ВНИМАНИЕ

Предупреждаю, что подобное использование телефона может повлечь за собой аннулирование гарантийных обязательств производителя и выход телефона из строя.

Входной сигнал с генератора смещается с помощью C1, R1 и R2 так, чтобы он колебался относительно средней точки 2,5 В и АЦП мог читать любые уровни сигнала. Если убрать эти элементы, сигнал будет колебаться относительно 0 В.

На выходе я добавил простой RC– фильтр на элементах R3 и C2, чтобы устранить несущую частоту ШИМ. Несущая частота ШИМ, равная 10 кГц, к сожалению, слишком близка к частоте основного сигнала, чтобы ее можно было подавить полностью.

Выходной сигнал можно не только наблюдать на осциллографе, но и прослушивать, если подключить выход к усилителю, но, если вы решите подключить усилитель, убедитесь, что вход усилителя связан по переменному току.

Следующий скетч использует библиотеку TimerOne, чтобы сгенерировать ШИМ-сигнал и выполнять замеры с частотой 10 кГц:

// sketch_13_03_null_filter_uno

#include <TimerOne.h>

const int analogInPin = A0;

const int analogOutPin = 9;

void setup

{

Timer1.attachInterrupt(sample);

Timer1.pwm(analogOutPin, 0, 100);

}

void loop

{

}

void sample

{

int raw = analogRead(analogInPin);

Timer1.setPwmDuty(analogOutPin, raw);

}

На рис. 13.5 изображен сигнал, подаваемый на вход Arduino (верхний график), и выходной сигнал, генерируемый платой Arduino (нижний график). Оба сигнала имеют частоту 1 кГц. Выходной сигнал имеет в целом неплохую форму до частоты 2–3 кГц, но на более высоких частотах начинает приобретать треугольную форму, что объясняется малым числом замеров, приходящихся на один цикл. На осциллограмме можно наблюдать остатки несущей гармоники, искажающие выходной сигнал, но в целом он имеет совсем неплохую форму. Этого вполне достаточно для обработки сигналов с речевой частотой.

Рис. 13.5. Воспроизведение сигнала с частотой 1 кГц платой Arduino Uno

Цифровая обработка сигналов в Arduino Due

Теперь проведем тот же эксперимент с платой Arduino Due, способной производить замеры с более высокой частотой. Код для модели Uno из предыдущего раздела нельзя использовать с платой Due, так как она имеет иную архитектуру, не позволяющую использовать библиотеку TimerOne.

Аналоговые входы в модели Due способны принимать сигнал с напряжением до 3,3 В, поэтому сопротивление R1 следует подключить к контакту питания 3.3V, а не 5V. Так как Due имеет истинный аналоговый выход, можно убрать низкочастотный RC– фильтр на элементах R3 и C2 и подключить осциллограф непосредственно к контакту DAC0. На рис. 13.6 изображена схема подключения Due.

Рис. 13.6. Использование Arduino Due для цифровой обработки сигнала

Следующий скетч выполняет замеры с частотой 100 кГц!

// sketch_13_04_null_filter_due

const long samplePeriod = 10L; // микросекунды

const int analogInPin = A0;

const int analogOutPin = DAC0;

void setup

{

// http://www.djerickson.com/arduino/

REG_ADC_MR = (REG_ADC_MR & 0xFFF0FFFF) | 0x00020000;

analogWriteResolution(8);

analogReadResolution(8);

}

void loop

{

static long lastSampleTime = 0;

long timeNow = micros;

if (timeNow > lastSampleTime + samplePeriod)

{

int raw = analogRead(analogInPin);

analogWrite(analogOutPin, raw);

lastSampleTime = timeNow;

}

}

В отличие от других моделей, Arduino Due позволяет изменять разрешение АЦП и ЦАП. Для простоты и скорости оба настраиваются на разрешение 8 бит.

Следующая строка увеличивает скорость работы АЦП на плате Due, управляя значениями в регистрах. Посетите страницу, указанную в исходном коде, где можно найти подробное описание этого трюка.

REG_ADC_MR = (REG_ADC_MR & 0xFFF0FFFF) | 0x00020000;

Для управления частотой замеров скетч использует функцию micros. То есть замеры выполняются только по прошествии довольно большого числа микросекунд.

На рис. 13.7 показано, как эта схема воспроизводит входной сигнал с частотой 5 кГц. Как видите, в выходном сигнале имеются ступеньки, образованные 20 замерами на цикл, следующими с частотой 100 кГц.