Raspberry Pi Pico als Sägezahn-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 Signale 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 Sägezahn-Signal zu erzeugen. Dieses Sägezahn-Signal steigt von 0 Volt bis zur DAC-Versorgungsspannung (z. B. 3,3 Volt), um dann wieder bei 0 Volt zu beginnen. Damit lässt sich der Raspberry Pi Pico beispielsweise als einstellbarer Signalgenerator nutzen.

Hinweis: Der Aufbau ist eigentlich nur dann sinnvoll, wenn man in der Lage ist, mit einem Oszilloskop das Sägezahn-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 Sägezahn-Signal auf der Kommandozeile auszugeben, die man im Thonny-Plotter (Drucker-Ansicht in der Kommandozeile) grafisch darstellen 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 über den Digital-Analog-Wandler (DAC) ein Sägezahn-Signal.
Dieses Signal steigt periodisch linear an und springt dann wieder auf Null zurück.

Im Programmcode sind folgende Parameter einstellbar:

FREQUENCY: Das Sägezahnsignal wiederholt sich. Die Zeit (Periode) ist der Kehrwert der Frequenz.
RESOLUTION: Anzahl der Schritte/Stufen pro Periode.

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

# Konfiguration: Sägezahn-Signal
FREQUENCY  = 0.5     # Frequenz in Hz
RESOLUTION = 256     # Anzahl Schritte pro Periode (Auflösung)
VALUE_MAX  = 4095    # 0 bis 4095

# 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: Sägezahn-Signal erzeugen
def sawtooth_wave(frequency):
    # Zeit pro Schritt berechnen
    period = 1 / frequency
    # Verzögerung berechnen
    delay = period / RESOLUTION   
    
    try:
        while True:
            for step in range(RESOLUTION):
                value = int((step / (RESOLUTION - 1)) * VALUE_MAX)
                write_dac(value)
                print(value)
                time.sleep(delay)
    except KeyboardInterrupt:
        pass
    finally:
        write_dac(0)
        print('Beendet')

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

Experimente

Das Sägezahn-Signal hat auf eine angeschlossene LED einen An-Aus-Effekt. Allerdings blinkt die LED nicht einfach, sondern blendet langsam ein. Entsprechend dem Sägezahn-Signal. Wenn man die Frequenz verringert, zum Beispiel auf „0.1“ (Hz), dann dauert es länger, bis die LED angegangen ist. Bei einer höheren Frequenz blinkt die LED einfach nur.

Bei der Auflösung (RESOLUTION) wirkt das Einblenden bei höheren Werten feiner. Allerdings ist dem enge Grenzen gesetzt. Die Frequenz kann man nicht beliebig erhöhen.

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