STM32でDCC/DDCを作る方向で (33) 周波数カウンタ

告知です．

コミケ99にて当社のDDC/DACを頒布いたします．

  日付   2021年12月31日（金） 東地区 テ－４０ｂ  東５ホール

  サークル名    bangflat

コミケにお越しの際はお立ち寄りいただけますとありがたいです．

商品紹介ページを作りました．

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STM32でDDCを作ろう！（DCCじゃないらしいぞ）     INDEXページへ

feedbackがなかなかうまく動きません．そこでFsの源発振周波数(49.152MHz)とHOSTのSOF周期(8kHz)の偏差を検証したくなりました．

そのために絶対精度はさほど高性能を求めないけど有効数字６桁ぐらいで周波数測定したい．がっ、わたしは周波数カウンタを持ってません．てなわけでSTM32F205で作りました．回路図はこちらに置いときます．（PCB写真とは一致してません）

【仕様】
8kHzを６桁ぐらいの精度で測るのなら60秒ぐらい積算カウントせにゃいかんので、カウントインターバルは0.1秒～最大60秒まで可変にします．インターバル時間の変更にはロータリエンコーダを使います．

測定結果をUARTへ出力しFT232を介してPC USB portへ送りterminalに表示させます．

【構成】
TIM2が主役です．測定信号をTIM2の外部clock(PA5)に加えます．
TIM3で0.1～60秒のインターバルを発生させ、TIM2の32bitカウンタ値をインターバル毎にFFにコピーします．tim2cntをごちゃっと計算すれば周波数が求まる．
STM32F205のTIM2の内部clockは60MHz maxです．TIM2は外部clockを内部clockでsampleするようなので、素の状態では外部clockの最高周波数は30MHzと思っとくのが無難です．しかし50MHzぐらいまで測りたいので外部clockをプリスケーラで２分周します．これで測定周波数レンジは60MHzまで対応できます．

周波数はこの式で求められます．

周波数 Hz ＝ tim2cnt * 2 ÷ interval秒

【STM32CubeMXの設定】
やりたいことは上の通りで、文字表現では単純ですけれど、タイマの設定はかったるいです．STM32CubeMXを活用しましょう．というかMXが無かったらやる気が起きない．

clockの設定．
TIM2はAPB1に接続されているのでAPB1 Timer clocksが該当するのでしょうから、最高の60MHzにしときます．clock tree全体はこちらで見れます．

TIM2の設定．
Trigger Source ITR2にすると、TIM3の出力が内部でTIM2トリガへ接続されます．
Clock Source ETR2にすると、外部port PA5がclock入力になります．
Channel1 ..... by TRCにすると、TIM3にトリガされてCNT→FFにコピってくれる．

気にするところは、Counter preload 0xFFFFFFFF、auto-reload preload ENABLE の２か所かな．TIM2割り込みは使いませんでした．

TIM3の設定．
測定インターバル時間を決定します．PWMでパルスを発生させます．

下記の分周比設定ですと、60MHz ÷ 100 ÷ 60000 ＝ 10Hz、すなわち測定インターバルは0.1秒になります．
測定インターバルパルスを生成するため、Master/Slave mode Enable、Trigger Event Selection Update Event にセットします．
tim2cntを採取する処理はTIM3割り込みでやりますので、割り込みをオンにしときます．

TIM1の設定．
基板上のロータリエンコーダはTIM1に接続してあります．(PA8,PA9)

TIM1をロータリエンコーダの受信回路として使うための設定が要ります．
Combined Channels Encoder Modeがそれです．

その他の設定としては、Counter Period 30000、Encoder Mode TI1 and TI2 ぐらい．なおTIM1割り込みは使いませんでした．PA8,PA9のGPIO設定をPULL-UPにするのをお忘れなく．

pin out

【プログラム】
ほとんどはMXが生成してくれます．
自分で書き足したところは、TIM3割り込みと、main()と、そこからcallされるお手製routineです．

TIM3割り込みでは、測定した周波数を表示しています．
TIM3割り込みは、stm32f2xx_it.c の TIM3_IRQHandler() にある．

ロータリエンコーダの処理は、main()のwhile loopでやっています．ロータリエンコーダが操作されたら、インターバル時間を変更しています．

こちらにproject folderを置きましたので、STM32CubeIDEで開けるはずです．
間違っていても責任持たないので素直にお死にください．

【周波数測定】
さて本題です．周波数を測定してみるなり.....

まずは、DACを駆動するFs源発振のXTALから．1024Fs＝49.152MHzが公称値です．
測定結果は、49145719.5 Hzぐらいでした．偏差－128ppm

次に、HOSTが発生するSOF周期です．公称値は8kHzです．
測定結果は、7999.15Hzぐらいでした．偏差－106ppm

どちらも-100ppmぐらいなので、この偏差はSTM32基板のせいという可能性が大でしょう．校正手段がないのでとりあえず放置するしかありません．

いずれにせよ、DACとHOSTの間には20ppmぐらいの周波数偏差しかないことが証明されました．想像してたよりも優秀です．これならfeedbackをオフしていてもbuffer over flowの頻度はとても少ないと予想され、現状とは大きく乖離しています．feedbackの研究はまだ続きます．

かしこ