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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16 MIPS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，可以协同或单独工作；
· 内部带有实时时钟电路；工作频率最高可达16MHz。
2.2 AD9850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。
图2 AD9850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;/*every scan initiative value,11111110*/
while(sccode!=0xEF)/*sccode is not 11101111,follow;or return 0*/
{
PORTA=sccode;/*send scan code 11111110 to portA*/
PORTA=sccode;/*send scan code 11111110 to portA*/
if((PINA&0xF0)!=0xF0)/*read portA,if high 4 bits are not 1111,key pressed in this line*/
{
recode=(PINA&0xF0)|0x0F;/*portA high 4 bits reserved,low 4 bits are 1111*/
while((PINA&0xF0)!=0xF0)
{};
/*read portA,if portA high 4 bits are not 1111,key pressed,
if key pressed,we must wait,wait for key released*/
return((~sccode)+(~recode));/*return row+column*/
}
else
{
sccode=(sccode<<1)|0x01;
/*scan code left shift 1 bit, add 1 to right,11111101*/
}
}