matlab入門

　Arduinoの特徴に、A-D変換入力が最初からついていることです。UNOは10ビット、MKRシリーズで使われているCortex-Mシリーズでは12ビットのA-Dコンバータが内蔵されています。

●環境

• matlab home License R2021a update4
• MATLAB Support Package for Arduino バージョン21.1.1
• Windows 10 Pro 21H1　メモリ40Gバイト

●Arduino MKR WiFi 1010のアナログ

• CPU　Cortex-M0 32ビット SAMD21
• ピン数　７（A0～A6）、A0はアナログ出力DAC0（10ビット、350ksps）と兼用
• 分解能　8/10/12ビット（350ksps）

●プログラム＜その1＞

　A4ポートには、実験用電圧源TL431の出力（約2.5V）を、A5ポートはGNDにつないでいます。

clear
a = arduino('COM15', 'MKR1010');
readVoltage(a,'A4')
readVoltage(a,'A5')

　A4の入力に、電圧発生器TR6142を使って0.1から1.1Vの電圧を入力し、測定値と比較しました。

　一見入力と測定値は比例しているように見えますが、0.6V以下は、誤差がそれなりにあります。

●プログラム＜その2＞

　A4入力に、発振器（Agilent 33120A）の出力をつなぎます。1Hz、１Vp-p、+1Vp-pシフトした正弦波を入力しました。

clear
a = arduino('COM15', 'MKR1010');
counter = 1:1000;
voltage = (counter);
for t = counter
    voltage(t) = readVoltage(a,'A4');
end
plot(counter, voltage);
ylabel('電圧 [V]');
grid on;
xlabel("時間");
%voltage_LPF = lowpass(voltage, 10 ,100);
%hold on
%plot(counter, voltage_LPF);

hold off
fs = 130;
Y = fft(voltage);
L = length(voltage);
P2 = abs(Y/L);
P1 = P2(1:L/2+1);
P1(2:end-1) = 2*P1(2:end-1);

f = fs*(0:(L/2))/L;
loglog(f, P1)
title('Single-Sided Amplitude Spectrum of X(t)')
xlabel('f (Hz)')
ylabel('|P1(f)|')
grid on

　グラフです。ほぼ正弦波で取り込めています。FFTをかけると、高調波が少し観測されました。

 　コメントアウトしているローパス・フィルタをかけます。いくらか見えていた高調波がなくなりました。

voltage_LPF = lowpass(voltage, 10 ,1000);

　正弦波を方形波に切り替えます。ほかの条件は変更していません。ローパス・フィルタは外します。

　奇数次の高調波が観測できます。

 　FFTのプログラムは、サンプルでよく登場します。サンプリング周波数fsをいくつにすればよいのかがわかっていません。ここでは1Hzになるように130を設定していますが、プログラム自体は、もっと高い周波数でも計算します。