?? 基于avr單片機的高精度頻率調節器 - 21ic中國電子網.htm
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<TD width=120>[日期：<SPAN id=TimeLabel>2006-7-10</SPAN>]</TD>
<TD align=middle>來源：<SPAN id=SourceLabel>電子產品世界</SPAN>
作者：<SPAN id=AuthorLabel>北京航空航天大學 電子信息工程學院 唐智</SPAN></TD>
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<P> </P>
<P><STRONG>摘要</STRONG>: 精確的頻率控制是現代化工業生產與高精度測試的必備手段。基于AD9850可以發生優于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節器由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發出指令。本文介紹的頻率控制器可以通過“+1Hz”鍵和“–1Hz”鍵微調頻率值。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而不能正常工作。
<BR><STRONG>
關鍵詞</STRONG>: AVR, 單片機, 頻率, 控制
<P><STRONG>1 引言</STRONG> <BR>
在現代化工業生產與高精度測試中，我們需要相當精確的頻率來幫助判斷設備性能指標。而且我們希望能夠微調該頻率。采用壓控振蕩器得到的頻率不夠精確，微調頻率步驟煩瑣，耗時漫長，因此有些測試項目限制了壓控振蕩器的使用。
<BR>Mega系列單片機是Atmel公司于2002年起陸續推出的。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工具多種多樣，程序開發方便有效。該單片機內部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權。AVR單片機可以廣泛應用于通信、野外測試、汽車電子、醫療器械等領域，并且適用于各種低電壓、低功耗的場合。
<BR><BR>
本文提出一種方法能夠基于AVR單片機，采用AD9850提供精確到1Hz的頻率信號，不但可以發生正弦波，也可以發生方波，從而為要求頻率精度高的企業解決了難題。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，節約了成本。
<BR><BR>
圖1給出了該頻率調節器的整體設計框圖。用戶通過4×4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調節到用戶要求的頻率。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，使之實時顯示當前頻率。
<BR></P>
<P align=center><IMG
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<P align=center>圖1. 頻率調節器整體框圖</P>
<P align=left><STRONG>2 控制核心與頻率發生技術 <BR>2.1 控制核心</STRONG>
<BR>
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16 MIPS的執行時間，具有128K字節的可編程Flash存儲器，同時具備4096字節的靜態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：
<BR>· 內部包含有硬件乘法器，加快乘法運算速度；I/O端口引腳數多達32根； <BR>· 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的UART端口；
<BR>· 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；
<BR>· 支持JTAG邊界掃描電路；具有BOD低電壓檢測功能；
<BR>· 內部有8路10位的A/D變換器；具有4個PMW，可以協同或單獨工作； <BR>·
內部帶有實時時鐘電路；工作頻率最高可達16MHz。
<BR><STRONG><BR>2.2 AD9850頻率發生技術</STRONG> <BR>
AD9850是AD公司推出的低功耗直接數字頻率合成器芯片，可以產生從直流到62.5MHz的寬頻率信號，從投入市場到今天已經應用在雷達系統、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作為波形發生器，具有體積小，功耗低的優點。
<BR><BR>
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的調節。它可以產生方波和正弦波。用戶要求產生正弦波時，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。圖2示出了本系統的AD9850電路設計圖。PC2——PC5可以同時作為I2C總線端口。
<BR></P>
<P align=center><IMG
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<P align=center>圖2 AD9850電路設計</P>
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