| 摘要: 精確的頻率控制是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)與高精度測(cè)試的必備手段。基于AD9850可以發(fā)生優(yōu)于1Hz頻率精確度的信號(hào),這對(duì)于頻率測(cè)試來說至關(guān)重要。本文介紹的這種頻率調(diào)節(jié)器由Atmel公司的AVR單片機(jī)Atmega16L作為控制核心,采用4×4鍵盤作為頻率值輸入設(shè)備。AVR單片機(jī)掃描鍵盤并且讀入用戶設(shè)定的頻率值。隨后,AVR單片機(jī)計(jì)算出AD9850的控制字,并且對(duì)AD9850發(fā)出指令。本文介紹的頻率控制器可以通過“+1Hz”鍵和“–1Hz”鍵微調(diào)頻率值。本文對(duì)頻率控制器擴(kuò)展了液晶顯示模塊,因此當(dāng)前頻率值可以被實(shí)時(shí)顯示。它可以生成方波和正弦波。設(shè)計(jì)中使用了看門狗定時(shí)器防止程序進(jìn)入死循環(huán)而不能正常工作。
關(guān)鍵詞: AVR, 單片機(jī), 頻率, 控制 1 引言
在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)與高精度測(cè)試中,我們需要相當(dāng)精確的頻率來幫助判斷設(shè)備性能指標(biāo)。而且我們希望能夠微調(diào)該頻率。采用壓控振蕩器得到的頻率不夠精確,微調(diào)頻率步驟煩瑣,耗時(shí)漫長(zhǎng),因此有些測(cè)試項(xiàng)目限制了壓控振蕩器的使用。
Mega系列單片機(jī)是Atmel公司于2002年起陸續(xù)推出的。這款A(yù)VR增強(qiáng)型單片機(jī)具有速度快,抗干擾能力強(qiáng),價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)。為了加快AVR單片機(jī)的軟件編制,Atmel以及第三方提供的開發(fā)工具多種多樣,程序開發(fā)方便有效。該單片機(jī)內(nèi)部FLASH結(jié)構(gòu)功能靈活,加鎖后很難解密,可以最大限度地保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。AVR單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于通信、野外測(cè)試、汽車電子、醫(yī)療器械等領(lǐng)域,并且適用于各種低電壓、低功耗的場(chǎng)合。
本文提出一種方法能夠基于AVR單片機(jī),采用AD9850提供精確到1Hz的頻率信號(hào),不但可以發(fā)生正弦波,也可以發(fā)生方波,從而為要求頻率精度高的企業(yè)解決了難題。它以Atmel公司的AVR單片機(jī)Atmega16L作為核心,能夠方便、準(zhǔn)確地控制輸出頻率。由于AVR單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了在線可編程,所以大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)步驟,加快了設(shè)計(jì)進(jìn)程,同時(shí)不會(huì)燒毀、燒費(fèi)芯片,節(jié)約了成本。
圖1給出了該頻率調(diào)節(jié)器的整體設(shè)計(jì)框圖。用戶通過4×4鍵盤設(shè)定頻率值,AVR單片機(jī)使用I/O端口,掃描讀入頻率值。隨后AVR單片機(jī)控制AD9850調(diào)節(jié)到用戶要求的頻率。AD9850的輸出可以接電壓比較器整形為方波,也可以經(jīng)過低通濾波器限制帶寬,輸出正弦波形。AVR單片機(jī)同時(shí)控制液晶顯示模塊,使之實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前頻率。
圖1. 頻率調(diào)節(jié)器整體框圖 2 控制核心與頻率發(fā)生技術(shù)
2.1 控制核心
本設(shè)計(jì)采用了Atmel公司的AVR單片機(jī)Atmega16L作為控制核心。AVR單片機(jī)的單周期指令能夠保證高的執(zhí)行效率和低成本,是精簡(jiǎn)指令集CPU中的高性能器件。AVR單片機(jī)可以提供高達(dá)16 MIPS的執(zhí)行時(shí)間,具有128K字節(jié)的可編程Flash存儲(chǔ)器,同時(shí)具備4096字節(jié)的靜態(tài)RAM。AVR單片機(jī)自帶看門狗定時(shí)器,在強(qiáng)烈的電磁干擾條件下可以防止程序跑飛。本設(shè)計(jì)中采用的Atmega16L還具有以下特點(diǎn)：
l 內(nèi)部包含有硬件乘法器,加快乘法運(yùn)算速度;I/O端口引腳數(shù)多達(dá)32根;
l 支持在線可編程功能,不需要頻繁從電路板插拔芯片;帶有可編程的支持同步傳輸?shù)腢ART端口;
l 支持三線傳輸SPI端口;具有方便的I2C總線端口,直接與Philips芯片接駁;
l 支持JTAG邊界掃描電路;具有BOD低電壓檢測(cè)功能;
l 內(nèi)部有8路10位的A/D變換器;具有4個(gè)PMW,可以協(xié)同或單獨(dú)工作;
l 內(nèi)部帶有實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路;工作頻率最高可達(dá)16MHz。
2.2 AD9850頻率發(fā)生技術(shù)
AD9850是AD公司推出的低功耗直接數(shù)字頻率合成器芯片,可以產(chǎn)生從直流到62.5MHz的寬頻率信號(hào),從投入市場(chǎng)到今天已經(jīng)應(yīng)用在雷達(dá)系統(tǒng)、低功耗頻率源中。它良好的頻率合成功能適合于應(yīng)用在高精度測(cè)試中。本設(shè)計(jì)采用了AD9850作為波形發(fā)生器,具有體積小,功耗低的優(yōu)點(diǎn)。
在控制流程中,AVR單片機(jī)為AD9850計(jì)算了頻率控制字,并且將頻率控制字寫入其中。聯(lián)合小鍵盤上的“+1Hz”鍵和“-1Hz”鍵,本設(shè)計(jì)使得頻率可以精確到步長(zhǎng)為1Hz的調(diào)節(jié)。它可以產(chǎn)生方波和正弦波。用戶要求產(chǎn)生正弦波時(shí),我們?cè)O(shè)計(jì)了低通濾波器用來濾除信號(hào)的高頻分量。該低通濾波器還可以使用五階橢圓濾波器實(shí)現(xiàn)。圖2示出了本系統(tǒng)的AD9850電路設(shè)計(jì)圖。PC2——PC5可以同時(shí)作為I2C總線端口。
圖2 AD9850電路設(shè)計(jì) 3 輸入設(shè)備與輸出設(shè)備
3.1 鍵盤輸入設(shè)備與相應(yīng)軟件
本設(shè)計(jì)采用了4×4鍵盤作為頻率輸入設(shè)備。由于按鍵個(gè)數(shù)少,只有16個(gè),需要表示從1Hz — 10MHz的廣泛頻率,故在軟件設(shè)計(jì)中采用了AVR單片機(jī)掃描方式。將端口A的8根I/O引腳全部作為掃描鍵盤使用。鍵盤定義除了0——9共10個(gè)數(shù)字之外,還定義了“退格”鍵、“全刪”鍵、“輸入”鍵、“+1Hz”鍵和“-1Hz”鍵,這樣就可以極大地方便用戶隨時(shí)修改頻率和微調(diào)頻率。讀入用戶輸入的頻率值時(shí),采用了延時(shí)防抖抗干擾的軟件程序。掃描變量的初始值設(shè)置為0xFE,以低電平0依次變化實(shí)現(xiàn)掃描。本單片機(jī)鍵盤掃描的C代碼如下所示： |
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