Raspberry Pi Pico als Sinus-Signalgenerator mit MCP4725

Der Raspberry Pi Pico ist ein Mikrocontroller mit vielen digitalen Ein- und Ausgängen. Allerdings besitzt er keinen analogen Ausgang. Er kann also keine echten analogen Spannungen erzeugen, sondern nur digitale Signale (z. B. PWM). Für die Ausgabe analoger Signale wird ein Digital-Analog-Wandler (DAC) benötigt. Ein solcher DAC kann im einfachsten Fall ein MCP4725-Modul sein, der vom Raspberry Pi Pico gesteuert wird.

Ein MCP4725-Modul kann dazu verwendet werden, um ein Sinus-Signal zu erzeugen. Dieses Sinus-Signal kann zwischen 0 und der DAC-Versorgungsspannung (z. B. 3,3 Volt) liegen. Damit lässt sich der Raspberry Pi Pico beispielsweise als einstellbaren Signalgenerator nutzen.

Hinweis

Der Aufbau ist eigentlich nur dann sinnvoll, wenn man in der Lage ist, mit einem Oszilloskop das Sinus-Signal darzustellen. Wenn man das nicht hat, dann kann man auch eine LED am Ausgang des MCP4725 anschließen.

Außerdem sieht der Programmcode vor, die Daten vom Sinus-Signal auf der Kommandozeile auszugeben, die man im Thonny-Plotter (Drucker-Ansicht in der Kommandozeile) sehen kann.

Aufbau und Bauteile

Raspberry Pi Pico als Sinus-Signalgenerator mit MCP4725

Raspberry Pi Pico		MCP4725-Modul
3V3	Pin 36	3V3
GND	Pin 33	GND
GPIO0 I2C SDA	Pin 1	I2C SDA
GPIO1 I2C SCL	Pin 2	I2C SCL

Programmcode

Der Programmcode erzeugt mit einem Raspberry Pi Pico über einen MCP4725-DAC ein Sinus-Signal, dessen Frequenz einstellbar ist.

Ein Sinus-Signal hat normalerweise eine positive und eine negative Halbwelle. Der MCP4725 kann aber nur positive Spannungen (0 V bis VCC) erzeugen. Deshalb sieht der Programmcode einen Offset vor, der dem Nulldurchgang eines Sinus-Signals entspricht.

Die Erzeugung des Signals läuft in einer Endlosschleife. Wenn das Programm beendet wird, dann wird das Sinussignal abgeschaltet (0 Volt).

Hinweis: Die Drucker-Ansicht (grafische Darstellungen der Werte) erhältst du, wenn du in der Kommandozeile per Rechtsklick das Optionsmenü aufrufst und dort „Drucker“ auswählst. Dann werden die Werte von „print(value)“ als Wellenform dargestellt.

# Bibliotheken laden
import machine
import time
import math

# Konfiguration: Sinus-Signal
FREQUENCY = 1              # Frequenz in Hz
SAMPLES   = 100            # Anzahl der Punkte pro Periode
AMPLITUDE = 4095           # 0 Volt bis VCC (0 bis 4095)
OFFSET    = AMPLITUDE/2    # Mittelwert (halbe Amplitude)

# Sinus-Signal vorberechnen
sine_table = [int(AMPLITUDE/2 + OFFSET * math.sin(2 * math.pi * i / SAMPLES)) for i in range(SAMPLES)]

# I2C-Initialisierung
DAC = machine.I2C(0, scl=machine.Pin(1), sda=machine.Pin(0), freq=400000)

# Funktion: Daten an den DAC senden
def write_dac(value):
    # Wert zwischen 0 und 4095
    value = max(0, min(4095, value))
    # Daten an den DAC senden (Fast Mode)
    DAC.writeto(0x60, bytes([(value >> 8) & 0x0F, value & 0xFF]))

# Funktion: Rechtecksignal erzeugen
def sine_wave(frequency):
    # Zeit zwischen zwei Punkten
    delay = 1 / (SAMPLES * frequency)
    
    try:
        while True:
            for value in sine_table:
                write_dac(value)
                print(value)
                time.sleep(delay)
    except KeyboardInterrupt:
        pass
    finally:
        write_dac(0)
        print('Beendet')

# Hauptprogramm
print(f"Starte Sinus-Signal mit {FREQUENCY} Hz")
print('Signal im Thonny-Drucker sichtbar!')
print()
print('Programm mit Strg + C beenden')
time.sleep(3)
print()
sine_wave(FREQUENCY)

Experimente

Der Programmcode lädt zum Experimentieren ein. Die Frequenz lässt sich ändern, allerdings nur in begrenztem Rahmen erhöhen. Bei einem Wert von 1000 Hz dürfte Schluss sein.

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