基于AVR单片机的高精度频率调节器
基于avr单片机的高精度频率调节器
摘要:精确的频率控制是现代化工业生产与高精度测试的必备手段。基于ad9850可以发生优于1hz频率精确度的信号，这对于频率测试来说至关重要。本文介绍的这种频率调节器由atmel公司的avr单片机atmega16l作为控制核心，采用4×4键盘作为频率值输入设备。avr单片机扫描键盘并且读入用户设定的频率值。随后，avr单片机计算出ad9850的控制字，并且对ad9850发出指令。本文介绍的频率控制器可以通过“+1hz”键和“–1hz”键微调频率值。本文对频率控制器扩展了液晶显示模块，因此当前频率值可以被实时显示。它可以生成方波和正弦波。设计中使用了看门狗定时器防止程序进入死循环而不能正常工作。
关键词:avr,单片机,频率,控制 1引言
在现代化工业生产与高精度测试中，我们需要相当精确的频率来帮助判断设备性能指标。而且我们希望能够微调该频率。采用压控振荡器得到的频率不够精确，微调频率步骤烦琐，耗时漫长，因此有些测试项目限制了压控振荡器的使用。
mega系列单片机是atmel公司于2002年起陆续推出的。这款avr增强型单片机具有速度快，抗干扰能力强，价格低廉等诸多优点。为了加快avr单片机的软件编制，atmel以及第三方提供的开发工具多种多样，程序开发方便有效。该单片机内部flash结构功能灵活，加锁后很难解密，可以最大限度地保护知识产权。avr单片机可以广泛应用于通信、野外测试、汽车电子、医疗器械等领域，并且适用于各种低电压、低功耗的场合。
本文提出一种方法能够基于avr单片机，采用ad9850提供精确到1hz的频率信号，不但可以发生正弦波，也可以发生方波，从而为要求频率精度高的企业解决了难题。它以atmel公司的avr单片机atmega16l作为核心，能够方便、准确地控制输出频率。由于avr单片机实现了在线可编程，所以大大简化了设计步骤，加快了设计进程，同时不会烧毁、烧费芯片，节约了成本。
图1给出了该频率调节器的整体设计框图。用户通过4×4键盘设定频率值，avr单片机使用i/o端口，扫描读入频率值。随后avr单片机控制ad9850调节到用户要求的频率。ad9850的输出可以接电压比较器整形为方波，也可以经过低通滤波器限制带宽，输出正弦波形。avr单片机同时控制液晶显示模块，使之实时显示当前频率。
690)this.width=690;if(this.height>690)this.height=690; border=0>
图1.频率调节器整体框图
2控制核心与频率发生技术
2.1控制核心
本设计采用了atmel公司的avr单片机atmega16l作为控制核心。avr单片机的单周期指令能够保证高的执行效率和低成本，是精简指令集cpu中的高性能器件。avr单片机可以提供高达16mips的执行时间，具有128k字节的可编程flash存储器，同时具备4096字节的静态ram。avr单片机自带看门狗定时器，在强烈的电磁干扰条件下可以防止程序跑飞。本设计中采用的atmega16l还具有以下特点：
·内部包含有硬件乘法器，加快乘法运算速度；i/o端口引脚数多达32根；
·支持在线可编程功能，不需要频繁从电路板插拔芯片；带有可编程的支持同步传输的uart端口；
·支持三线传输spi端口；具有方便的i2c总线端口，直接与philips芯片接驳；
·支持jtag边界扫描电路；具有bod低电压检测功能；
·内部有8路10位的a/d变换器；具有4个pmw，可以协
2.2ad9850频率发生技术
ad9850是ad公司推出的低功耗直接数字频率合成器芯片，可以产生从直流到62.5mhz的宽频率信号，从投入市场到今天已经应用在雷达系统、低功耗频率源中。它良好的频率合成功能适合于应用在高精度测试中。本设计采用了ad9850作为波形发生器，具有体积小，功耗低的优点。
在控制流程中，avr单片机为ad9850计算了频率控制字，并且将频率控制字写入其中。联合小键盘上的“+1hz”键和“-1hz”键，本设计使得频率可以精确到步长为1hz的调节。它可以产生方波和正弦波。用户要求产生正弦波时，我们设计了低通滤波器用来滤除信号的高频分量。该低通滤波器还可以使用五阶椭圆滤波器实现。图2示出了本系统的ad9850电路设计图。pc2——pc5可以同时作为i2c总线端口。
690)this.width=690;if(this.height>690)this.height=690; border=0>
图2ad9850电路设计
3输入设备与输出设备
3.1键盘输入设备与相应软件
本设计采用了4×4键盘作为频率输入设备。由于按键个数少，只有16个，需要表示从1hz—10mhz的广泛频率，故在软件设计中采用了avr单片机扫描方式。将端口a的8根i/o引脚全部作为扫描键盘使用。键盘定义除了0——9共10个数字之外，还定义了“退格”键、“全删”键、“输入”键、“+1hz”键和“-1hz”键，这样就可以极大地方便用户随时修改频率和微调频率。读入用户输入的频率值时，采用了延时防抖抗干扰的软件程序。扫描变量的初始值设置为0xfe，以低电平0依次变化实现扫描。本单片机键盘扫描的c代码如下所示：
sccode=0xfe;/*everyscaninitiativevalue,11111110*/
while(sccode!=0xef)/*sccodeisnot11101111,follow;orreturn0*/
{
porta=sccode;/*sendscancode11111110toporta*/
porta=sccode;/*sendscancode11111110toporta*/
if((pina&0xf0)!=0xf0)/*readporta,ifhigh4bitsarenot1111,keypressedinthisline*/
{
recode=(pina&0xf0)|0x0f;/*portahigh4bitsreserved,low4bitsare1111*/
while((pina&0xf0)!=0xf0)
{};
/*readporta,ifportahigh4bitsarenot1111,keypressed,
ifkeypressed,wemustwait,waitforkeyreleased*/
return((~sccode)+(~recode));/*returnrow+column*/
}
else
{
sccode=(sccode<690)this.height=690; border=0>
图3液晶显示模块与控制器电路设计
4结论
为了方便现代化工业生产与精确的频率测试，我们设计了基于avr单片机的高精度频率调节器。在本设计中，可以使用小键盘上的“+1hz”键和“-1hz”键，方便地进行频率精确到1hz的调节。此频率调节器体积小而功能强，由atmel公司的avr单片机atmega16l作控制核心，用户可随时调整系统输出频率。采用了4×4键盘输入用户设定的频率值，占位小而效率高，编制程序让avr单片机扫描即可得到频率，省去了专用键盘接口芯片8279。液晶显示模块可实时显示当前频率，显示界面友好，操作可控性强。本系统可以产生方波和正弦波。
本设计的硬件与软件均已经应用在某频率测试生产线中。工业生产与测试使用表明，本设计简化了频率调节过程，用户使用方便，具有节电、低成本、抗干扰能力强、频率控制精度高速度快的特点。
参考文献
[1]atmelcorporation.8-bitavrmicrocontrollerwith16kbytesin-systemprogrammableflashatmega16ldatasheet.atmelcorporation,2003:3-18.
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图1给出了该频率调节器的整体设计框图。用户通过4×4键盘设定频率值，avr单片机使用i/o端口，扫描读入频率值。随后avr单片机控制ad9850调节到用户要求的频率。ad9850的输出可以接电压比较器整形为方波，也可以经过低通滤波器限制带宽，输出正弦波形。avr单片机同时控制液晶显示模块，使之实时显示当前频率。
690)this.width=690;if(this.height>690)this.height=690; border=0>
图1.频率调节器整体框图
2控制核心与频率发生技术
2.1控制核心
本设计采用了atmel公司的avr单片机atmega16l作为控制核心。avr单片机的单周期指令能够保证高的执行效率和低成本，是精简指令集cpu中的高性能器件。avr单片机可以提供高达16mips的执行时间，具有128k字节的可编程flash存储器，同时具备4096字节的静态ram。avr单片机自带看门狗定时器，在强烈的电磁干扰条件下可以防止程序跑飞。本设计中采用的atmega16l还具有以下特点：
·内部包含有硬件乘法器，加快乘法运算速度；i/o端口引脚数多达32根；
·支持在线可编程功能，不需要频繁从电路板插拔芯片；带有可编程的支持同步传输的uart端口；
·支持三线传输spi端口；具有方便的i2c总线端口，直接与philips芯片接驳；
·支持jtag边界扫描电路；具有bod低电压检测功能；
·内部有8路10位的a/d变换器；具有4个pmw，可以协
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690)this.width=690;if(this.height>690)this.height=690; border=0>
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sccode=0xfe;/*everyscaninitiativevalue,11111110*/
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{
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porta=sccode;/*sendscancode11111110toporta*/
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{
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ifkeypressed,wemustwait,waitforkeyreleased*/
return((~sccode)+(~recode));/*returnrow+column*/
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else
{
sccode=(sccode<690)this.height=690; border=0>
图3液晶显示模块与控制器电路设计
4结论
为了方便现代化工业生产与精确的频率测试，我们设计了基于avr单片机的高精度频率调节器。在本设计中，可以使用小键盘上的“+1hz”键和“-1hz”键，方便地进行频率精确到1hz的调节。此频率调节器体积小而功能强，由atmel公司的avr单片机atmega16l作控制核心，用户可随时调整系统输出频率。采用了4×4键盘输入用户设定的频率值，占位小而效率高，编制程序让avr单片机扫描即可得到频率，省去了专用键盘接口芯片8279。液晶显示模块可实时显示当前频率，显示界面友好，操作可控性强。本系统可以产生方波和正弦波。
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