三上直樹先生著、工学社『「Armマイコン」プログラムで学ぶデジタル信号処理』で手習ひさせていただいとります本シリーズもようやくデジタル信号処理っぽいボード線図が出てくるようになりました。わたしゃ嬉しいよ。といっても今回は非巡回型移動平均、名前は厳めしいですが「普通の移動平均」でやんす。
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ご本のネタバレにならぬよう、ソースの引用等は行いませんが、三上先生の御ソースはArm社のMbed環境上で公開されています。
外付けのフロントエンド回路？も出来ているし、後は淡々とソースをビルドして試していけばアッという間に演習は終り、ついてはデジタル信号処理に「精通」できるかとも思うのです。しかし急ぎませぬ、ゆるゆると１単元づつ、しみじみ味わって行く所存にござりまする。
移動平均、昔からお世話になっております。なんといっても実装簡単。ただし、ご本では、
- 非巡回型
- 巡回型
の２種類を勉強するようです。今回は「非巡回型」、ぶっちゃけ「いつものやつ」です。まずはビルドしたNucleo-F446RE用のプログラムの諸元から。
まだまだメモリには余裕あり。ま、当然だけれども。何度も書きますが、MbedのWeb環境、こういうときは楽です。しみじみ味わうために、mainのソースは自分のスタイルで手入力させていただいたのですが（ロジックは三上先生本のとおり寸分の変更なし）、１０分もあればビルドしてボードが動いてしまいます。
動作確認
例によって、Digilent AnalogDiscovery2を接続して、その動作を観察してみました。三上先生本ではこの単元に時間波形のグラフはでてきませんが、折角なのでとっておきました。黄色（C1）が入力、青（C2）が出力です。右側に最大、最小、平均電圧と周波数の測定結果を表示しています。
最初は入力が周波数1kHzの正弦波のときです。後のボード線図を見ると分かるとおり、このときは振幅特性の「深い谷」にハマっています。出力信号がでてこないケースです。黄色の入力は０V中心に振れており、その平均は「ほぼほぼ」０Vです。しかしF446のADに入力される前に、ボードの「3.3V」電源の約半分の電圧オフセットが加えられています。DAされた出力をみるとそのオフセット分だけのDC波形に見えます。まずは予定どおり。
ちょっと周波数をずらし、正弦波の波形がみえそうな周波数にしてみました。1.25kHz。こんな感じ。正弦波らしき波形が出力されています。
もっと周波数を低く、といっても低くしすぎるとDCカットのコンデンサの影響が出てくるので、とりあえず250Hzでどうよ？
３例もやれば時間波形はいいでしょ、ということでオシロ画面は終了。そして取得したボード線図が以下です。三上先生本では０から５kHzにｘ軸とってますが、以下は10Hzスタートです。それでもＤＣ近いところではＤＣカットの凹みがわずかに見え、２分の１サンプリング周波数である5kHz付近でも特性がちょっと変なのが見てとれます。
如何にもな振幅特性の波形が登場して、デジタル信号処理な感じがしてきました。普段、移動平均にお世話になるときは、こういうような吟味もなく、成り行きでやってたな～。そういうことではイケないなあと反省。反省したらちゃんとやれよ、自分。