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10 KiB
C
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C
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* @file dr_piezo.h
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* @brief Piezo Transducer Driver (2MHz Signal Generator)
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* @author Charles KWON
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* @date 2025-12-09
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* @note Hardware: nRF52840 + MD1822K6-G MOSFET Driver + TC7920K6-G MOSFET
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* Output: +/-20V at 2MHz, 3~5 cycles
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*
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* @details Timing Sequence:
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* 1. PE = HIGH (enable)
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* 2. P_OUT/N_OUT = 2MHz pulses (3~5 cycles)
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* 3. DMP = HIGH (dump)
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* 4. DMP = LOW
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* 5. PE = LOW (disable)
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*
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* All signals (P_OUT, N_OUT, DMP) operate within PE HIGH period.
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******************************************************************************/
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* [한국어 설명] 피에조 초음파 트랜스듀서 드라이버 헤더
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* === 개요 ===
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* 방광 측정용 초음파 송신기의 핀 할당, 설정값, 함수 선언을 정의.
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* nRF52840 + MD1822K6-G(MOSFET 드라이버) + TC7920K6-G(MOSFET) 하드웨어 구성.
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* 출력: +/-20V, 2MHz, 3~7 사이클 버스트.
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* === 핀 할당 ===
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* 전원 제어:
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* - DR_PIEZO_PWR_EN (P1.9): DC/DC 컨버터 활성화 -> +/-20V 고전압 생성
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* TX 신호 핀 (MOSFET 드라이버 제어):
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* - PE (P0.25): Pulse Enable - 전체 시퀀스 활성화/비활성화
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* - DMP (P1.0): Dump - 펄스 후 피에조 잔류 에너지 방전
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* - P_OUT (P1.7): Positive Output - 피에조 양극 구동
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* - N_OUT (P1.6): Negative Output - 피에조 음극 구동 (P_OUT과 역상)
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*
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* MUX 제어 핀 (8채널 에코 신호 경로 선택):
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* - EN_MUXA (P0.21): MUXA 활성화 (CH0~CH3 담당)
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* - EN_MUXB (P0.23): MUXB 활성화 (CH4~CH7 담당)
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* - SEL0 (P1.10): MUX 내부 채널 주소 비트 0
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* - SEL1 (P0.28): MUX 내부 채널 주소 비트 1
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*
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* === MUX 채널 매핑 (8채널) ===
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* CH0 = MUXA 입력0: EN_A=1, EN_B=0, SEL0=0, SEL1=0
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* CH1 = MUXA 입력2: EN_A=1, EN_B=0, SEL0=1, SEL1=0
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* CH2 = MUXA 입력1: EN_A=1, EN_B=0, SEL0=0, SEL1=1
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* CH3 = MUXA 입력3: EN_A=1, EN_B=0, SEL0=1, SEL1=1
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* CH4 = MUXB 입력0: EN_A=0, EN_B=1, SEL0=1, SEL1=1
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* CH5 = MUXB 입력1: EN_A=0, EN_B=1, SEL0=0, SEL1=1
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* CH6 = MUXB 입력2: EN_A=0, EN_B=1, SEL0=1, SEL1=0
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* CH7 = MUXB 입력3: EN_A=0, EN_B=1, SEL0=0, SEL1=0
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*
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* === 두 가지 버스트 모드 ===
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* 1) 하드웨어 버스트 (dr_piezo_burst): Timer2 + PPI + GPIOTE 사용, CPU 비의존적
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* 2) 소프트웨어 버스트 (dr_piezo_burst_sw_XXmhz): CPU NOP 기반 정밀 타이밍
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* - 주파수별 전용 함수: 1.7/1.8/1.9/2.0/2.1/2.2 MHz
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#ifndef DR_PIEZO_H
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#define DR_PIEZO_H
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#include <stdint.h>
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#include <stdbool.h>
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#include "nrf_gpio.h"
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/*==============================================================================
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* 전원 제어 핀 (DC/DC 컨버터 +/-20V)
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* DR_PIEZO_PWR_EN: HIGH로 설정 시 DC/DC 컨버터가 +/-20V 고전압 생성
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*============================================================================*/
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#define DR_PIEZO_PWR_EN NRF_GPIO_PIN_MAP(1, 9) /** Power Enable jhChun 0128 */
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/*==============================================================================
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* TX 신호 핀 (MOSFET 드라이버 제어)
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* PE: Pulse Enable - 전체 TX 시퀀스 활성화/비활성화
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* DMP: Dump - 펄스 후 피에조 잔류 에너지 방전용
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* P_OUT: Positive Output - 피에조 양극 구동 (N_OUT과 역상)
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* N_OUT: Negative Output - 피에조 음극 구동 (P_OUT과 역상)
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* 주의: 이전 핀 할당(주석 처리)에서 새 보드 레이아웃으로 변경됨 (jhChun 0128)
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*============================================================================*/
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#define DR_PIEZO_PIN_PE NRF_GPIO_PIN_MAP(0, 25) /**< Pulse Enable */ // P1.05 -> P0.25
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#define DR_PIEZO_PIN_DMP NRF_GPIO_PIN_MAP(1, 0) /**< Dump control */ // P1.9 -> P1.0
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#define DR_PIEZO_PIN_P_OUT NRF_GPIO_PIN_MAP(1, 7) /**< Positive output */ // P1.3 -> P1.7
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#define DR_PIEZO_PIN_N_OUT NRF_GPIO_PIN_MAP(1, 6) /**< Negative output */ // P1.2 -> P1.6 jhChun 0128
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/*==============================================================================
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* MUX 제어 핀 (에코 신호 경로 선택)
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* 8채널 아날로그 MUX로 피에조 센서 채널을 선택한다.
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* MUXA(CH0~CH3)와 MUXB(CH4~CH7) 두 개의 4채널 MUX 사용.
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* EN_MUXA/EN_MUXB: 각 MUX 활성화 (동시에 하나만 HIGH)
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* SEL0/SEL1: MUX 내부 4채널 중 하나를 선택하는 주소 비트
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*============================================================================*/
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/* Piezo MUX pins (8ch) jhChun 0129 */
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#define DR_PIEZO_EN_MUXA NRF_GPIO_PIN_MAP(0, 21) /**< MUXA Enable */
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#define DR_PIEZO_EN_MUXB NRF_GPIO_PIN_MAP(0, 23) /**< MUXB Enable */
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#define DR_PIEZO_MUX_SEL0 NRF_GPIO_PIN_MAP(1, 10) /**< MUX Select 0 */
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#define DR_PIEZO_MUX_SEL1 NRF_GPIO_PIN_MAP(0, 28) /**< MUX Select 1 */
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/*==============================================================================
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* 설정값
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* DR_PIEZO_FREQ_HZ: 목표 주파수 (실제 동작 주파수는 dr_piezo.c에서 결정)
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* DR_PIEZO_DEFAULT_CYCLES: 기본 버스트 사이클 수 (5)
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* DR_PIEZO_MIN/MAX_CYCLES: 허용 사이클 범위 (3~7)
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* DR_PIEZO_MUX_SETTLING_US: MUX 채널 전환 후 아날로그 경로 안정화 대기 시간
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*============================================================================*/
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/**
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* @note Actual operating frequency is defined in dr_piezo.c as PIEZO_FREQ_MHZ.
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* Change PIEZO_FREQ_MHZ in dr_piezo.c to adjust the burst frequency.
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* Current setting: 2.1 MHz
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*/
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#define DR_PIEZO_FREQ_HZ 2100000 /**< Target frequency (set PIEZO_FREQ_MHZ in .c) */
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#define DR_PIEZO_DEFAULT_CYCLES 5 /**< Default burst cycles (3~5) */
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#define DR_PIEZO_MIN_CYCLES 3
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#define DR_PIEZO_MAX_CYCLES 7
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#define DR_PIEZO_MUX_SETTLING_US 1300 /**< MUX settling delay (us) */
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/*==============================================================================
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* 전원 제어 함수
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* DC/DC 컨버터(+/-20V)를 ON/OFF하여 피에조 구동 고전압을 제어한다.
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*============================================================================*/
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/**
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* @brief Power ON piezo system (+/-20V DC/DC converter)
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*/
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void dr_piezo_power_on(void);
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/**
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* @brief Power OFF piezo system
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*/
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void dr_piezo_power_off(void);
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/**
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* @brief 피에조 전원 상태 확인
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* @return true: 전원 ON, false: 전원 OFF
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*/
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bool dr_piezo_is_power_on(void);
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/*==============================================================================
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* TX 드라이버 함수
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* 초음파 송신 관련: 초기화, 버스트 송신, 활성화/비활성화, 주파수 설정
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*============================================================================*/
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/**
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* @brief Initialize piezo TX driver (Timer + PPI + GPIOTE)
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*/
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void dr_piezo_init(void);
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/**
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* @brief Uninitialize piezo TX driver
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*/
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void dr_piezo_uninit(void);
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/**
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* @brief Transmit a burst of 2MHz pulses
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* @param cycles Number of cycles to transmit (3~10)
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*/
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void dr_piezo_burst(uint8_t cycles);
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/**
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* @brief Transmit default burst (5 cycles)
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*/
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void dr_piezo_pulse(void);
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/**
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|
* @brief Enable TX output (prepare for transmission)
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*/
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|
void dr_piezo_enable(void);
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/**
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|
* @brief Disable TX output (return to idle state)
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*/
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void dr_piezo_disable(void);
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/**
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* @brief Check if TX is currently active
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* @return true if transmitting
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*/
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bool dr_piezo_is_busy(void);
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/**
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|
* @brief Set TX frequency (for testing)
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* @param freq_hz Frequency in Hz (100kHz ~ 4MHz)
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*/
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void dr_piezo_set_frequency(uint32_t freq_hz);
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/**
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* @brief Test all pins manually (for debugging with oscilloscope)
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*/
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|
void dr_piezo_test_pins(void);
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/**
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* @brief Initialize MUX control pins for echo signal path
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*/
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void dr_piezo_mux_init(void);
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/**
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* @brief Select piezo channel (0~7) via 8ch MUX
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* @param channel Piezo channel number (0~7)
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*
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* Channel mapping (EN_MUXA, EN_MUXB, SEL0, SEL1):
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* CH0=A0(1,0,0,0) CH1=A2(1,0,1,0) CH2=A1(1,0,0,1) CH3=A3(1,0,1,1)
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|
* CH4=B0(0,1,1,1) CH5=B1(0,1,0,1) CH6=B2(0,1,1,0) CH7=B3(0,1,0,0)
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|
*
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|
* @note MUX settling time: 1.3ms delay after switching
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*/
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|
void dr_piezo_select_channel(uint8_t channel);
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/*==============================================================================
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* 시스템 함수 (전원 + TX 통합 제어)
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* 전원 ON/OFF와 TX 드라이버 초기화/해제를 한 번에 수행하는 편의 함수.
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* 소프트웨어 버스트(burst_sw) 계열: CPU NOP 기반 정밀 타이밍.
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* - Timer/PPI 없이 CPU에서 직접 GPIO를 제어
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* - 인터럽트 비활성화 상태에서 동작하여 타이밍 정확도 보장
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* - 주파수별 전용 함수 제공 (NOP 개수가 다름)
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*============================================================================*/
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/**
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* @brief Full system initialization (power + TX driver)
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*/
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void dr_piezo_system_init(void);
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/**
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|
* @brief Full system shutdown
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|
*/
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|
void dr_piezo_system_uninit(void);
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/**
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* @brief Transmit with power check
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|
* @param cycles Number of cycles
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|
*/
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void dr_piezo_transmit(uint8_t cycles);
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/**
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* @brief Software-based burst (CPU-controlled, no Timer/PPI)
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|
* @param cycles Number of cycles (1~20)
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|
* @note Default frequency: 2.1 MHz
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*/
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void dr_piezo_burst_sw(uint8_t cycles);
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/**
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|
* @brief Software-based burst at 1.8 MHz
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|
* @param cycles Number of cycles (1~20)
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* @note Fixed frequency: 1.8 MHz
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*/
|
|
void dr_piezo_burst_sw_18mhz(uint8_t cycles);
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|
|
/**
|
|
* @brief Software-based burst at 2.0 MHz
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|
* @param cycles Number of cycles (1~20)
|
|
* @note Fixed frequency: 2.0 MHz
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|
*/
|
|
void dr_piezo_burst_sw_20mhz(uint8_t cycles);
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|
|
|
/**
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|
* @brief Software-based burst at 2.2 MHz
|
|
* @param cycles Number of cycles (1~20)
|
|
* @note Fixed frequency: 2.2 MHz
|
|
*/
|
|
void dr_piezo_burst_sw_22mhz(uint8_t cycles);
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|
|
|
/**
|
|
* @brief Software-based burst at 1.7 MHz
|
|
* @param cycles Number of cycles (1~20)
|
|
* @note Fixed frequency: 1.7 MHz
|
|
*/
|
|
void dr_piezo_burst_sw_17mhz(uint8_t cycles);
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|
|
|
/**
|
|
* @brief Software-based burst at 1.9 MHz
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|
* @param cycles Number of cycles (1~20)
|
|
* @note Fixed frequency: 1.9 MHz
|
|
*/
|
|
void dr_piezo_burst_sw_19mhz(uint8_t cycles);
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#endif /* DR_PIEZO_H */
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