Waveform Generator

Lab 1: Waveform Generator

---

1. โครงสร้างภาพรวมของ Lab

Why? - ทำไมต้องเรียนรู้เรื่องนี้

• Signal Fundamentals: เข้าใจคุณสมบัติของ waveforms พื้นฐาน

• DSP Foundation: พื้นฐานสำหรับ Digital Signal Processing

• Testing/Calibration: ใช้สร้างสัญญาณทดสอบอุปกรณ์

What? - จะได้เรียนรู้อะไร

1. Waveform Types: Square, Sine, Triangle, Sawtooth

2. Scope API: aic_scope_generate_*() functions

3. Chart Visualization: แสดง waveform แบบ real-time

4. Controls: Dropdown + Slider สำหรับเลือก wave และปรับ frequency

How? - จะทำอย่างไร

1. สร้าง Chart แสดง waveform

2. เพิ่ม Dropdown เลือกประเภท wave

3. เพิ่ม Slider ปรับความถี่

4. เชื่อม callbacks เพื่ออัพเดท waveform

---

2. ฟังก์ชันสำคัญ

2.1 Scope API Functions

Function	Description
aic_scope_generate_square()	สร้างคลื่นสี่เหลี่ยม
aic_scope_generate_sine()	สร้างคลื่นไซน์
aic_scope_generate_triangle()	สร้างคลื่นสามเหลี่ยม
aic_scope_generate_sawtooth()	สร้างคลื่นฟันเลื่อย

2.2 API Parameters

void aic_scope_generate_sine(
    int16_t *buffer,      // Output buffer
    uint16_t count,       // Number of samples
    uint32_t freq_hz,     // Frequency in Hz
    uint32_t sample_rate, // Sample rate in Hz
    int16_t amplitude     // Peak amplitude
);

2.3 Waveform Types Enum

typedef enum {
    AIC_WAVE_SQUARE = 0,
    AIC_WAVE_SINE,
    AIC_WAVE_TRIANGLE,
    AIC_WAVE_SAWTOOTH,
    AIC_WAVE_NOISE,
    AIC_WAVE_COUNT
} aic_waveform_t;

---

3. Code Example

3.1 Global Variables

#define BUFFER_SIZE     256
#define SAMPLE_RATE     10000
#define DEFAULT_FREQ    100

static int16_t wave_buffer[BUFFER_SIZE];
static lv_obj_t *wave_chart = NULL;
static lv_chart_series_t *wave_series = NULL;
static lv_obj_t *freq_label = NULL;
static aic_waveform_t current_wave = AIC_WAVE_SINE;
static uint32_t current_freq = DEFAULT_FREQ;

3.2 Generate Waveform Function

static void generate_waveform(void)
{
    switch (current_wave) {
        case AIC_WAVE_SQUARE:
            aic_scope_generate_square(wave_buffer, BUFFER_SIZE,
                                      current_freq, SAMPLE_RATE, 1000);
            break;
        case AIC_WAVE_SINE:
            aic_scope_generate_sine(wave_buffer, BUFFER_SIZE,
                                    current_freq, SAMPLE_RATE, 1000);
            break;
        case AIC_WAVE_TRIANGLE:
            aic_scope_generate_triangle(wave_buffer, BUFFER_SIZE,
                                        current_freq, SAMPLE_RATE, 1000);
            break;
        case AIC_WAVE_SAWTOOTH:
            aic_scope_generate_sawtooth(wave_buffer, BUFFER_SIZE,
                                        current_freq, SAMPLE_RATE, 1000);
            break;
        default:
            break;
    }

    /* Update Chart */
    for (int i = 0; i < 200; i++) {
        /* Map -1000..+1000 to 0..100 */
        int32_t val = (wave_buffer[i] + 1000) / 20;
        lv_chart_set_value_by_id(wave_chart, wave_series, i, val);
    }
    lv_chart_refresh(wave_chart);
}

3.3 Callbacks

static void wave_dropdown_cb(lv_event_t *e)
{
    lv_obj_t *dropdown = lv_event_get_target(e);
    current_wave = (aic_waveform_t)lv_dropdown_get_selected(dropdown);
    generate_waveform();
}

static void freq_slider_cb(lv_event_t *e)
{
    lv_obj_t *slider = lv_event_get_target(e);
    current_freq = lv_slider_get_value(slider);
    lv_label_set_text_fmt(freq_label, "%u Hz", (unsigned int)current_freq);
    generate_waveform();
}

3.4 Main Function

void week5_ex1_waveform_generator(void)
{
    lv_obj_t *scr = lv_screen_active();

    /* Title */
    lv_obj_t *title = lv_label_create(scr);
    lv_label_set_text(title, "Week 5 Ex1: Waveform Generator");
    lv_obj_align(title, LV_ALIGN_TOP_MID, 0, 5);

    /* Waveform Chart */
    wave_chart = lv_chart_create(scr);
    lv_obj_set_size(wave_chart, 350, 150);
    lv_obj_align(wave_chart, LV_ALIGN_TOP_MID, 0, 35);
    lv_chart_set_type(wave_chart, LV_CHART_TYPE_LINE);
    lv_chart_set_point_count(wave_chart, 200);
    lv_chart_set_range(wave_chart, LV_CHART_AXIS_PRIMARY_Y, 0, 100);
    lv_obj_set_style_size(wave_chart, 0, 0, LV_PART_INDICATOR);

    wave_series = lv_chart_add_series(wave_chart,
                     lv_color_hex(0x00ff00),
                     LV_CHART_AXIS_PRIMARY_Y);

    /* Dropdown */
    lv_obj_t *dropdown = lv_dropdown_create(scr);
    lv_dropdown_set_options(dropdown, "Square\nSine\nTriangle\nSawtooth");
    lv_dropdown_set_selected(dropdown, AIC_WAVE_SINE);
    lv_obj_align(dropdown, LV_ALIGN_BOTTOM_LEFT, 20, -60);
    lv_obj_add_event_cb(dropdown, wave_dropdown_cb, LV_EVENT_VALUE_CHANGED, NULL);

    /* Frequency Slider */
    lv_obj_t *slider = lv_slider_create(scr);
    lv_slider_set_range(slider, 10, 1000);
    lv_slider_set_value(slider, DEFAULT_FREQ, LV_ANIM_OFF);
    lv_obj_set_width(slider, 200);
    lv_obj_align(slider, LV_ALIGN_BOTTOM_MID, 0, -60);
    lv_obj_add_event_cb(slider, freq_slider_cb, LV_EVENT_VALUE_CHANGED, NULL);

    freq_label = lv_label_create(scr);
    lv_label_set_text_fmt(freq_label, "%u Hz", DEFAULT_FREQ);
    lv_obj_align(freq_label, LV_ALIGN_BOTTOM_MID, 0, -40);

    /* Generate initial waveform */
    generate_waveform();
}

---

4. องค์ความรู้และเทคนิค

4.1 Nyquist Theorem

/* Nyquist: sample_rate >= 2 * max_frequency
 *
 * Sample rate: 10000 Hz
 * Max displayable frequency: 5000 Hz
 *
 * If freq > sample_rate/2 → aliasing occurs
 */

4.2 Cycles per Display

/* How many cycles fit in display?
 *
 * display_points = 200
 * sample_rate = 10000 Hz
 * display_time = 200/10000 = 0.02s = 20ms
 *
 * At 100 Hz: 100 * 0.02 = 2 cycles visible
 * At 1000 Hz: 1000 * 0.02 = 20 cycles visible
 */

4.3 Amplitude Mapping

/* Buffer: -1000 to +1000 (int16_t)
 * Chart:  0 to 100 (percentage)
 *
 * Formula: chart_val = (buffer_val + 1000) / 20
 *
 * -1000 → 0
 *     0 → 50
 * +1000 → 100
 */

---

5. แบบฝึกหัด

Exercise 1: Amplitude Control

เพิ่ม Slider สำหรับปรับ Amplitude (100-1000)

Exercise 2: DC Offset

เพิ่มการ offset สัญญาณขึ้น/ลง (shift waveform vertically)

---

6. References

• LVGL Chart

• LVGL Dropdown

• Signal Processing Basics

---

Next Lab: Lab 2: Noise Generator