为 Arduino 生成代码（带低通滤波器的线性频率调制）¶
该演示在目标设备上计算、模拟和执行用于线性频率调制的数字低通滤波器。
简介¶
本例的目的是根据给定参数设计一个低通滤波器。在计算过程中，我们将使用 Julia 语言的 DSP 库。让我们检查一下 Engee 模型中的滤波器在线性频率调制信号上的运行情况。根据 Engee 模型生成代码后，我们将在 Arduino 调试板上重现信号的滤波过程。
硬件¶
本例中使用的是 Arduino MEGA 2560 调试板。输出信号在 9 号输出端产生。使用 PWM 和 RC 低通滤波器对信号进行数模转换。PWM 频率为 62.5 kHz，RC 滤波器截止频率为 14.185 kHz，滤波器阶数为 2。接线图如下图所示。
RC 电路参数：$R = 330 Ом ,\ C = 34 нФ$ 。3.5 毫米音频输出插座通过限流电阻器连接到电路输出端$R_д = 10 кОм$ ，将信号输出到扬声器。
型号说明¶
本示例中模型的功能部分是子系统FM ，它生成变量Duty 。该变量将在用户草图中传递给 PWM 控制器模块，以产生模拟输出信号。
子系统FM 的内容通过公式$y = sin(2\cdot\pi \cdot f \cdot t)$ 描述了线性频率调制。信号的频率呈线性变化：$f = 50\cdot t$ 经过块LPF 中的低通滤波器后，滤波后的信号$y_ф$ 接收偏移量并进行缩放。这对于正确和尽可能精确地生成 PWM 脉宽是必要的。本例中的 PWM 分辨率仅为 5 位，但却能实现较高的 PWM 频率。
PWM 有效值的定义公式为$Duty = 16\cdot (y_ф+1)$ 。
需要注意的是，为了进一步节省目标设备的计算能力，信号频率的变化与模拟时间直接相关。因此，调制信号在某一时刻的频率会超过奈奎斯特频率和采样频率。因此，为了正确显示滤波器结果，有必要选择一个低于奈奎斯特频率的截止频率。
低通滤波器的计算¶
对于低通滤波器，我们选择参数为椭圆的滤波器：
- 采样频率 - 2000 Hz（因此奈奎斯特频率 - 1000 Hz）、
- 截止频率 - 400 Hz、
- 极点数 - 6、
- 通带特性的不均匀性 - 1 dB、
- 延迟带衰减 - 60 dB。
Pkg.add(["WAV", "DSP"])
fs = 2000
fp = 400;
n = 6;
Rp = 1;
Rs = 60;
让我们来计算滤波器传递函数分子和分母的多项式系数：
using DSP;
myfilt = digitalfilter(Lowpass(fp; fs), Elliptic(n, Rp, Rs));
b = coefb(myfilt);
a = coefa(myfilt);
将得到的系数复制到模型块LPF 的分子和分母中。
建模结果¶
让我们加载并执行创建的模型：
if "chirp_lpf" in [m.name for m in engee.get_all_models()]
m = engee.open( "chirp_lpf" );
else
m = engee.load( "$(@__DIR__)/chirp_lpf.engee" );
end
data = engee.run(m);
根据模型获得的数据，绘制输出变量图--LFD 输入和输出端的信号：LPF_in 和LPF_out 。
using Plots
plotlyjs()
plot(data["LPF_in"].time, data["LPF_in"].value,
label="До ФНЧ", size=(900,300), lw=2, st=:step)
plot!(data["LPF_out"].time, data["LPF_out"].value,
label="После ФНЧ", size=(900,300), lw=2, st=:step)
xlabel!("Время, сек")
ylabel!("Значение")
从图中可以看出，滤波器根据指定参数执行信号转换。
将代码上传到 Arduino¶
要将代码上传到 Arduino，您需要从子系统FM 生成代码：
engee.generate_code( "$(@__DIR__)/chirp_lpf.engee",
"$(@__DIR__)/chirp_lpf_code";
subsystem_name="FM")
让我们将指定目录下生成的文件连接到用户草图中chirp_lpf.ino 。下载这些文件，并使用 Arduino IDE 将其加载到 Arduino MEGA 中。
在 Arduino 上执行代码¶
成功编译并将草图加载到目标设备后，将数字示波器连接到 RC 滤波器的输出端，捕捉生成信号的可变分量。
为了进行演示，我们使用了亨达 DSO* 数字示波器，该示波器与计算机相连，并将数据输出到 DSO Analyzer 软件。
可以看出，随着正弦信号频率在 400 Hz 之后的增加，其振幅也随之减弱。为了更好地呈现模型在数字滤波器作用下的运行情况，我们在 RC 链输出端连接了一个扬声器，并将获得的声音录制到chirp_lpf_audio.wav 文件中。下一个代码单元允许您将接收到的音频文件加载到脚本中并播放。播放音轨以确保开发的模型和滤波器正常工作。
using WAV, Base64
x, fs = wavread( "$(@__DIR__)/chirp_lpf_audio.wav" );
buf = IOBuffer();
wavwrite(x, buf; Fs=fs);
data = base64encode(unsafe_string(pointer(buf.data), buf.size));
markup = """<audio controls="controls" {autoplay}>
<source src="data:audio/wav;base64,$data" type="audio/wav" />
Your browser does not support the audio element.
</audio>"""
display( "text/html", markup );