Pi Pico (RP2040) PIO - VSCode 90度位相差クロック出力

Pi Pico Rx - 公開プログラムnco_pioを使って、Raspberry Pi Picoのシステムクロックからメイン処理と独立したPIO制御による7MHz90度位相差クロックの出力テストを行いました。

※開発環境はVisual Studio Code 拡張機能 の【Raspberry Pi Pico】

●Pi Pico Rx

【https://github.com/dawsonjon/PicoRX】

●同ブログ【VSCode - 拡張機能(Raspberry Pi Pico)】

 

上ーGPIO０　下ーGPIO1 (7MHz)

ダイレクトコンバージョン受信機の直交ミキサ局発は測定波形と同様に位相差90度です。Raspberry Pi PicoシステムクロックからPIO制御による7MHz局発IとQが作れることが確認できました。

参考サイト

●101 Things

　Pi Pico Rx 

【https://101-things.readthedocs.io/en/latest/radio_receiver.html】

【https://github.com/dawsonjon/PicoRX/releases】

【https://github.com/dawsonjon/PicoRX】

●RP2040 Datasheet

【https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf】

●Raspberry Pi Pico C/C++ PIOでポート出力してみる

【https://qiita.com/keyyum/items/aa171aa295b714bb8467】

●【Arduino】Raspberry Pi Pico/W のPIOでウィンカー点滅を再現するぞ！（PIO : Lチカ）

【https://karakuri-musha.com/uncategorized/arduino-raspberrypi-picow-tips-pio-blinkled01/】

pio_ncoプロジェクト

【New C/C++ Project】

【Name】pio_nco

【board type】Pico

【フォルダーは任意】

【PIO Interface】レ点

【Create】

pio_ncoフォルダ

ファイル名

【blink】 →　【nco】に変更

ファイル内のコードを書替

【nco.pio】と【pio_nco.c】

ファイルを下記ブログラムに書替える。

CMakeLists.txt

【blink.pio】→【nco.pio】に変更する。

コンパイル

pio_ncoフォルダ

【pio_nco.uf2】を【RPI-RP2】にドラッグ・アンド・ドロップ（書込み・実行）

90度位相差クロック測定

上ーGPIO０　下ーGPIO1 (7MHz)

周波数カウンタ測定

●システムクロック125MHz

出力周波数(7.000.000)　　

→GPIO０【6.999.136】Hz

●システムクロック133MHz

出力周波数(7.000.000)　　

→GPIO０【7.000.007】Hz

nco.pioファイル

set pins0～3を個別に実行した結果

GPIO出力 ０→0V　1→3.3V

                    GPIO 1    GPIO 0

set pins, 0             0             0

set pins, 1             0             1 

set pins, 3             1             1

set pins, 2             1             0

GPIO0・GPIO1位相差90度

set pins          0  1  3  2  0  1  3  2  0  1  3  2  0  1  3  2

 GPIO 0        ＿|￣￣|＿＿|￣￣|＿＿|￣￣|＿＿|￣￣|＿

 GPIO 1　      ＿＿|￣￣|＿＿|￣￣|＿＿|￣￣|＿＿|￣￣|

7MHzの出力

　 システムクロック：  133MHz(任意）

 　出力周波数： 　　7MHz

 　命令サイクル：　４サイクル

 　divider(クロック分周値）＝ システムクロック ÷(出力周波数 × ４サイクル)　

 　クロック分周の設定：pio_sm_set_clkdiv(pio, sm, divider)

　

プログラム

pio_nco.c

#include "hardware/clocks.h"

#include "pico/stdlib.h"

#include "hardware/pio.h"

#include "nco.pio.h"

int main()

{  

    //set_sys_clock_hz(125000000, true); //1MHz単位で変更可能

    //set_sys_clock_pll(12000000*125, 6, 2); //システムクロック125000000Hz

    set_sys_clock_pll(12000000*133, 6, 2); //システムクロック133000000Hz

    float system_clock_frequency = 133000000; //システムクロック  

    PIO pio = pio0; //pioを指定

    uint sm;        

    uint offset = pio_add_program(pio, &nco_program); //offset変数←アセンブラのアドレス      

    nco_program_init(pio, sm, offset);  //PIOの初期化    

    float adjusted_frequency = 7000000; //クロック周波数設定

    float divider = system_clock_frequency/(4 * adjusted_frequency); //周波数分周      

    pio_sm_set_clkdiv(pio, sm, divider);  //クロック出力    

    }

nco.pio

.program nco

    set pins, 0

    set pins, 1      ; Drive pin low

    set pins, 3      ; Drive pin high

    set pins, 2      ; Drive pin low

% c-sdk {

static inline void nco_program_init(PIO pio, uint sm, uint offset) {

    // PIOステートマシンコンフィグのデフォルト値を取得  

    pio_sm_config c = nco_program_get_default_config(offset);

    // Map the state machine's OUT pin group to one pin, namely the `pin`

    // parameter to this function.　

    //ピンと、ピンの数を指定

    sm_config_set_set_pins(&c, 0, 2);

    // Set this pin's GPIO function (connect PIO to the pad)

    //GPIOをPIO 0に割り当てる

    pio_gpio_init(pio, 0);

    //GPIOをPIO 1に割り当てる

    pio_gpio_init(pio, 1);

    //出力電流2mA

    gpio_set_drive_strength(0, GPIO_DRIVE_STRENGTH_2MA);

    gpio_set_drive_strength(1, GPIO_DRIVE_STRENGTH_2MA);

    //スルーレート　遅い

    gpio_set_slew_rate(0, GPIO_SLEW_RATE_SLOW);

    gpio_set_slew_rate(1, GPIO_SLEW_RATE_SLOW);

    // Set the pin direction to output at the PIO

    //PIOでピンの方向を出力に設定する

    pio_sm_set_consecutive_pindirs(pio, sm, 0, 2, true);

    //set pio divider

    //クロック周波数分周 1

    sm_config_set_clkdiv(&c,1);

    // Load our configuration, and jump to the start of the program

    //プログラムを読込、先頭から実行

    pio_sm_init(pio, sm, offset, &c);

    // Set the state machine running

    //PIOステートマシンを有効にする

    pio_sm_set_enabled(pio, sm, true);

}

%}

CMakeLists.txt

# Generated Cmake Pico project file

cmake_minimum_required(VERSION 3.13)

set(CMAKE_C_STANDARD 11)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)

set(CMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS ON)

# Initialise pico_sdk from installed location

# (note this can come from environment, CMake cache etc)

# == DO NOT EDIT THE FOLLOWING LINES for the Raspberry Pi Pico VS Code Extension to work ==

if(WIN32)

    set(USERHOME $ENV{USERPROFILE})

else()

    set(USERHOME $ENV{HOME})

endif()

set(sdkVersion 2.1.0)

set(toolchainVersion 13_3_Rel1)

set(picotoolVersion 2.1.0)

set(picoVscode ${USERHOME}/.pico-sdk/cmake/pico-vscode.cmake)

if (EXISTS ${picoVscode})

    include(${picoVscode})

endif()

# ====================================================================================

set(PICO_BOARD pico CACHE STRING "Board type")

# Pull in Raspberry Pi Pico SDK (must be before project)

include(pico_sdk_import.cmake)

project(pio_nco C CXX ASM)

# Initialise the Raspberry Pi Pico SDK

pico_sdk_init()

# Add executable. Default name is the project name, version 0.1

add_executable(pio_nco pio_nco.c )

pico_set_program_name(pio_nco "pio_nco")

pico_set_program_version(pio_nco "0.1")

# Generate PIO header

pico_generate_pio_header(pio_nco ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/nco.pio)

# Modify the below lines to enable/disable output over UART/USB

pico_enable_stdio_uart(pio_nco 0)

pico_enable_stdio_usb(pio_nco 0)

# Add the standard library to the build

target_link_libraries(pio_nco

        pico_stdlib)

# Add the standard include files to the build

target_include_directories(pio_nco PRIVATE

        ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}

)

# Add any user requested libraries

target_link_libraries(pio_nco

        hardware_pio

        )

pico_add_extra_outputs(pio_nco)