UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA 2010SISTEMAS MICROPROCESADOS I
Proyecto Final Transformada de Fourier con dsPIC
y GLCD
INTENGRANTES
- PEDRO FONSECA- EDISON ORTEGA
- CHRISTIAN SIMBAÑA
Tutor: Ing. LUIS OÑATE
2010
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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA 2010SISTEMAS MICROPROCESADOS I
TUTORIAL APLICACIÓN DE LA TRANSFORMADA DE FOURIER DE UN SEÑAL CON EL dsPIC30F4013 Y UN GLCD
OBJETIVOS
Utilizar y darle una aplicación práctica a los conversores AD del microcontrolador dsPIC30F4013
Utilizar y darle una aplicación práctica al GLCD Observar el espectro de la transformada de Fourier en el dsPIC30F4013 Conocer e implementar el código para los dsPIC Establecer las diferencias que tienen estos Microcontroladores en comparación con los PIC
PLANTEAMENTO DEL PROBLEMA
Este proyecto está diseñado para trabajar con el DSPIC 30F4013. Este proyecto ya ha sido probado y funciona correctamente
En la placa EasydsPIC4 que es un entrenador DSPIC y con un cristal de 10 Mhz puede trabajar correctamente sin tener problemas, si utilizamos otro cristal la frecuencia de operación será mayor que 60 Mhz. Por ejemplo si tu estas usando un cristal de 10Mhz tú debes asegurarte de activar la opción 8xPLL, de esta manera la frecuencia de operación será de 80 Mhz . Debes tener en cuenta que la máxima frecuencia de operación de un DSPIC es de 120 Mhz
Con pequeños ajustes, este ejemplo debería funcionar con cualquier otra MCU dsPIC, EL DSPIC30F4013 tiene solo un conversor AD
Este código demuestra como calcular o interpretar la Transformada de Fourier FFT ¿DFT? De una señal analógica con conceptos básicos
La señal de entrada es muestreada en intervalos regulares y almacenados en un buffer . El buffer es interpretado como un complejo arreglo de muestras donde la parte Real es una muestra actual, mientras la parte Imaginaria es igual a cero
Una vez que el buffer está lleno con muestras este es pasado al sub proceso de la FFT
El sub proceso FFT calcula la Rápida (Discreta) Transformación de Fourier de la señal de entrada y vuelve de nuevo las muestras de la FFT en el buffer de entrada.
Las muestras de la FFT son también obtenidas en formato Re, Im, Re, Im...,pero la parte ahora es diferente de cero
La amplitud de de cada muestra de la FFT es calculada como F[k] = sqrt (Re[k] ^2+Im[k] ^2).
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Puesto que el espectro de la FFT es simétrico, solo la primera mitad del buffer de entrada es considerado
La amplitud del espectro es dibujado en el GLCD. Todo el proceso se repite infinitamente
Dando la impresión de que el espectro es dibujado en tiempo real
La potencia de la señal puede ser calculada como la suma de toda las muestras de la transformada de Fourier (FFT)
Pw = sum (k=0...N-1) (F[k])
Requisitos de la señal de entrada
Como la señal de entrada es analógica la frecuencia máxima no debe exceder los 6 khz
Su amplitud es de casi 1 V, mientras que su valor DC también debe ser de 1V
Otros valores de estos pueden causar saturación y distorsión en la señal de salida
Si usted experimenta extraños dibujos en GLCD, intente Con la alteración de los niveles de señal de entrada hasta que la imagen se estabilice.
Con el fin de analizar las señales más rápido que 6kHz, buffer de entrada matriz debe ser aumentada.De todos modos, la frecuencia de muestreo debe ser al menos 2 * Fmax (Criterio de Nyquist).
MARCO TEORICO
GLCD
Dimensiones 78 x 70 x 15 mm
VA: 62 X 44 mm
AA: 56.27 x 38.25 mm
Resolución: 128 x 64 dots
Driver: KS0107/KS0108 o equivalente
Tipo de LCD: SNT, panel verde-amarillo transflectiva
Top -20-70 grados centígrados, Tst -30-80 grados centígrados
Fuente de alimentación -5 V
Interface: 8 bits en paralelo
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Dirección de la vista: 6.00
dsPIC30F4013
Un controlador digital de señal (DSC) es un controlador embedded single-chip que integra de
manera compacta las capacidades de control de un microcontrolador (MCU) con las capacidades
de computación y rendimiento de un procesador digital de señal (DSP)
El controlador digital de señal dsPIC30F de Microchip ofrece todo lo que se puede esperar de un
poderoso MCU de 16-bit: gestión de interrupciones rápida, flexible y sofisticada; un amplio array
de periféricos analógicos y digitales; gestión del consumo; opciones de reloj flexibles; power-
onreset; Brown-out; watchdog; seguridad en código, emulación en tiempo real a plena velocidad;
y soluciones de depuración en circuito a plena velocidad. Añadiendo con destreza la capacidad de
un DSP a un poderoso microcontrolador de 16-bit, el controlador digital de señal dsPIC30F de
Microchip consigue lo mejor de ambos mundos y marca el comienzo de una nueva era en el
control embedded.
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Familia de propósito general
La familia de propósito general dsPIC30F es idónea para una amplia gama de aplicaciones
embedded que requieren un MCU de 16-bit. Además, las variantes con interfaces para CODEC
están especialmente indicadas para aplicaciones de audio.
Tarjeta de programación del dsPIC
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ESQUEMATICO
Las conexiones ya están realizadas en la tarjeta de programación EasydsPic4A lo único que tenemos que conectar externamente es el GLCD de los jumpers que tiene determinados para el GLCD correctamente observando la distribución de pines de nuestro GLCD
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Debido a que contamos con un glcd de 18 pines en nuestro laboratorio aquí tenemos la configuracion correspondiente
Pines GLCD
Pines dsPic
pin 1 RB4pin2 RB5pin3 GNDpin4 VCCpin5 Vopin6 RF0pin7 RF1pin8 RF4pin9 RB0pin10 RB1pin11 RB2pin12 RB3pin13 RD0pin14 RD1pin15 RD2pin16 RD3pin17 VCCpin18 GND
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INICIO
Definir variables auxiliares
Config los espacios de memoria para la FFT
Config y activar el AD
Config el GLCD
Iniciar el AD y el GLCD
Rutina para calcular Re e Im de la FFT
Rutina para convertir la In en punto float
Rutina para dibujar en el GLCD
Rutina para escribir la frecuencia
Rutina para leer el ADC
Rutina para muestrear la señal
Main:
Iniciar todo
Obtener la FFT y dibujar en el GLCD
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DIAGRAMA DE FLUJO
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PASOS PARA REALIZAR EL PROGRAMA
CREAR UN NUEVO PROYECTO
Al iniciar microbasic for DSPIC hacemos click en Project y luego click en New Project y se abre una venta como la siguiente
En esta ventana ponemos el nombre de nuestro proyecto (Project Name:) y la ubicación en donde guardaremos el proyecto (Project Path:), en el menú desplegable de device tenemos una gran cantidad de microcontroladores pero seleccionamos el P30F4013 que utilizaremos en esta práctica, además ponemos un valor de 8 Mhz como señal de reloj del microcontrolador (clock:)
CONFIGURACION DE LOS FUSIBLES
Para la configuración de los fusibles es necesario activar los siguientes fusibles .
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CODIGO EN MICROBASIC FOR DSPIC
program FFT_123
dim Samples as word[256] absolute $0C00 ' Y data space for P30F4013- required by FFT routine
‘Ver la hojas de datos de nuestro DSPIC y vemos los Y limites espacios de memoria
freq as word ' Variables Auxiliares
txt as string[5]
Written as word[64]
‘Inicialización del conversor AD
sub procedure InitAdc
ADPCFG = 0x00FF ' PORTB es la entrada análoga
ADCHS = 8 ' Conectar RBxx/Anxx como entrada CH8. RB8 es el pin de la entrada
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ADCSSL = 0 '
ADCON3 = $1F3F ' sample time = 31 Tad.
ADCON2 = 0
ADCON1 = $83E0 ' activar el ADC
TRISB.8 = 1 ' RB8 como pin de entrada AD
end sub
'Inicializar el GLCD para el programador EasydsPIC4
sub procedure InitGlcd
Glcd_Init_EasydsPIC4()
Glcd_Set_Font(@FontSystem5x8, 5, 8, 32)
Glcd_Fill(0xAA) ' Show stripes on GLCD to signalize startup
Delay_ms(500) ' Retardo
Glcd_Fill(0x00) ' Borrar la pantalla
end sub
' Iniciar Main
sub procedure MainInit
InitAdc
InitGlcd
Vector_Set(Written, 64, $FFFF) ' Llenar "Written" con $FFFF
Glcd_Write_Text(" Hz", 100, 0, 1)
end sub
‘Función auxiliar para convertir 1.15 en punto base de tipo float (necesita para sacar la raiz cuadrada).
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sub function Fract2Float(dim input_ as integer) as float
if (input_ < 0) then
input_ = - input_
end if
result = input_/32768.
end sub
' Datos de salida de la sub rutina . estos datos de la sub rutina serán dibujados en el GLCD.
'GLCD coordina el sistema y empieza en la esquina superior izquierda, Por tanto
'el dibujo de la línea tuvo que ser modificada a fin de lograr
' un espectro visible en la pantalla
'Muestra en ese momento contiene DFT de la señal en la manera Re, Im, Re, Im...
sub procedure WriteData
dim Re, Im, tmpw,
j, k, l, max as word
Rer, Imr, tmpR as float
j = 0 ' Si desea omitir la componente DC luego hacer j> = 1
k = 0
max = 0
freq = 0 ' Resetear la corriente máxima . Frecuencia para una nueva lectura
while k <= 63
Re = Samples[j] ' Parte real de la muestra de la TF
inc(j)
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Im = Samples[j] ' Parte imaginaria de la muestra de la TF
inc(j)
Rer = Fract2Float(Re) ' convertir a IEEE punto flotante
Imr = Fract2Float(Im) ' convertir a IEEE punto flotante
tmpR = Rer * Rer ' Re^2
Rer = tmpR
tmpR = Imr * Imr ' Im^2
Imr = tmpR
tmpR = sqrt(Rer + Imr) ' Amplitud de la corriente de la muestra de la TF
Rer = tmpR*256. ' DFT is scaled down by 1/N, we need to
' tomarlo de Nuevo a fin de tener componentes visibles
' en el GLCD
Re = Rer
if Re > 63 then
if k = 0 then
Re = 0
else
Re = Written[k-1] ' k = 0? tener cuidado con los saltos
end if
end if
if Re > max then ' Encuentra la maxima amplitud
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max = Re
freq = k ' Esta debe ser la frecuencia central de la señal
end if
tmpw = Written[k]
if tmpw <> Re then ' Dibuja solo las componentes que son cambiadas
l = 64 - tmpw ' 64 líneas en el GLCD en el eje Y
while l <= 63 ' Limpiar la línea del fondo de la pantalla
Glcd_Dot(k, l, 0)
inc(l)
wend
l = 64 - Re ' dibujar la línea del fondo de la pantalla
while l <= 63
Glcd_Dot(k, l, 1)
inc(l)
wend
Written[k] = Re ' Marca que la muestra de la corriente ha sido dibujada
end if
inc(k) 'Mueve la corriente la coordenada X
inc(k) ' Dibuja en cada segundo la coordenada X
wend
' Escribe la frecuencia máxima de la muestra
freq = freq * 100
WordToStr(freq, txt)
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Glcd_Write_Text(txt, 70, 0, 1)
end sub
' Toma la muestra de corriente
sub function ReadAdc as word
ADCON1.1 = 1 ' Inicia el conversor AD
while ADCON1.0 = 0 ' Espera hasta que termine el conversor AD
nop
wend
result = ADCBUF0 ' Obtiene el valor del ADC
end sub
'llena las muestras con muestras de entrada in la manera Re, Im, Re, Im... donde Im = 0
sub procedure SampleInput
dim i as integer
i =0
while i <= 255
Samples[i] = ReadAdc ' Re
inc(i)
Samples[i] = 0
inc(i) ' Im
wend
' "Muestra " ahora contiene 128 pares de <Re, Im>
end sub
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' Main programa inicia aqui
main:
MainInit ' Iniciar todo
while true ' Lazo infinito
SampleInput ' Muestra de la señal de entrada
' Realizar FFT (DFT), 7 etapas, 128 muestras de pares de complejos
'Factores Twiddle son tomados de el <TwiddleFactors.dpas>
FFT(7, @TwiddleCoeff_128, Samples)
' DFT mariposa algoritmo de bits de salida se invierte muestras.
' Tenemos que restaurar en orden natural.
BitReverseComplex(7, Samples)
' Dibuja la TF en el GLCD
WriteData
wend
end.
BAJAR EL PROGRAMA AL MICROCONTROLADOR
Para bajar el programa microcontrolador abrimos el programa mikroElectronika dsPICFLASH que programa la tarjeta EasydsPIC4
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Seleccionamos el Microcontrolador que tenemos borramos el microcontrolador dando click en el botón Erase , Cargamos el archivo generado como punto hex dando click en el botón Load HEX y finalmente para bajar el programa damos click en el botón Writte
Fotografías del Circuito
Fotos circuito funcionando
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Conclusiones
Tener en cuenta los requerimientos que debe tener la señal de entrada de 1 voltio pico
pico y que además solo tiene que ser de valores positivos
La señal de entrada además para este proyecto es ingresada por el pin Rb8 que es la señal
analógica del micro
Todas las tierras tanto de la señal de entrada como la del circuito tienen que ser comunes
es decir tienen que ser el mismo punto
Recordar siempre la activación de los fusibles del microcontrolador porque si no
activamos el circuito no funcionará
Aprendimos a utilizar la tarjeta para programar los dsPIC30Fxx la cual es muy sencilla de
utilizar y de gran ayuda para realizar el proyecto
La señal de entrada solo tiene que llegar hasta una frecuencia máxima de 6 Khz pasado
esta frecuencia la transformada de Fourier no es la que tendría que salir en el GCLD
Bibliografía:
CONECCION GLCD 18 PINES/Hojas guías de Practicas, Sistemas Microprocesados I, Ing. Luis
Oñate, UPS 2010
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ESQUEMA DE CONECCION/
http://www.mikroe.com/eng/downloads/get/333/easydspic4a_manual_v100.pdf /
10/07/2010
GUIA DEL PROGRAMA PARA FFT/ http://www.mikroe.com/eng/home/index/ /
10/07/2010
FFT /Archivos de programa\Mikroelektronika\mikroBasic dsPIC\Examples\EasydsPIC4\
Extra examples\Dsp\P30F4013\FFT-/10/07/2010
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