Generación de formas de onda de alta precisión con PCB personalizado basado en DAC

Generación de formas de onda de alta precisión con PCB personalizado basado en DAC

En esta guía recorremos diseño firmware y hardware que entrega formas de onda arbitrarias rápidas y precisas usando microcontrolador C8051F360 y TxDAC de Analog Devices.

Resumen del proyecto

La placa gira en torno al C8051F360 MCU y un TxDAC DAC. Los dos CIs comunican por bus paralelo, permitiendo llevar la tasa de actualización del DAC al límite del reloj de 100 MHz del MCU.

Posts previos detallaron esquemático, selección de componentes y layout PCB. Este artículo se centra en el marco firmware que mueve datos de memoria al DAC, asegurando interfaz estable y de alta precisión.

Objetivos de diseño

• Temporización de alta precisión – El AWG debe producir señales que coincidan con formas de onda matemáticas con jitter mínimo.
• Eficiencia del procesador – El firmware debe ejecutarse concurrentemente con otras tareas, manteniendo el MCU responsivo.
• Máxima velocidad – Objetivo al menos 10 MHz muestreo, generando señales usables en banda 1–2 MHz.

Estrategia de muestreo

La placa usa un oscilador MEMS con estabilidad ±50 ppm. El firmware genera reloj de referencia 500 kHz para el DAC vía Array de Contador Programable (PCA).

La configuración se realiza con utilidad Silicon Labs Config2, ya que el C8051F360 no es soportado por herramienta integrada de Simplicity Studio.

Ajustes clave PCA:

/* PCA habilitado; base de tiempo a reloj sistema (10 MHz) */
PCA0MD = 0x01; // Habilitar PCA
PCA0CPM0 = 0x40; // Modo timer, flanco-disparado
PCA0CPH0 = 0x00; // Byte alto valor comparación
PCA0CPL0 = 0x01; // Byte bajo valor comparación (500 kHz)

Medición con osciloscopio Tektronix MDO3104 confirma reloj 500 kHz con ciclo de trabajo 50 %. Desviación estándar de frecuencia 13,54 Hz (0,0027 %) y ciclo trabajo 2,117 × 10⁻³ (0,0042 %). Análisis histograma muestra jitter despreciable.

Sincronizar actualizaciones de datos

Para alinear actualizaciones DAC con reloj, el flanco descendente de la onda cuadrada 500 kHz dispara /INT0. El DAC captura datos en flanco ascendente, así que actualizar en flanco descendente garantiza datos estables.

Interrupción externa 0 configurada en pin P0.7, sensible a flanco descendente, máxima prioridad.

Rutina de servicio de interrupción

Toda transferencia de datos ocurre dentro de la ISR /INT0. Una rutina mínima mantiene el procesador libre para otras tareas:

SI_INTERRUPT(INT0_ISR, INT0_IRQn) {
    DAC_WORD--;
}

Aquí, DAC_WORD es un #define alias para puerto P2. La única instrucción decremento produce rampa lineal que vuelve de 0 a 255, generando onda sierra. El amplificador inversor de salida del DAC invierte el voltaje, así que la rampa analógica parece aumentar.

Verificación

Ejecutando el firmware se produce rampa limpia. Traza osciloscopio muestra rampa estable 1 kHz con amplitud 5 V pico-pico, confirmando temporización y manejo de datos correctos.

Pruebas adicionales con tasas de muestreo mayores (hasta 10 MHz) demuestran capacidad de la placa para generar formas de onda multi-MHz manteniendo el MCU ocupado con otras tareas.

Para inmersiones profundas en esquemático, selección componentes y layout PCB, ver posts complementarios de esta serie.

¿Listo para construir tu propio AWG de alta precisión? Descarga el código, empieza a programar y deja que el firmware lleve la fidelidad de señal al siguiente nivel.