Hallo, bevor ich auf die programmiertechnischen Probleme komme (und damit zum eigentlichen µC-Problem), vielleicht erstmal eine Vorabeinschätzung eurerseits. Ich möchte mit meiner Schaltung einen hochfrequenten, speziell geformten Impuls erzeugen, der einer recht komplizierten, aber fixen mathematischen Funktion gehorcht. Das geht dann per SPI an einen D/A-Wandler und dann... nun, darüber zerbreche ich mir meinen Kopf, wenn ich soweit bin. Nun habe ich gelesen, dass die CPU des µC das nicht in Echtzeit berechnen sollte, sondern dass man lieber eine Wertetabelle erzeugt und aus dieser jeweils den benötigten Wert auslesen lässt. Anscheinend scheitere ich aber schon am Sampling (Nyquist). Die höchste Frequenz, die in meinem 4ms-langen Puls vorkommt, beträgt 31,5kHz. Für mich rechnet sich das dann so: 31500*2 = 63000; Das entspricht einer Abtastung pro 16µs. Wenn ich nun 4ms lang abtaste, und zwar alle 16µs, dann komme ich auf 252 Abtastwerte. Diese Werte spuckt mir mein Matheprogramm (Maple) aus und Excel visualisiert sie mir dann. Das ist aber keineswegs die Kurve, die ich in Maple sehe. Auch, wenn ich mit dem Faktor 2,2 f sample, ist das Aliasing ganz stark sichtbar. Was mache ich hier falsch? Wenn ich jetzt tatsächlich mehr Werte für die Wertetabelle brauchen sollte -- ab 4stellig wird es erst schön --, reicht mir der SRAM-Speicher aber nicht mehr aus. Nur der Flash-Speicher ist groß genug. Aber ist der auch schnell genug? Oder ist der überhaupt dafür da, um zur Laufzeit dort "permanent" Werte auszulesen? Ist leider etwas länger geworden, aber trotzdem Danke schon mal :)
> Ich möchte mit meiner Schaltung einen hochfrequenten...Impuls erzeugen > Die höchste Frequenz, die in meinem 4ms-langen Puls vorkommt, > beträgt 31,5kHz. Ja wass denn nun, hochfrequent, oder niederfrequent? > Diese Werte spuckt mir mein Matheprogramm (Maple) aus > und Excel visualisiert sie mir dann. Das ist aber keineswegs > die Kurve, die ich in Maple sehe. Zeig doch mal her! > Was mache ich hier falsch? Ohne Einblick in Deine Ergebnisse zu bekommen, können wir alle nur Raten. Die Abtastrate hängt von der höchsten Frequenz ab, die im Signal enthalten ist, wie Du schon geschrieben hast. Diese höchste Frequenz muss ein Sinus Signal sein. In der Relität hast Du aber immer Frequenzen außerhalb des gewünschten bereiches, denn das Gesamt-Signal ist ja kein reiner Sinus. Daher filtert man das Signal durch einen Tiefpass. Auch das Ausgangssignal des D/A Wandler filtert man durch einen Tiefpass. Wenn die Tiefpässe perfekt funktionieren, kommt nach Deiner A/D->D/A Wandlung wieder genau das ürsprüngliche Signal heraus (abzüglich der weg gefilterten oberen Frequenzen). > Flash-Speicher ist groß genug. Aber ist der auch schnell genug? Vermutlich nicht, wenns um Schreibzugriffe geht. Da musst Du einen RAM-Puffer vorschalten. > Oder ist der überhaupt dafür da, um zur Laufzeit dort "permanent" > Werte auszulesen? Ja, das ist kein Problem. Es gibt übrigens statische RAM's mit serieller (SPI) Schnittstelle - sehr praktisch für Mikrocontroller.
Okay, vielleicht war das "hochfrequent" etwas hochgegriffen. Ich empfand das durchaus als viel. ;) Ich hab mal zwei Bild angehängt, die sagen eigentlich schon alles aus. Die y-Einheiten sind willkürlich, die x-Achse ist Zeit in Sekunden. Unter dem Gauß steckt ein Sinus, der in der Frequenz ganz leicht ansteigt. Bei 4ms beträgt die Frequenz besagte 31,5kHz. Das zweite Bild zeigt das Aliasing, wenn ich die Wertetabelle wieder zu einem Graphen mache. Von statischem RAM habe ich bisher nichts gehört, aber laut Pin-Belegung hat der ATMega16 eh nur ein SPI, das ich aber schon für den DAC brauche. Zu FPGAs hat man mir auch schon geraten, allerdings fehlen mir da noch vollkommen die Erfahrungen.
SPI ist ein Bus und mit den CS Pins wird das Slavegerät ausgewählt. Also Flash/RAM und DAC an einem SPI ist kein Problem. Welches ist denn die geringste Frequenz unterm Gauss? Das geht ja iwie von xxkHz bis zu den 31,5kHz.
@ Peder (Gast) >Anscheinend scheitere ich aber schon am Sampling (Nyquist). Die höchste >Frequenz, die in meinem 4ms-langen Puls vorkommt, beträgt 31,5kHz. Für >mich rechnet sich das dann so: >31500*2 = 63000; Das entspricht einer Abtastung pro 16µs. Das ist die Theorie. Praktisch wird man eher das Doppelte brauchen, denn es gibt keinen unendlich steilen Anti-Aliasing Filter. >Wenn ich nun 4ms lang abtaste, und zwar alle 16µs, dann komme ich auf >252 Abtastwerte. Nicht viel. >die ich in Maple sehe. Auch, wenn ich mit dem Faktor 2,2 f sample, ist >das Aliasing ganz stark sichtbar. Was mache ich hier falsch? Du hast keinen Anti-Aliasing Filter. >Wenn ich jetzt tatsächlich mehr Werte für die Wertetabelle brauchen >sollte -- ab 4stellig wird es erst schön --, reicht mir der >SRAM-Speicher aber nicht mehr aus. Nur der Flash-Speicher ist groß >genug. Aber ist der auch schnell genug? Er ist fast so schnell Wie der SRAM. Ein Lesezugriff dauer 3 Takte, beim SRAM sind es 2. >Oder ist der überhaupt dafür da, >um zur Laufzeit dort "permanent" Werte auszulesen? Was denn sonst? KLAR! Wenn wir mal grob die Abtastrate mit 200ksmps ansetzen sind das 5us/Sample. Das kann man gerade noch per SPI an einen DAC schicken. Dann ist die CPU aber zu 100% beschäftigt für die 4ms.
@Martin Stimmt, an die Master/Slave-Möglichkeit habe ich gar nicht gedacht. Damit wird die Zielstrecke immer dichter. Nur der Start hapert noch. ^^ Die Frequenz steigt linear von 28,5kHz bis zu 31,5kHz an. @Falk Ich bin testweise irgendwie bei 2500 Samples für die 4ms stehen geblieben, damit bin ich bei 1,6µs/Sample. Das ist schon deutlich weniger als deine veranschlagten 5µs. Der µC läuft mit 7,37MHz, meinst du, der kriegt das trotzdem hin? Prinzipiell stelle ich mir das Programm so vor, dass "nur" ein simpler Counter läuft. Der zählt tatsächlich nicht weit hoch -- bis 11 etwa --, was dann einen Interrupt auslöst. Die ausgelöste Routine liest dann den benötigen Wert ein und gibt ihn an den DAC weiter. Das ist alles. Und das soll er nur einmal machen, wenn ein bestimmter Pin von außen auf HI gesetzt wird. Dann kann er sich wieder 'ne Weile ausruhen. Um schon mal langsam in Richtung Programmierung zu gehen: Wie speichere ich diese Tabelle? Mein Instinkt sagt mir, als Array. Aber normalerweise liegen diese Arrays dann komplett im Arbeitsspeicher und nicht "extern" irgendwo. Und für den Arbeitsspeicher wäre das dann zu groß. Wie löst man das normalerweise? Per Direktzugriff mit Pointer? Ehrlich gesagt mache ich immer einen sehr weiten Bogen um diese Dinger!
@ Peder (Gast) >Ich bin testweise irgendwie bei 2500 Samples für die 4ms stehen >geblieben, damit bin ich bei 1,6µs/Sample. Das ist schon deutlich >weniger als deine veranschlagten 5µs. Der µC läuft mit 7,37MHz, meinst >du, der kriegt das trotzdem hin? Schon mal überlegt, wieviel Takte da pro Sampe zur Verfügung stehen? 1,6us * 7,3 MHz ~12 Takte. Es gibt Einige clevere Sachen in Assembler, die schaffen das, aber nicht per SPI und DAC, sondern direkt über IO-Pins und einen R2R DAC. http://www.myplace.nu/avr/minidds/index.htm >Prinzipiell stelle ich mir das Programm so vor, dass "nur" ein simpler >Counter läuft. Der zählt tatsächlich nicht weit hoch -- bis 11 etwa --, >was dann einen Interrupt auslöst. Die ausgelöste Routine liest dann den >benötigen Wert ein und gibt ihn an den DAC weiter. Das ist alles. Jaja, und das dauer alles nur einen Takt?!? >ich diese Tabelle? Mein Instinkt sagt mir, als Array. Sicher. > Aber normalerweise >liegen diese Arrays dann komplett im Arbeitsspeicher und nicht "extern" >irgendwo. Und für den Arbeitsspeicher wäre das dann zu groß. Beim ATmega16, ja. >Wie löst >man das normalerweise? Per Direktzugriff mit Pointer? Jain. http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial#Programmspeicher_.28Flash.29 > Ehrlich gesagt mache ich immer einen sehr weiten Bogen um diese Dinger! Dann wird es Zeit, das Problem anzugehen. Aber wie gesagt, 1,6us Abtastzeit ist mit SPI und C eine Illusion, das machen bestenfalls Profis mit 100% Assembler. Bei 5us und 16 MHZ CPU-Takt hat man eine Chance mit SPI und C.
Okay, dann danke schon mal. Ich schaue mir das morgen mal an und mach mir dann noch mal Gedanken darüber. Jetzt geht's erstmal Richtung Feierabend. (Man hat mir das aufs Auge gedrückt, ich arbeite sowas normalerweise nicht. ;))
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