基于MCU的波形生成系统设计！

DTC（Data Transfer Controller）模块根据传输信息进行数据传输，需要先在SRAM区域存储传输信息。DTC被激活时，会读取与向量号相关联的DTC向量，从DTC向量中引用的传输信息存储地址读取传输信息并进行数据传输。

传输模式包括普通传输模式（Normal transfer mode）、重复传输模式（Repeat transfer mode）和块传输模式（Block transfer mode）。DTC在DTC传送源寄存器（SAR）中指定传输源地址，在DTC传送目标寄存器（DAR）中指定传输目的地址。在数据传输后，这些寄存器的值可以独立地增减或保持不变。

AGT（Low Power Asynchronous General Purpose Timer）模块是一个灵活的16位定时器，可在低功耗模式下运行。在本设计中，它被配置为周期定时模式，用于产生固定时间间隔的中断。这些中断信号作为“触发源”，定期激活DTC，从而精确控制DAC输出每个数据点的时间间隔，决定了最终输出波形的频率。

RA2L1提供一个带输出放大器的12位数模转换器（DAC12），由AVCC0和AVSS0提供模拟电源及模拟参考电压源，输出引脚为DA0。DAC12的D/A数据寄存器0（DADR0）适用于存储数模转换数据的16位读/写寄存器，启动模拟输出后，DADR0中的数值会被转换并输出到模拟输出引脚（DA0）中。

图1.系统架构

• DAC模块：负责最终的数模转换与电压输出。

• AGT模块：作为系统的“节拍器”，产生固定周期的中断来触发数据传输。

• DTC模块：作为“数据搬运工”，在每次AGT中断时，自动将LUT中的下一个数据点送至DAC。

两种波形的数据都预先计算并存储在查找表（LUT）中。系统运行时，DTC模块按固定时间间隔依次读取表中数据并传输到DAC寄存器，实现波形的周期性输出。这种方式避免了实时计算，大幅降低CPU负载。

使用余弦函数计算一个完整周期（T=input_spp）的采样点数据。通过cos（2πi/input_spp）计算每个采样点的瞬时值（i=0，1，˴˴˴，input_spp-1）。由于余弦函数输出范围是[-1，1]，需要加1后乘以DAC中间值（(DAC_MID_VAL），将其映射到DAC的有效输出范围（0~4095）。采样点数越多，生成的波形越平滑。

采用分段线性计算方式。前半周期线性递增，从0上升到最大值；后半周期线性递减，从最大值下降到0，形成对称的三角波形。计算公式基于当前采样点位置与总采样点数的比例关系，通过简单的线性插值即可得到每个点的输出值。

图2. 主流程

图3.系统时序图

图4.硬件配置示例

为便于读者快速上手，本文提供了一个完整的波形生成参考例程。该例程实现了正弦波和三角波的生成与切换功能，读者可以在此基础上进行测试、二次开发和功能扩展。

参考例程使用的是瑞萨中国本地推广板CPK-RA2L1 MCU评估板（LQFP64），如图5所示。开发板调试接口为J11，波形输出端口（P014）从J2连接器的Pin 21引出（见图5中红框）。

图5.CPK-RA2L1 MCU评估板（LQFP64）

由于例程中使用的开发板为CPK开发板，因此在首次使用时需要导入BSP文件，导入方法见《向FSP中添加CPK评估板的BSP》。导入BSP文件后可选择CPK-RA2L1评估版，请确认configuration.xml中的BSP信息与图6一致。

图6.参考例程中BSP信息

编译与烧录：

确认BSP信息无误后即可对工程进行编译，烧录到开发板中并运行程序。

打开J-Link RTT Viewer，选择USB连接方式，将“Specify Target Device”设定为“R7FA2L1AB”，“RTT Control Block”选择为“Auto Detection”，点击“OK”后即可连接到开发板。

图7.J-Link RTT Viewer配置信息

成功连接到开发板后可看到如图8的工程信息，包括工程版本、FSP版本、例程说明等等。

图8.J-Link RTT Viewer工程信息显示

如图9所示，用户需要对J-Link RTT Viewer中发送数据的方式进行以下设置。

图9.J-Link RTT Viewer输入设置

参照图8中的提示，用户输入“0”可以选择生成正弦波，输入“1”可以选择生成三角波，首先输入“0”选择正弦波输出，如图10所示。

图10.选择正弦波输出

根据图10中的信息，下一步需要输入期望采样点数，注意输入值需要在2到256之间。

图11.输入期望采样点数

最后需要输入期望输出波形频率，注意波形频率的最大值已根据期望采样点数计算得出，因此输入的期望频率需要小于最大波形频率。

图12.输入期望频率

图13为输入“0”后生成采样点为256，频率为100Hz的正弦波输出结果。

图13.正弦波输出结果

图14为输入“1”后生成采样点为256，频率为100Hz的三角波输出结果。

图14.三角波输出结果

例程中所用常量见表2。

例程中所用变量见表3。

例程中所用函数见表4。