аналогового выхода на
# Pico через analogio не получить — ни в каком виде.
#
# Вывод «звука через ШИМ» в CircuitPython делает другой модуль — audiopwmio:
#
# audiopwmio.PWMAudioOut(pin) — канал вывода (ШИМ-слайс);
# audiocore.RawSample(буфер, ...) — проигрываемый сэмпл.
#
# Именно его и использует этот вариант.
#
# ──────────────── КАК ЭТО РАБОТАЕТ ────────────────
#
# На RP2040 внутри audiopwmio:
#
# * занимается один ШИМ-слайс (GP15 — это слайс 7, канал B);
# * TOP регистра скважности = 1023, поэтому несущая ШИМ:
#
# f_несущей = 125 МГц / 1024 = 122,07 кГц (фиксирована ядром)
#
# * скважность (10 бит из 16-битного сэмпла) обновляется НЕ программой,
# а DMA по таймеру темпа. Таймер настраивается дробным делителем
# 125 МГц * X / Y, поэтому частота сэмплирования задаётся очень точно:
#
# sample_rate = f_вых * m, где m = N * O — сэмплов на период
#
# * после RC-фильтра низких частот остаётся среднее значение скважности,
# то есть наш сигнал. Несущие 122 кГц фильтр давит, сигнал пропускает.
#
# Отличие от варианта 1 и 2 (программный ШИМ) — в том, что цикл Python в
# формировании сигнала НЕ участвует вообще. Отличие от вариантов 3 и 4
# (PIO) — в том, что вместо PIO-машины работает штатный аудио-тракт ядра.
#
# ──────────────── ЧТО ЭТО ДАЁТ И ЧЕГО НЕ ДАЁТ ────────────────
#
# Плюсы:
# * вывод идёт в фоне (DMA), CPU свободен — команды принимаются на ходу,
# АЦП можно читать ОДНОВРЕМЕННО с выводом сигнала;
# * несущая 122 кГц фильтруется тем же RC, что и в остальных вариантах
# (1к/47н, f_c ~ 3,4 кГц);
# * не нужны adafruit_pioasm и rp2pio — только прошивка.
#
# Минусы (важно для лаборатории):
# * это ЗВУКОВОЙ тракт: частота сэмплирования ограничена сверху ~48 кГц,
# потому что она должна быть заметно ниже несущей 122 кГц. Значит
# верхняя частота сигнала:
#
# f_вых_max = sample_rate_max / m
#
# при m = 16 это 3 кГц, при m = 48 — 1 кГц, при m = 256 — 188 Гц.
# Выше 3–4 кГц этот вариант не годится, там нужны PIO (варианты 3–4)
# или программный ШИМ (варианты 1–2).
# * разрядность скважности 10 бит — команда B больше 10 не имеет смысла
# (ядро всё равно оставит 10 старших бит).
# * при малом m форма ступенчатая: 16 точек на период — это грубо.
#
# ──────────────── ПИНЫ ────────────────
#
# GP15 — выход (ШИМ в режиме Q, аудио-ШИМ в режиме S);
# GP16 — синхроимпульс (вне зоны, которую занимает аудио);
# GP26 — вход ADC0 (A0), до 3,3 В, больше — только через делитель.
#
# ──────────────── КОМАНДЫ ────────────────
#
# F <Гц> — частота (1..200000, но см. предел выше)
# SF <Гц> — то же, явно для синуса
# W Q | W S — режим: Q — прямоугольник (pwmio), S — звук (audiopwmio)
# D <0..255> — скважность прямоугольника в режиме Q
# M <0..127> — амплитуда (127 = полная шкала)
# A — измерить размах на ADC0 -> "A <мВ>"
# SWEEP f0 f1 n ms — свип: "P <Гц> <мВ>" на точку, затем "DONE"
# STOP — прервать свип
# B <1..10> — разрядность скважности (10 — предел audiopwmio)
# O <1..64> — множитель сэмплов: m = N*O
# N <16..4096> — «полезных» сэмплов на период
# FN <имя> — форма: sin, sine2, triangle, saw, square
# FP <выражение> — своя функция от t (0..1)
# CAL <Гц> — автокалибровка по осциллографу (поправка частоты)
# CLC <n> — НЕ ПРИМЕНИМА (нет PIO); принимается для совместимости
# I — настройки, пределы частоты, фактическая частота
#
# ВНИМАНИЕ: ADC0 (GP26) — вход 0..3,3 В. Сигнал больше 3,3 В подавать
# только через делитель. Схему без питания к ADC не подключать.
import array
import math
import sys
import time
import board
import digitalio
import pwmio
import audiocore
import audiopwmio
try:
import analogbufio
except ImportError: # pragma: no cover
analogbufio = None
print("# analogbufio недоступен: команды A и SWEEP работают по-простому")
# ─────────────────────────── константы ───────────────────────────
PIN_OUT = board.GP15 # выход: PWM в режиме Q, аудио-ШИМ в режиме S
PIN_TRIG = board.GP16 # синхроимпульс
PIN_ADC = board.GP26 # ADC0 — вход измерения
SYS_CLK = 125_000_000 # тактовая RP2040, Гц
# Внутри audiopwmio на RP2040: BITS_PER_SAMPLE = 10, TOP = 2^10 - 1 = 1023.
# Отсюда фиксированная несущая ШИМ и предельная разрядность 10 бит.
PWM_BITS = 10
PWM_CARRIER_HZ = SYS_CLK / (1 << PWM_BITS) # 122 070,3 Гц
# Темп сэмплирования задаёт DMA-таймер с делителем до 65536, значит снизу
# частота ограничена ~1907 Гц (та же цифра, что предел clkdiv у PIO).
SR_MIN = SYS_CLK / 65536 # ≈ 1907 Гц
# Сверху ограничиваем «по-звуковому»: сэмплы должны быть заметно реже
# несущей, иначе ШИМ не успевает их отыграть и на выходе будет мусор.
SR_MAX = 48000
ADC_FULL_MV = 3300 # опорное напряжение ADC, мВ
# Буфер сэмплов: 2 байта на сэмпл ("H"), держим не больше 64 КБ.
MAX_BUFFER_BYTES = 64 * 1024
# Пределы для команд N и O (те же, что в вариантах 3–4, для совместимости).
N_MIN, N_MAX = 16, 4096
O_MIN, O_MAX = 1, 64
def _default_wave(t):
"""Форма по умолчанию: синус. t — доля периода [0,1)."""
return math.sin(2.0 * math.pi * t)
# ─────────────────────────── класс AudioPWMDDS ───────────────────────────
class AudioPWMDDS:
"""DDS на audiopwmio: буфер сэмплов играет DMA, CPU свободен."""
def __init__(self, bits=8, oversample=1, n=32, freq=1000, level=127):
self.bits = int(bits)
self.oversample = int(oversample)
self.n = int(n)
self.freq = int(freq)
self.level = int(level)
self.wave = _default_wave
self.wave_name = "sin"
self.corr = 1.0 # поправка частоты после CAL
self.audio = None # создаётся лениво, в ensure()
self._sample = None # RawSample — держим ссылку!
self._buf = None # array('H') — буфер должен жить
# ─── параметры ───
def samples_per_period(self):
"""m — сколько сэмплов приходится на один период сигнала."""
return self.n * self.oversample
def sample_rate_wanted(self):
"""Желаемая частота сэмплирования, Гц (до ограничения)."""
return self.freq * self.samples_per_period() * self.corr
def sample_rate_used(self):
"""Частота сэмплирования, которая реально будет выставлена."""
sr = int(round(self.sample_rate_wanted()))
if sr < int(SR_MIN) + 1:
sr = int(SR_MIN) + 1
if sr > SR_MAX:
sr = SR_MAX
return sr
def f_out_actual(self):
"""Фактическая частота сигнала при текущем sample_rate."""
return self.sample_rate_used() / float(self.samples_per_period())
def f_out_max(self):
return SR_MAX / float(self.samples_per_period())
def f_out_min(self):
return (int(SR_MIN) + 1) / float(self.samples_per_period())
def needs_warning(self):
"""True, если запрошенная частота не влезает в звуковой тракт."""
sr = self.sample_rate_wanted()
return sr > SR_MAX or sr < SR_MIN
def suggest_reduction(self):
"""Подсказка, что менять, если частота не достижима."""
m = self.samples_per_period()
if self.sample_rate_wanted() > SR_MAX:
ok = int(SR_MAX / float(self.freq * self.corr)) if self.freq else 0
return ("уменьшите N*O до %d (сейчас m=%d) или снизьте частоту "
"до %.1f Гц" % (max(N_MIN, ok), m, self.f_out_max()))
return ("увеличьте N*O (сейчас m=%d): минимум %.1f Гц"
% (m, self.f_out_min()))
def set_frequency(self, hz):
self.freq = max(1, min(200000, int(hz)))
if self.audio is not None:
self._reload()
def set_bits(self, b):
b = int(b)
if b < 1:
raise ValueError("B должно быть 1..%d" % PWM_BITS)
if b > PWM_BITS:
raise ValueError("для audiopwmio максимум B=%d (ядро оставляет "
"10 старших бит)" % PWM_BITS)
self.bits = b
if self.audio is not None:
self._reload()
def set_oversample(self, o):
o = int(o)
if o < O_MIN or o > O_MAX:
raise ValueError("O должно быть %d..%d" % (O_MIN, O_MAX))
self._check_buffer(self.n * o) # проверить ДО присваивания
self.oversample = o
if self.audio is not None:
self._reload()
def set_n(self, n):
n = int(n)
if n < N_MIN or n > N_MAX:
raise ValueError("N должно быть %d..%d" % (N_MIN, N_MAX))
self._check_buffer(n * self.oversample)
self.n = n
if self.audio is not None:
self._reload()
def set_amplitude(self, level):
self.level = max(0, min(127, int(level)))
if self.audio is not None:
self._reload()
def set_function(self, fn, name="func"):
self.wave = fn
self.wave_name = name
if self.audio is not None:
self._reload()
def reset_function(self):
self.set_function(_default_wave, "sin")
def slew_warning(self):
"""В этом варианте нет дельта-сигмы, поэтому ограничения наклона нет.
Метод оставлен для совместимости с вызовами из main()."""
return None
# ─── буфер и воспроизведение ───
def _check_buffer(self, m=None):
"""Проверить, что буфер для m сэмплов влезает в память."""
if m is None:
m = self.samples_per_period()
if m * 2 > MAX_BUFFER_BYTES:
raise ValueError("буфер %d байт > %d — уменьшите N или O"
% (m * 2, MAX_BUFFER_BYTES))
def _build(self):
"""Заполнить буфер: m сэмплов одного периода, 16 бит, 0..65535.
Квантование по B бит делается ЗДЕСЬ, а не в железе: уровень
округляется до 2^B значений скважности и растягивается на всю
16-битную шкалу. Так команда B честно показывает, сколько
ступенек увидит осциллограф.
"""
m = self.samples_per_period()
self._check_buffer(m)
levels = (1 << self.bits) - 1 # 1, 3, 7, ... 1023
amp = self.level / 127.0
buf = array.array("H", [0]) * m
for i in range(m):
u = self.wave(i / float(m)) * amp
if u > 1.0:
u = 1.0
elif u < -1.0:
u = -1.0
# 0.5 + 0.5*u -> 0..1; округляем до B-битной ступеньки
level = int(round((0.5 + 0.5 * u) * levels))
buf[i] = level * 65535 // levels
self._buf = buf
return m
def _reload(self):
"""Пересобрать буфер и перезапустить воспроизведение."""
self._build()
sr = self.sample_rate_used()
self._sample = audiocore.RawSample(self._buf,
channel_count=1,
sample_rate=sr)
if self.audio is not None:
self.audio.play(self._sample, loop=True)
def ensure(self):
"""Создать канал вывода и запустить сигнал (лениво)."""
if self.audio is None:
self.audio = audiopwmio.PWMAudioOut(PIN_OUT,
quiescent_value=0x8000)
self._reload()
return self
def release(self):
"""Остановить и освободить ШИМ-слайс (нужно для режима Q)."""
if self.audio is not None:
try:
self.audio.stop()
except Exception:
pass
try:
self.audio.deinit()
except Exception:
pass
self.audio = None
self._sample = None
self._buf = None
def deinit(self):
self.release()
def calibrate(self, measured_hz):
"""CAL <измеренная_Гц>: подстроить частоту сэмплирования.
Ошибка тут может быть только от кварца (доли промилле), но команда
оставлена для единообразия с вариантами 3–4: вводим измеренное,
получаем поправку corr и пересчёт.
"""
if self.needs_warning():
raise ValueError("сначала задайте достижимую частоту: сейчас "
"запрошено %d Гц при пределе %.1f Гц"
% (self.freq, self.f_out_max()))
measured = float(measured_hz)
if measured <= 0:
raise ValueError("измеренная частота должна быть > 0")
old = self.corr
self.corr = self.corr * self.freq / measured
self.corr = max(0.5, min(2.0, self.corr))
if self.audio is not None:
self._reload()
return old, self.corr
def info(self):
m = self.samples_per_period()
return ("аудио-ШИМ: f=%d Гц, форма=%s, B=%d, N=%d, O=%d, m=%d, "
"Fs=%d Гц, несущая=%.1f кГц, f_ном=%.2f Гц, "
"поправка=%.6f, f_min=%.1f, f_max=%.1f Гц"
% (self.freq, self.wave_name, self.bits, self.n,
self.oversample, m, self.sample_rate_used(),
PWM_CARRIER_HZ / 1000.0, self.f_out_actual(), self.corr,
self.f_out_min(), self.f_out_max()))
# ───────────────────── прямоугольник на PWM ─────────────────────
#
# Режим Q — обычный аппаратный ШИМ на том же GP15. Одновременно с
# аудио-ШИМ он работать не может: audiopwmio занимает весь слайс.
# Поэтому режимы включаются по очереди (ensure/release), как в варианте 3.
class SquarePWM:
def __init__(self, pin=PIN_OUT):
self.pwm = pwmio.PWMOut(pin, frequency=1000,
duty_cycle=0, variable_frequency=True)
def set_frequency(self, f):
self.pwm.frequency = max(1, min(200000, int(f)))
def set_duty(self, d):
d = max(0, min(255, int(d)))
self.pwm.duty_cycle = d * 65535 // 255
def off(self):
self.pwm.duty_cycle = 0
def deinit(self):
try:
self.pwm.deinit()
except Exception:
pass
# ─────────────────────────── АЦП ───────────────────────────
def measure_amplitude_mv(window_ms=50, rate=100000):
"""Размах (пик-пик) на ADC0 в милливольтах.
Чтение через analogbufio (аппаратный ADC + DMA). Если библиотеки нет
или DMA занят звуком — откатываемся на analogio.AnalogIn.
ВАЖНО: воспроизведение при этом не останавливается — audiopwmio играет
на своём DMA-канале, ADC работает независимо.
"""
if analogbufio is not None:
length = int(rate * window_ms / 1000)
length = max(64, min(8192, length))
buf = array.array("H", [0]) * length
adc = None
try:
adc = analogbufio.BufferedIn(PIN_ADC, sample_rate=rate)
adc.readinto(buf, loop=False)
return (max(buf) - min(buf)) * ADC_FULL_MV // 65535
except Exception:
pass # нет DMA-канала или частоты — ниже
finally:
if adc is not None:
try:
adc.deinit()
except Exception:
pass
import analogio
adc = analogio.AnalogIn(PIN_ADC)
vmin, vmax = 65535, 0
t0 = time.monotonic()
try:
while (time.monotonic() - t0) * 1000 < window_ms:
v = adc.value
if v < vmin:
vmin = v
if v > vmax:
vmax = v
finally:
adc.deinit()
return (vmax - vmin) * ADC_FULL_MV // 65535
# ─────────────────────────── свип ───────────────────────────
trig = None
def ensure_trig():
"""Создать синхроимпульс при первом использовании (лениво!)."""
global trig
if trig is None:
trig = digitalio.DigitalInOut(PIN_TRIG)
trig.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
trig.value = False
return trig
def trigger_pulse():
t = ensure_trig()
t.value = True
time.sleep(0.00005)
t.value = False
def run_sweep(dds, square, mode, f0, f1, count, dwell_ms):
"""Логарифмический свип. Печатает 'P <Гц> <мВ>', в конце 'DONE'."""
count = max(2, count)
if f1 <= f0:
f1 = f0 * 10.0
ratio = (f1 / f0) ** (1.0 / (count - 1))
f = float(f0)
try:
for _ in range(count):
if mode == "S":
dds.set_frequency(int(f))
else:
square.set_frequency(int(f))
trigger_pulse()
time.sleep(dwell_ms / 1000.0)
mv = measure_amplitude_mv()
sys.stdout.write("P %d %d\n" % (int(f), mv))
f *= ratio
except KeyboardInterrupt:
sys.stdout.write("DONE\n")
raise
sys.stdout.write("DONE\n")
# ───────── предустановленные формы сигнала (для команды FN) ─────────
def _wave_sin(t):
return math.sin(2.0 * math.pi * t)
def _wave_sine2(t):
return (0.3 * math.sin(2.0 * math.pi * t) +
0.5 * math.sin(4.0 * math.pi * t))
def _wave_triangle(t):
return 4.0 * abs(t - 0.5) - 1.0
def _wave_saw(t):
return 2.0 * t - 1.0
def _wave_square(t):
return 1.0 if t < 0.5 else -1.0
WAVES = {
"sin": _wave_sin,
"sine2": _wave_sine2,
"triangle": _wave_triangle,
"saw": _wave_saw,
"square": _wave_square,
}
# Разрешённые имена для команд FP/FN: только математика, без встроенных.
_EXPR_NAMES = {
"sin": math.sin, "cos": math.cos, "tan": math.tan,
"pi": math.pi, "abs": abs,
}
EXPR_LEN_MAX = 120
def _eval_expr(expr, t):
"""Вычислить выражение от t. Отдельная функция, не lambda: на плате
разбор lambda в командах не срабатывал (см. вариант 3)."""
env = dict(_EXPR_NAMES)
env["t"] = t
return eval(expr, {"__builtins__": {}}, env)
def _expr_ok(expr):
"""Проверить выражение до использования. None, если всё в порядке."""
if len(expr) > EXPR_LEN_MAX:
return "выражение слишком длинное (лимит %d)" % EXPR_LEN_MAX
for t in (0.0, 0.125, 0.333, 0.5, 0.75):
try:
v = _eval_expr(expr, t)
except Exception as e:
return "%s (при t=%.3f)" % (e, t)
if v != v: # NaN
return "не числовой результат (NaN)"
if abs(v) > 1e6:
return "слишком большое значение (%g) — форма вне [-1,1]" % v
return None
def _make_expr_wave(expr):
def wave(t):
return _eval_expr(expr, t)
return wave
# ─────────────────────────── подробный хелп ───────────────────────────
def print_help():
lines = [
"# ─────── DDS-генератор на аудио-ШИМ (audiopwmio): команды ───────",
"# Обозначения: <..> — обязательный аргумент.",
"#",
"# РЕЖИМ И ЧАСТОТА",
"# W Q — режим прямоугольника (аппаратный ШИМ на GP15)",
"# W S — режим звука (audiopwmio, GP15)",
"# F <Гц> — частота, в режиме Q — прямоугольника,",
"# в S — сигнала. пример: F 440",
"# SF <Гц> — частота СИГНАЛА (то же, явно)",
"#",
"# ФОРМА СИГНАЛА",
"# D <0..255> — скважность прямоугольника (128 = 50 %)",
"# M <0..127> — амплитуда (127 = полная шкала)",
"# FN <имя> — форма: sin, sine2, triangle, saw, square",
"# FP <выражение> — своя функция от t (0..1), например:",
"# FP 0.3*sin(2*pi*t)+0.5*sin(4*pi*t)",
"#",
"# ИЗМЕРЕНИЕ И СВИП (работает ОДНОВРЕМЕННО с выводом)",
"# A — размах на ADC0 (GP26), мВ -> 'A <мВ>'",
"# SWEEP <f0> <f1> <n> <dwell_ms>",
"# логарифмический свип; печатает 'P <Гц> <мВ>',",
"# в конце 'DONE'. пример: SWEEP 20 3000 20 150",
"# STOP — прервать свип",
"#",
"# ПАРАМЕТРЫ СИНТЕЗА",
"# B <1..10> — разрядность скважности. 10 — предел ядра",
"# (внутри audiopwmio берутся 10 старших бит)",
"# O <1..64> — множитель сэмплов, m = N * O",
"# N <16..4096> — «полезных» сэмплов на период",
"# I — настройки, пределы, f_min/f_max, поправка",
"# CAL <Гц> — автокалибровка: подайте частоту, измерьте",
"# осциллографом, введите измеренное (CAL 440)",
"# CLC <n> — НЕ ПРИМЕНИМА: PIO здесь нет; принимается",
"# только чтобы не ломать общий сценарий команд",
"#",
"# ГЛАВНОЕ ОГРАНИЧЕНИЕ (в чём отличие от вариантов 3–4)",
"# Частота сэмплирования не больше 48000 Гц, поэтому",
"# f_max = 48000 / m.",
"# При m=16 это 3 кГц, при m=48 — 1 кГц, при m=256 — 188 Гц.",
"# Выше 3–4 кГц этот вариант не работает — берите PIO.",
"# Команда I показывает f_min и f_max для текущих N и O.",
"#",
"# КАРТА ПИНОВ",
"# GP15 — выход (ШИМ в Q, аудио-ШИМ в S)",
"# GP16 — синхроимпульс",
"# GP26 (A0) — вход ADC, до 3,3 В (через делитель)",
"#",
"# ЧЕМ ЭТО ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ analogio",
"# analogio умеет только AnalogIn (вход) и AnalogOut (ЦАП).",
"# На RP2040 ЦАПА НЕТ, поэтому AnalogOut недоступен, и «звук через",
"# ШИМ» делается модулем audiopwmio — он и используется здесь.",
"#",
"# ФИЛЬТР НА ВЫХОДЕ (тот же, что в остальных вариантах)",
"# GP15 --[R1]--+--[R2]--+--> во вход схемы",
"# | |",
"# [C1] [C2] R1=R2=1к, C1=C2=47н",
"# | | (f_c ~ 3.4 кГц)",
"# GND GND",
"# Несущая ШИМ 122 кГц давится этим фильтром примерно на 60 дБ.",
"#",
"# СПРАВКА",
"# HELP | ? — этот текст",
]
for ln in lines:
sys.stdout.write(ln + "\n")
# ─────────────────────────── main ───────────────────────────
def main():
print("# DDS на аудио-ШИМ (RP2040 / CircuitPython).")
print("# Вывод: audiopwmio, вход: analogio/analogbufio.")
print("# Подробный хелп: HELP или ?")
dds = None
square = None
try:
dds = AudioPWMDDS(bits=8, oversample=1, n=32, freq=1000, level=127)
square = SquarePWM()
square.set_frequency(1000)
square.set_duty(128)
print("# " + dds.info())
print(" (режим Q: PWM на GP15; режим S: audiopwmio на GP15)")
except Exception as e:
print("! ОШИБКА инициализации:", repr(e))
if dds is not None:
dds.deinit()
if square is not None:
square.deinit()
return
mode = "Q"
saved_square_hz = 1000
try:
while True:
line = sys.stdin.readline()
if not line:
break # EOF: порт закрыт
parts = line.split()
if not parts:
continue
cmd = parts[0].upper()
if cmd in ("HELP", "?"):
print_help()
elif cmd == "F" and len(parts) > 1:
hz = int(float(parts[1]))
if mode == "S":
dds.set_frequency(hz)
print("OK F %d (сигнал)" % dds.freq)
if dds.needs_warning():
print("! ВНИМАНИЕ: частота недостижима — %s"
% dds.suggest_reduction())
print("! Сейчас реально: %.1f Гц" % dds.f_out_actual())
else:
square.set_frequency(hz)
print("OK F %d (прямоугольник)" % hz)
elif cmd == "SF" and len(parts) > 1:
dds.set_frequency(int(float(parts[1])))
print("OK SF %d" % dds.freq)
if dds.needs_warning():
print("! ВНИМАНИЕ: частота недостижима — %s"
% dds.suggest_reduction())
print("! Сейчас реально: %.1f Гц" % dds.f_out_actual())
elif cmd == "W" and len(parts) > 1:
want = "S" if parts[1].upper().startswith("S") else "Q"
if want == mode:
print("OK W %s (уже)" % mode)
else:
try:
if want == "S":
# запомнить частоту прямоугольника, погасить его,
# освободить слайс и запустить аудио-ШИМ
saved_square_hz = square.pwm.frequency
square.off()
square.deinit()
square = None
dds.ensure()
mode = "S"
print("OK W S (audiopwmio: %s)" % dds.info())
else:
# остановить аудио, вернуть ШИМ на тот же GP15
dds.release()
square = SquarePWM()
square.set_frequency(saved_square_hz)
square.set_duty(128)
mode = "Q"
print("OK W Q (PWM на GP15, %d Гц)"
% saved_square_hz)
except Exception as e:
print("ERR W %s:" % want, repr(e))
elif cmd == "D" and len(parts) > 1:
if mode == "Q" and square is not None:
square.set_duty(int(parts[1]))
print("OK D %s" % parts[1])
elif cmd == "M" and len(parts) > 1:
dds.set_amplitude(int(parts[1]))
print("OK M %d" % dds.level)
elif cmd == "A":
print("A %d" % measure_amplitude_mv())
elif cmd == "SWEEP" and len(parts) > 4:
run_sweep(dds, square, mode,
float(parts[1]), float(parts[2]),
int(parts[3]), int(parts[4]))
elif cmd == "STOP":
print("OK STOP (если свип идёт — надёжнее Ctrl-C)")
elif cmd == "B" and len(parts) > 1:
try:
dds.set_bits(int(parts[1]))
print("OK B %d" % dds.bits)
except Exception as e:
print("ERR B:", repr(e))
elif cmd == "O" and len(parts) > 1:
try:
dds.set_oversample(int(parts[1]))
print("OK O %d" % dds.oversample)
except Exception as e:
print("ERR O:", repr(e))
elif cmd == "N" and len(parts) > 1:
try:
dds.set_n(int(parts[1]))
print("OK N %d" % dds.n)
except Exception as e:
print("ERR N:", repr(e))
elif cmd == "FN" and len(parts) > 1:
name = parts[1].lower()
if name in WAVES:
try:
dds.set_function(WAVES[name], name=name)
print("OK FN %s" % name)
except Exception as e:
print("ERR FN:", repr(e))
else:
print("ERR FN: неизвестная форма. Доступны: %s"
% ", ".join(sorted(WAVES)))
elif cmd == "FP" and len(parts) > 1:
expr = line.strip()[len("FP"):].strip()
if expr:
err = _expr_ok(expr)
if err:
print("ERR FP: %s" % err)
else:
try:
dds.set_function(_make_expr_wave(expr),
name="FP:" + expr)
print("OK FP %s" % expr)
except Exception as e:
print("ERR FP:", repr(e))
dds.reset_function()
else:
print("ERR FP: укажите выражение, например "
"FP 0.3*sin(2*pi*t)+0.5*sin(4*pi*t)")
elif cmd == "CLC" and len(parts) > 1:
# Команда есть в вариантах 3–4 (тактов PIO на сэмпл).
# Здесь PIO нет: частоту задаёт DMA-таймер, подстраивать
# нечего. Принимаем, чтобы общий сценарий не падал.
print("OK CLC %s (не применима: здесь нет PIO; для поправки "
"частоты — CAL)" % parts[1])
elif cmd == "CAL" and len(parts) > 1:
try:
was, now = dds.calibrate(float(parts[1]))
print("OK CAL: поправка %.6f -> %.6f (Fs=%d Гц, "
"физическая частота должна стать %d Гц)"
% (was, now, dds.sample_rate_used(), dds.freq))
except Exception as e:
print("ERR CAL:", repr(e))
elif cmd == "I":
print("# " + dds.info())
else:
print("ERR unknown command: %s" % cmd)
except KeyboardInterrupt:
pass
finally:
dds.deinit()
if square is not None:
square.deinit()
if trig is not None:
try:
trig.deinit()
except Exception:
pass
print("stopped")
# ─────────────── точка входа ───────────────
#
# Как и в других вариантах, запускаем безусловно: в CircuitPython проверка
# `if __name__ == "__main__":` при автозапуске code.py ненадёжна.
_START_GENERATOR = True
if _START_GENERATOR:
try:
main()
except KeyboardInterrupt:
pass
except Exception as _e:
try:
import sys as _sys
_sys.print_exception(_e)
except Exception:
print("! ОШИБКА:", repr(_e))
task.md
+6
View File
@@ -197,8 +197,14 @@ K(f) = 1 / √(1 + (f/f_c)²), f_c = 1/(2π·R·C)
| `01-...-circuitpython.py` | CircuitPython | программный DDS + ШИМ | | `01-...-circuitpython.py` | CircuitPython | программный DDS + ШИМ |
| `04-dds-pio-rp2040.py` | CircuitPython | аппаратный PIO + DMA | | `04-dds-pio-rp2040.py` | CircuitPython | аппаратный PIO + DMA |
| `04-dds-pio-rp2040.ino` | Arduino, **только earlephilhower** | аппаратный PIO + DMA | | `04-dds-pio-rp2040.ino` | Arduino, **только earlephilhower** | аппаратный PIO + DMA |
| `05-dds-audiopwm-rp2040.py` | CircuitPython | аудио-ШИМ (`audiopwmio`) + DMA; только до ~3 кГц |
**Рекомендуется вариант на PIO** — точная частота, CPU свободен. **Рекомендуется вариант на PIO** — точная частота, CPU свободен.
Вариант 3 (`04-dds-pio-rp2040.py`) проверен на стенде: логическим
анализатором снят цифровой выход, форма синуса верная.
Вариант 5 — если интересно, как звук выводят штатными средствами ядра
(`audiopwmio`); он ограничен сверху ~3 кГц, потому что частота
сэмплирования не может быть выше 48 кГц.
У `.ino`-варианта на PIO форма сигнала задаётся функцией `waveform(t)` У `.ino`-варианта на PIO форма сигнала задаётся функцией `waveform(t)`
**в коде** (перекомпилировать после правки) — в C++ нет разбора формул **в коде** (перекомпилировать после правки) — в C++ нет разбора формул
на лету, как в CircuitPython-версии. на лету, как в CircuitPython-версии.