HOME

電子工作室
２．ワンチップマイコンDDS
ワンチップマイコンだけで DDSは可能か？！	秋葉原、秋月電子で購入したワンチップマイコンキット。 H8/3069Fは、H8/300シリーズのCPUコアに、ADC(アナログディジタルコンバータ）、DAC（デジタルアナログコンバータ）など多機能なワンチップマイコンです。そこで、もっとも簡単な方法で、DDS（ディジタル・ダイレクト・シンセサイザー）ができないかと、安易に考え、やってみました。 DACの出力イネーブルを常にイネーブルにしておいて、順次DACデータにサイン波形の値に応じた電圧データを送ってあげるといった単純なものです。どの程度の周波数まできれいな正弦波を出力することができるでしょうか？いざ！チャレンジ！
３０μｓ（約３３KHｚ）の正弦波です。以外にきれいですが、繰り返し点に不連続な箇所があります。プログラムを見ると判りますが、DACへ送るデータは、１サイクル分です。それをプログラム的にwhile(1)文で繰り返しているので、そのときだけ命令の実行速度が異なり、不連続になります。下の拡大波形を参照して下さい。多少不連続な箇所がありますが、ディジタルなので我慢します。ローパスフィルターに通して使えそうです。
不連続な部分の拡大波形です。この部分だけデータの切り替わりに５００ｎｓかかっています。
それ以外の立上りは、３２０ｎｓです。
また、立下りは、３００ｎｓと少し早いですね。
電圧の変化量は、１２０ｍVです。これで、０Vから２．５Vをスイングしています。このスイング幅をもう少し小さくするれば、もう少しだけ周波数を高くすることができそうです。
プログラムソース	SIN_WAVE.c
考察	DACはデータの切り替わり点で必ずノイズを発生します。今回使用したプローブの帯域では捕らえることはできませんが、DACの出力をフィルターに通すことでこれらの課題は対処できます。スイング幅を２．５Vからより小さい値にして繰り返し周波数の限界を調査してみましょう。 DACへのデータの送り方を０Vからはじめれば、不連続の部分が０V付近になるため、波形的には比較的きれいに見えそうです。
振幅を２．５Vの半分の１．２５Vとしたときの正弦波です。不連続点を０Vに持っていったことでかなりきれいな波形となりました。１５．３μｓ（６５KHｚ）の正弦波が発生できました。^-^
振幅を２．５Vの１／３の０．８Vとしたときの正弦波です。 DAC出力の立上り限界が目立ってきています。ー_ー７．４μｓ（１３５KHｚ）の正弦波が発生できました。
振幅を２．５Vの１／３の０．８Vとしたときの正弦波です。 DAC出力の立上り限界が目立ってきています。階段波形です。T_T とりあえず、、、、３．８８μｓ（２５７KHｚ）の正弦波が発生できました。
振幅を２．５Vの１／４の０．８Vとしたときの正弦波です。 DACデータは、０Ｖと約０．８Ｖです。単純に２値の繰り返し。ＤＡＣ出力の立上り、立下りそのものです。とりあえず、、、、７００ｎｓ（１．４ＭHｚ）の正弦波じゃなく、パルス波が発生できました。
まとめ	ＤＡＣによる正弦波の発生はＤＡＣ出力性能すなわちセトリング時間とそのデータを発生するデータ発生時間によって、その性能が決まります。Ｈ８／３０６９Ｆ内臓のＤＡＣでは、Ｃ言語で実行する限り、１．４ＭＨｚの繰り返しが限界のようです。この波形をローパスフィルターを通し、正弦波にできるかどうかです。１．４ＭＨｚの繰り返し波形はデューティー５０％ではありませんので、やはり、２５７ＫＨｚの正弦波もどきを源発振とするのがよいと思います。ただし、２５７ＫＨｚの正弦波は、アマチュア無線の帯域ではちょっと使い道がありませんよね。ラジオの中間周波数４５５ＫＨｚにもとどきません。ここでは、実用を重視するよりも、原理とその仕組みの理解ができたことが重要と考えます。
発展	では、デューティー５０％の方形波（水晶発振器の出力がそうですね。）をローパスフィルターにかければ、フィルターの性能によって、かなり高い周波数まで正弦波になるのでは、、、と考えるのは、ふつでしょう。ＤＤＳの限界的な使用で、出力が正弦波にならないのであれば、ＤＡＣなどやめてしまい、高速カウンタで方形波を発生し、フィルターにかける方が、さらに簡単ではないでしょうか！最近は、ＦＰＧＡ（field-progammable gate arrays：内部回路を自由に組みかえられるＩＣ）にも高速なＰＬＬが内蔵されており、高速多ビットカウンタが簡単に構築できます。高速ローダブルカウンタとフィルターの組み合わせで、精度の高いＶＦＯ（バリアブル・フレケーシ・オシレータ）ができると思います。電子工作室では、ＰＬＤ（ＭＡＸ７０００：ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８４－１５）の実験が可能です。ワンチップマイコンによるＤＤＳ実現実験に引き続き、ＰＬＤによる高速カウンタ出力実験を行いたいと思います。^-^

HOME

電子工作室
２．ワンチップマイコンDDS
ワンチップマイコンだけで DDSは可能か？！	秋葉原、秋月電子で購入したワンチップマイコンキット。 H8/3069Fは、H8/300シリーズのCPUコアに、ADC(アナログディジタルコンバータ）、DAC（デジタルアナログコンバータ）など多機能なワンチップマイコンです。そこで、もっとも簡単な方法で、DDS（ディジタル・ダイレクト・シンセサイザー）ができないかと、安易に考え、やってみました。 DACの出力イネーブルを常にイネーブルにしておいて、順次DACデータにサイン波形の値に応じた電圧データを送ってあげるといった単純なものです。どの程度の周波数まできれいな正弦波を出力することができるでしょうか？いざ！チャレンジ！
３０μｓ（約３３KHｚ）の正弦波です。以外にきれいですが、繰り返し点に不連続な箇所があります。プログラムを見ると判りますが、DACへ送るデータは、１サイクル分です。それをプログラム的にwhile(1)文で繰り返しているので、そのときだけ命令の実行速度が異なり、不連続になります。下の拡大波形を参照して下さい。多少不連続な箇所がありますが、ディジタルなので我慢します。ローパスフィルターに通して使えそうです。
不連続な部分の拡大波形です。この部分だけデータの切り替わりに５００ｎｓかかっています。
それ以外の立上りは、３２０ｎｓです。
また、立下りは、３００ｎｓと少し早いですね。
電圧の変化量は、１２０ｍVです。これで、０Vから２．５Vをスイングしています。このスイング幅をもう少し小さくするれば、もう少しだけ周波数を高くすることができそうです。
プログラムソース	SIN_WAVE.c
考察	DACはデータの切り替わり点で必ずノイズを発生します。今回使用したプローブの帯域では捕らえることはできませんが、DACの出力をフィルターに通すことでこれらの課題は対処できます。スイング幅を２．５Vからより小さい値にして繰り返し周波数の限界を調査してみましょう。 DACへのデータの送り方を０Vからはじめれば、不連続の部分が０V付近になるため、波形的には比較的きれいに見えそうです。
振幅を２．５Vの半分の１．２５Vとしたときの正弦波です。不連続点を０Vに持っていったことでかなりきれいな波形となりました。１５．３μｓ（６５KHｚ）の正弦波が発生できました。^-^
振幅を２．５Vの１／３の０．８Vとしたときの正弦波です。 DAC出力の立上り限界が目立ってきています。ー_ー７．４μｓ（１３５KHｚ）の正弦波が発生できました。
振幅を２．５Vの１／３の０．８Vとしたときの正弦波です。 DAC出力の立上り限界が目立ってきています。階段波形です。T_T とりあえず、、、、３．８８μｓ（２５７KHｚ）の正弦波が発生できました。
振幅を２．５Vの１／４の０．８Vとしたときの正弦波です。 DACデータは、０Ｖと約０．８Ｖです。単純に２値の繰り返し。ＤＡＣ出力の立上り、立下りそのものです。とりあえず、、、、７００ｎｓ（１．４ＭHｚ）の正弦波じゃなく、パルス波が発生できました。
まとめ	ＤＡＣによる正弦波の発生はＤＡＣ出力性能すなわちセトリング時間とそのデータを発生するデータ発生時間によって、その性能が決まります。Ｈ８／３０６９Ｆ内臓のＤＡＣでは、Ｃ言語で実行する限り、１．４ＭＨｚの繰り返しが限界のようです。この波形をローパスフィルターを通し、正弦波にできるかどうかです。１．４ＭＨｚの繰り返し波形はデューティー５０％ではありませんので、やはり、２５７ＫＨｚの正弦波もどきを源発振とするのがよいと思います。ただし、２５７ＫＨｚの正弦波は、アマチュア無線の帯域ではちょっと使い道がありませんよね。ラジオの中間周波数４５５ＫＨｚにもとどきません。ここでは、実用を重視するよりも、原理とその仕組みの理解ができたことが重要と考えます。
発展	では、デューティー５０％の方形波（水晶発振器の出力がそうですね。）をローパスフィルターにかければ、フィルターの性能によって、かなり高い周波数まで正弦波になるのでは、、、と考えるのは、ふつでしょう。ＤＤＳの限界的な使用で、出力が正弦波にならないのであれば、ＤＡＣなどやめてしまい、高速カウンタで方形波を発生し、フィルターにかける方が、さらに簡単ではないでしょうか！最近は、ＦＰＧＡ（field-progammable gate arrays：内部回路を自由に組みかえられるＩＣ）にも高速なＰＬＬが内蔵されており、高速多ビットカウンタが簡単に構築できます。高速ローダブルカウンタとフィルターの組み合わせで、精度の高いＶＦＯ（バリアブル・フレケーシ・オシレータ）ができると思います。電子工作室では、ＰＬＤ（ＭＡＸ７０００：ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８４－１５）の実験が可能です。ワンチップマイコンによるＤＤＳ実現実験に引き続き、ＰＬＤによる高速カウンタ出力実験を行いたいと思います。^-^