项目背景
在funpack第四季第二期的活动中，本项目选用是的开发板是dsPIC33CK64MC105 Curiosity Nano。
功能介绍
任务描述
- 使用片内的ADC和高速比较器配合振动传感器，将探头贴在物体外部，敲击后测出振动的固有频率。
硬件介绍
dsPIC33CK64MC105 Curiosity Nano评估套件EV88G73A是一款高性价比的硬件平台，专为高性能数字电源和电机控制设计。该平台搭载一颗100MHz高性能数字信号控制器，并配备64KB ECC Flash和8KB RAM，同时集成12位/3.5Msps ADC、12位DAC以及四组高速PWM，其分辨率高达2ns，并拥有独立的核心外设。它不仅支持高精度PWM、快速ADC采样和硬件加速功能，还内置板载调试器和可调电压功能，便于实时调试，非常适用于工业自动化和电机驱动等高实时性应用。该ADC配备多个专用单通道内核以实现同时采样，并设有一个共享内核用于顺序采样，支持以AVdd作为正参考电压、AVss作为负参考电压，其单通道转换速率最高可达3.5Msps且分辨率为12位，转换延迟低；此外，它最多支持24个模拟输入通道，每个通道均有独立的16位转换结果寄存器输出无符号数据，各内核还支持多种转换触发方式，并内置多达四个数字比较器，这些比较器具备专用中断和灵活分配功能。所有ADC通道和比较器均可通过图形界面进行配置，而ADC的时钟和分频器设置则可在驱动模块的PLIB依赖项中进行调整。
设计思路
本项目的设计思路主要围绕如何通过ADC采样值提取信号峰值来计算振动频率展开。采用软件滤波（例如滑动窗口平均）去除随机噪声，并设定一定的阈值（例如NOISE_THRESHOLD）来区分振动信号与背景噪声。通过比较连续采样值判断信号的上升和下降，检测到有效峰值后计算相邻峰值之间的时间间隔，由此确定振动周期，最终反推出振动频率。
主要困难
- 噪声干扰：在未振动状态下，ADC采集值存在0到30的随机波动，容易导致误判峰值。
- 采样精度与速率：由于振动信号的周期较短，必须保证ADC采样的时间分辨率足够高，以便准确捕捉到峰值信息。
- 实时性要求：振动频率的计算需要在较短的时间内完成，并及时显示在dataStreamer上，对软件流程和中断响应的要求较高。
解决思路
为了解决上述困难，项目采取以下措施：
- 采用滑动窗口平均滤波技术，降低ADC采样数据的随机波动对峰值检测的影响；
- 设定合适的噪声阈值和最小峰间隔，避免因微小波动产生错误触发；
- 通过硬件定时器实现精确的采样间隔（10ms采样一次），利用软件定时器记录时间戳，从而计算峰值之间的时间间隔；
- 利用片内高速比较器的中断机制实现实时数据处理和频率计算。
功能实现
在content libraries下载Data Streamer
ADC硬件比较器设置
DataStreamer字段设置
振动的ADC波形与对应的振动频率
软件流程图
核心配置及代码片段
本项目功能将在示例代码的基础上实现。在MPLAB IDE中，依据官方提供的ADC示例完成配置。
（1）ADC比较器回调函数
该函数通过滑动窗口对ADC采样值进行滤波处理，并利用高速比较器检测信号峰值，从而触发振动周期的计算。注释中标明了各步骤的作用。
c
复制static void ADC_Compare(enum ADC_CMP comparator)
{
static enum ADC_CHANNEL selectedChannel = Channel_AN0;
static uint32_t lastTriggerTime = 0;
static uint32_t lastPeakTime = 0;
static int sampleBuffer[WINDOW_SIZE] = {0};
static uint8_t bufIndex = 0;
static int prevFiltered = 0;
static uint8_t rising = 0;
if(adc->IsConversionComplete(selectedChannel))
{
DataStreamer.adcResult = adc->ConversionResultGet(selectedChannel);
// 将采样值存入滑动窗口缓冲区，并更新索引
sampleBuffer[bufIndex] = DataStreamer.adcResult;
bufIndex = (bufIndex + 1) % WINDOW_SIZE;
// 滑动窗口滤波，计算平均值
int filtered = 0;
for(uint8_t i = 0; i < WINDOW_SIZE; i++) {
filtered += sampleBuffer[i];
}
filtered /= WINDOW_SIZE;
switch(comparator)
{
case ADC_CMP_0: // 用于检测上升沿和峰值
DataStreamer.cmp0Result = DataStreamer.adcResult;
// 检测从低于阈值到高于阈值的上升趋势
if(filtered > NOISE_THRESHOLD && prevFiltered <= NOISE_THRESHOLD) {
rising = 1;
}
// 在上升后检测到下降并且仍高于阈值时，判定为峰值
if(rising && (filtered < prevFiltered) && (filtered > NOISE_THRESHOLD)) {
// 保证两次峰值之间的最小间隔
if((currentTime - lastPeakTime) > (MIN_PEAK_INTERVAL * 10)) {
if(!measurementActive) {
lastTriggerTime = currentTime;
measurementActive = true;
}
lastPeakTime = currentTime;
}
rising = 0;
}
prevFiltered = filtered;
break;
case ADC_CMP_1: // 用于计算频率并处理超时情况
DataStreamer.cmp1Result = DataStreamer.adcResult;
if(measurementActive)
{
// 计算从有效触发到当前的时间间隔（单位转换为秒）
measuredPeriod = (currentTime - lastTriggerTime) / 1000.0;
// 根据周期计算频率
DataStreamer.frequency = (measuredPeriod > 0) ? 1.0 / measuredPeriod : 0;
measurementActive = false; // 重置测量状态
}
else
{
// 超过一定时间未检测到新峰值时，频率置为0
if((currentTime - lastPeakTime) > 200) {
DataStreamer.frequency = 0;
}
}
break;
default:
break;
}
}
// 标记数据帧准备发送
sendDataStreamerFrame = true;
}
（2）定时器回调函数
通过定时器中断，定时触发ADC采样，并更新系统时间。主要包括1ms和3s两个定时器回调函数。
c
复制// 1ms定时器回调函数：更新系统时间并触发ADC采样
static void Timer_Callback_1ms(void)
{
adc->SoftwareTriggerEnable();
currentTime += 1;
}
// 100ms定时器回调函数（示例中未使用，可作为扩展）：
static void Timer_Callback_100ms(void)
{
adc->SoftwareTriggerEnable();
}
// 3s定时器回调函数：用于LED指示（调试或状态指示）
static void Timer_Callback_3s(void)
{
LED0_Toggle();
}
（3）主函数完成系统初始化、定时器和ADC比较器回调的注册，以及在主循环中调用dataStreamer写帧函数，确保采集数据的实时传输。
c
复制int main(void)
{
// 定时器实例（根据具体项目进行替换）
const struct TIMER_INTERFACE *timer = &Timer1;
const struct TIMER_INTERFACE *timer2 = &Timer2;
// 系统初始化
SYSTEM_Initialize();
// 初始化dataStreamer数据
DataStreamer.adcResult = 0;
DataStreamer.cmp0Result = 0;
DataStreamer.cmp1Result = 0;
DataStreamer.frequency = 0.0f;
// 注册ADC比较器回调函数
adc->adcMulticoreInterface->ComparatorCallbackRegister(ADC_Compare);
// 注册定时器回调函数
timer->TimeoutCallbackRegister(Timer_Callback_1ms);
timer2->TimeoutCallbackRegister(Timer_Callback_3s);
// 主循环：检测并发送数据帧
while(1)
{
if(sendDataStreamerFrame)
{
WriteFrame();
sendDataStreamerFrame = false;
}
}
}
功能展示
最终的演示效果可通过将传感器探头贴在物体表面，敲击后实时观察MPLAB中Data Visualizer上的物体振动频率。
具体演示效果请观看演示视频
总结
本项目依托dsPIC33CK64MC105 Curiosity Nano评估套件，完成物体振动频率测量任务。在此过程中阅读dsPIC33CK64MC105数据手册和官方示例代码，分别实现ADC测量振动频率和dataStreamer显示功能，最终顺利完成任务。
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