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1、基于AVR單片機的高精度頻率調(diào)節(jié)器摘要:精確的頻率控制是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)與高精度測試的必備手段?;贏D9850可以發(fā)生優(yōu)于1Hz頻率精確度的信號,這對于頻率測試來說至關重要。本文介紹的這種頻率調(diào)節(jié)器由Atmel公司的AVR單片機Atmega16L作為控制核心,采用44鍵盤作為頻率值輸入設備。AVR單片機掃描鍵盤并且讀入用戶設定的頻率值。隨后,AVR單片機計算出AD9850的控制字,并且對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。摘要:精確的頻率控制是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)與高精度測試的必備手段?;贏D9850可以發(fā)生優(yōu)于1Hz頻率精確度的信號,這對于頻

2、率測試來說至關重要。本文介紹的這種頻率調(diào)節(jié)器由Atmel公司的AVR單片機Atmega16L作為控制核心,采用4×4鍵盤作為頻率值輸入設備。AVR單片機掃描鍵盤并且讀入用戶設定的頻率值。隨后,AVR單片機計算出AD9850的控制字,并且對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。本文對頻率控制器擴展了液晶顯示模塊,因此當前頻率值可以被實時顯示。它可以生成方波和正弦波。設計中使用了看門狗定時器防止程序進入死循環(huán)而不能正常工作。 關鍵詞:AVR,單片機,頻率,控制1引言 在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)與高精度測試中,我們需要相當精確的頻率來幫助判斷設備性

3、能指標。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,耗時漫長,因此有些測試項目限制了壓控振蕩器的使用。Mega系列單片機是Atmel公司于2002年起陸續(xù)推出的。這款AVR增強型單片機具有速度快,抗干擾能力強,價格低廉等諸多優(yōu)點。為了加快AVR單片機的軟件編制,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。該單片機內(nèi)部FLASH結構功能靈活,加鎖后很難解密,可以最大限度地保護知識產(chǎn)權。AVR單片機可以廣泛應用于通信、野外測試、汽車電子、醫(yī)療器械等領域,并且適用于各種低電壓、低功耗的場合。 本文提出一種方法能夠基于AVR單片機,采用AD9850

4、提供精確到1Hz的頻率信號,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Atmega16L作為核心,能夠方便、準確地控制輸出頻率。由于AVR單片機實現(xiàn)了在線可編程,所以大大簡化了設計步驟,加快了設計進程,同時不會燒毀、燒費芯片,節(jié)約了成本。 圖1給出了該頻率調(diào)節(jié)器的整體設計框圖。用戶通過44鍵盤設定頻率值,AVR單片機使用I/O端口,掃描讀入頻率值。隨后AVR單片機控制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單片機同時控制液晶顯示模塊,使之實時

5、顯示當前頻率。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2.1控制核心 本設計采用了Atmel公司的AVR單片機Atmega16L作為控制核心。AVR單片機的單周期指令能夠保證高的執(zhí)行效率和低成本,是精簡指令集CPU中的高性能器件。AVR單片機可以提供高達16MIPS的執(zhí)行時間,具有128K字節(jié)的可編程Flash存儲器,同時具備4096字節(jié)的靜態(tài)RAM。AVR單片機自帶看門狗定時器,在強烈的電磁干擾條件下可以防止程序跑飛。本設計中采用的Atmega16L還具有以下特點:·內(nèi)部包含有硬件乘法器,加快乘法運算速度;I/O端口引腳數(shù)多達32根;支持在線可編程功能,不需要頻繁從電路板插

6、拔芯片;帶有可編程的支持同步傳輸?shù)腢ART端口;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;支持JTAG邊界掃描電路;具有BOD低電壓檢測功能;內(nèi)部有8路10位的A/D變換器;具有4個PMW,可以協(xié)同或單獨工作; 內(nèi)部帶有實時時鐘電路;工作頻率最高可達16MHz。2.2AD9850頻率發(fā)生技術 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,從投入市場到今天已經(jīng)應用在雷達系統(tǒng)、低功耗頻率源中。它良好的頻率合成功能適合于應用在高精度測試中。本設計采用了AD9850作為波形發(fā)生器,具有體積小,功耗低的優(yōu)點。

7、在控制流程中,AVR單片機為AD9850計算了頻率控制字,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,本設計使得頻率可以精確到步長為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,我們設計了低通濾波器用來濾除信號的高頻分量。該低通濾波器還可以使用五階橢圓濾波器實現(xiàn)。圖2示出了本系統(tǒng)的AD9850電路設計圖。PC2PC5可以同時作為I2C總線端口。圖2AD9850電路設計3輸入設備與輸出設備3.1鍵盤輸入設備與相應軟件 本設計采用了44鍵盤作為頻率輸入設備。由于按鍵個數(shù)少,只有16個,需要表示從1Hz10MHz的廣泛頻率,故在軟件設計中采用了AVR單片機掃

8、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09共10個數(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修改頻率和微調(diào)頻率。讀入用戶輸入的頻率值時,采用了延時防抖抗干擾的軟件程序。掃描變量的初始值設置為0xFE,以低電平0依次變化實現(xiàn)掃描。本單片機鍵盤掃描的C代碼如下所示:sccode=0xFE;/*everyscaninitiativevalue,11111110*/while(sccode!=0xEF)/*sccodeisnot11101111,follow;orreturn0*/PORTA=sccod

9、e;/*sendscancode11111110toportA*/PORTA=sccode;/*sendscancode11111110toportA*/if(PINA&0xF0)!=0xF0)/*readportA,ifhigh4bitsarenot1111,keypressedinthisline*/recode=(PINA&0xF0)|0x0F;/*portAhigh4bitsreserved,low4bitsare1111*/while(PINA&0xF0)!=0xF0);/*readportA,ifportAhigh4bitsarenot1111,keypressed,ifk

10、eypressed,wemustwait,waitforkeyreleased*/return(sccode)+(recode);/*returnrow+column*/elsesccode=(sccode<1)|0x01;/*scancodeleftshift1bit,add1toright,11111101*/最終返回的掃描結果包括按鍵所在的行值和列值。判斷步驟是:先將端口A的高4比特記錄在掃描變量recode中,低4比特置為1111。再次讀入端口A的高4比特,由此判斷按鍵是否松開。用戶還未松開按鍵時,高4比特當中有低電平0存在,此時只能循環(huán)等待。只有當用戶松開按鍵之后,才將高4比特

11、與低4比特進行按位反操作,并復合形成最終返回的掃描結果。如果沒有檢測到有按鍵按下,則將掃描變量sccode向左移位1比特,繼續(xù)進行下一次掃描。3.2液晶顯示模塊 用戶在多次進行輸入頻率以及“+1Hz”和“-1Hz”微調(diào)后,專注于觀察信號輸出對下一級電路的影響,往往忘了目前系統(tǒng)的輸出頻率。這樣導致在精確測試中要求微調(diào)時也不知該向高調(diào)整還是向低調(diào)整。為了告知用戶系統(tǒng)所處的當前頻率,我們擴展了液晶顯示模塊,實現(xiàn)了當前頻率在液晶顯示模塊上實時顯示。液晶顯示模塊占用了單片機Atmega16L的PD0-PD7作為數(shù)據(jù)接口,采用了單片機的PB0-PB4作為控制端口。圖3給出了液晶顯示模塊與控制器電路設計電路

12、圖。 PB0引腳選擇液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)存儲器或指令存貯器,PB1引腳表明此次操作是讀液晶顯示模塊還是寫液晶顯示模塊,PB2則構成上升沿與下降沿完成讀寫時序。PB3負責選中液晶顯示模塊的左半部分,PB4負責選中右半部分,通常PB3與PB4都置為1。需要注意的是,在數(shù)據(jù)或指令準備好了之后,再讓PB2進行電平變化,否則讀寫會出錯。 本設計借助單片機Atmega16L的大容量程序存貯器,將英文字母和若干漢字的字型點陣作為數(shù)組存入單片機的程序存貯器中。需要顯示某字符時直接調(diào)用數(shù)組,從而簡化了設計,實現(xiàn)了英文、漢字以及圖形的顯示。本設計顯示界面友好,操作可控性強。圖3液晶顯示模塊與控制器電路設計4結論 為

13、了方便現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)與精確的頻率測試,我們設計了基于AVR單片機的高精度頻率調(diào)節(jié)器。在本設計中,可以使用小鍵盤上的“+1Hz”鍵和“-1Hz”鍵,方便地進行頻率精確到1Hz的調(diào)節(jié)。此頻率調(diào)節(jié)器體積小而功能強,由Atmel公司的AVR單片機Atmega16L作控制核心,用戶可隨時調(diào)整系統(tǒng)輸出頻率。采用了44鍵盤輸入用戶設定的頻率值,占位小而效率高,編制程序讓AVR單片機掃描即可得到頻率,省去了專用鍵盤接口芯片8279。液晶顯示模塊可實時顯示當前頻率,顯示界面友好,操作可控性強。本系統(tǒng)可以產(chǎn)生方波和正弦波。 本設計的硬件與軟件均已經(jīng)應用在某頻率測試生產(chǎn)線中。工業(yè)生產(chǎn)與測試使用表明,本設計簡化了頻率調(diào)節(jié)過程,用戶使用方便,具有節(jié)電、低成本、抗干擾能力強、頻率控制精度高速度快的特點。參考文獻1AtmelCorporation.8-bitAVRMicrocontrollerwith16

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