【正文】 3 ATmega128芯片介紹 23 ATmega128內(nèi)部結(jié)構(gòu) 25 ATmega128系統(tǒng)電路設(shè)計 27 28 12864液晶硬件電路設(shè)計 28 A/D和D/A硬件電路設(shè)計 30 TLC2543串行A/D轉(zhuǎn)換模塊 30 12位串行D/A轉(zhuǎn)換器TLV5638應用實例 31 343． 系統(tǒng)軟件設(shè)計 35 單片機程序設(shè)計 35 WinNWT4 設(shè)置與操作 36 36 3測試和總結(jié) 39 硬件調(diào)試 39 軟件調(diào)試 39 軟件硬件聯(lián)調(diào) 40 系統(tǒng)測試 40 40 405 總結(jié) 42謝辭 43參考文獻 44附錄一 系統(tǒng)元件清單 45附錄二程序清單 46iv序言國外在等離子體天線研究上較多的是美國、澳大利亞。在研究內(nèi)容上，、等離子體參數(shù)的測量、控制系統(tǒng)等；、信號幅度噪聲幅度測量等實驗；、天線理論，進行了天線參數(shù)測量等。等離子體天線是指利用等離子體單元代替金屬導體作為天線導電媒介的無線電天線。氣體的種類、壓強以及激勵信號的功率和頻率等與等離子體頻率w有關(guān)。根據(jù)設(shè)計好的等離子天線，構(gòu)造天線測量系統(tǒng)，探討等離子激勵源的頻率及功率的變化對天線長度、效率等特性的影響，是本項目的目的之二。等離子天線可具有動態(tài)重構(gòu)的特性，如帶寬、頻率、增益和指向性。等離子體天線很好的降低沖擊激勵效應，從而提高了短脈沖雷達的性能。因此對射頻激勵等離子體天線的激勵源進行研制，特別是對該激勵源的控制部分，還可以包括對天線參數(shù)的動態(tài)調(diào)整、自動測量進行控制顯得非常重要和有意義。 系統(tǒng)方案論證與比較本題目的要求是設(shè)計一個正弦射頻信號發(fā)生器，并且能夠大功率輸出同時實現(xiàn)頻率和功率可控。利用成熟的三點式晶體管振蕩電路，可以通過改變電阻，電感，電容元件的參數(shù)，來改變正弦振蕩的頻率。方案二：利用壓控振蕩器VCO產(chǎn)生振蕩信號。由于VCO的頻率穩(wěn)定度和頻率精度太低，無法滿足本題目中對穩(wěn)定度和頻率精度的要求，故放棄這種方案。如果只用一個鎖相環(huán)，頻率范圍覆蓋不了400MHz500MHz的變化范圍。壓控振蕩器VCO 鎖相環(huán)框圖低通濾波器LPF鑒 相PD參考振蕩器f0方案四：直接數(shù)字合成法（DDS）。而且，電路相對簡單易行。近年來，可編程器件發(fā)展很快，在很多方面都得到了廣泛的應用?，F(xiàn)場可編程門陣列FPGA（Field Programmable Gate Array） 是新一代的可編程器件，但是需要外部的配置芯片，否則斷電后，保存在RAM中的程序會丟失?？梢杂脜R編或者C語言進行開發(fā)。方案三：采取ADuC841芯片作為主控ADuC841是美國模擬器件公司（ADI）生產(chǎn)的內(nèi)嵌MCU的高性能、多通道12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片，它具有體積小、功耗低等諸多特點。方案四：采用AVR單片機ATmega128作為主控制器。在本系統(tǒng)中主控需要完成鍵盤掃描、液晶顯示、兩塊D/A和一塊A/D的工作，任務比較多。LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。與線性電源相比，PWM開關(guān)電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現(xiàn)的。最后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓。常用于小功率發(fā)射機的發(fā)射管，效率大于50%。常用于大功率發(fā)射機、射頻功放等。通過按鍵將頻率和功率值輸入到單片機，單片機再通過TLV5638 D/A模塊分別控制壓控振蕩器產(chǎn)生信號的頻率和VGA壓控放大器ADL5330的放大倍數(shù)。②。DDS系統(tǒng)的核心是相位累加器，它由一個加法器和一個位相位寄存器組成，每來一個時鐘，相位寄存器以步長增加，相位寄存器的輸出與相位控制字相加，然后輸入到正弦查詢表地址上。輸出正弦波周期為 （23）頻率控制字與輸出信號頻率和參考時鐘頻率之間的關(guān)系為： （24）其中N是相位累加器的字長。AD9858是AD公司于2003年推出的一款高性能DDS芯片，其工作頻率高達1GHz，內(nèi)置一個10位DAC，雜散性能指標更高于以前的產(chǎn)品。該器件內(nèi)置一個集成式電荷泵（CP）和相位頻率檢波器（PFD），適合同時要求高速DDS與鎖相環(huán)功能的頻率合成應用。C至+85176。AD9858是具有32位的相位累加器，本系統(tǒng)所用的外部振蕩源是50MHz的晶振。時鐘信號由晶振產(chǎn)生，它的頻穩(wěn)度優(yōu)于106。所以說DDS可達到很高的頻率分辨率。所以存在著以采樣頻率為折疊頻率的一系列鏡像頻率分量。通過提高時鐘頻率或采用插值的方法增加每個周期中的點數(shù)（過采樣），可以減少這些雜波分量。D/A后面的低通濾波器可以濾去鏡像頻率分量和諧波分量，可以濾去帶外的高頻雜散分量，但是，無法濾去落在低通帶內(nèi)的雜散分量。同時也具有很低的固有輸出噪聲（?150 dBm /Hz 900MHz）。 ADL5330的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ADL5330頻率增益曲線圖，頻率f=500MHz，可得，l 當VGain= ，Gain=32dB；l 當VGain= ，Gain=24dB；l 當VGain= ，Gain=14dB；l 當VGain= ，Gain=4dB；l 當VGain= ，Gain=6dB；l 當VGain= ，Gain=16dB；l 當VGain= ，Gain=22dB。電路中CCCCCCC1C1C1C15是去耦電容，減少電源中的交流成分經(jīng)電源流入放大器產(chǎn)生的影響。前三級和壓控放大器一起為最后一級提供驅(qū)動，最后一級為主要功放級。一般末級功率放大器在要求高效率的情況下，很難獲得所要求的高增益。(1) 直流偏置電路的設(shè)計在器件的技術(shù)參數(shù)中，半導體廠家通常會給出放大器的直流工作電壓和電流。本功放采取先對直流供電并聯(lián)不同值的濾波電容用以濾除供電電壓中不同頻率的紋波，再通過射頻扼流圈把直流電壓饋入大器。主要應用于超高頻低噪聲功率管主要應用于VHJF，UHF，CATV高頻寬帶低噪聲放大器。單電源供電和無條件穩(wěn)定內(nèi)部匹配裝置的結(jié)合，使同時完美適用于窄帶和寬帶。 AH101的封裝和引腳功能 AH101的電學參數(shù)，減小在1dB范圍以內(nèi)。首先在Multisim中找到所有需要元器件并設(shè)置好參數(shù)，然后按照原理圖連接好電路，按要求放置電源和地及所需的儀器，并在輸入輸出放置探針，便于觀測參數(shù)。（3）輸出波形光滑無毛刺，可見該電路的噪聲系數(shù)很小。在200MHz~1GHz的范圍內(nèi)電路的相移固定為180度。由表可見VDSS額定值可達30V，直流電壓的額定值高達4A，額定功率更是高達48W，從而保證了我們射頻大功率的要求。、輸出15W、+。CC5為電位器R13消抖。RR1R12構(gòu)成輸入的電阻匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)最大功率傳輸。小電感電容LCC3構(gòu)成LC網(wǎng)絡(luò)大大提高功放的高頻特性，C3同時充當輸出耦合電容。此外，對電路進行了大面積的雙面覆地并規(guī)律的加了很多過孔，減小了經(jīng)地線的串擾。在直流等效電路中，把所有電容都看成開路，所有電感都看成短路，只保留電阻和晶體管。，由幅頻特性曲線可以看出電路在450MHz時增益最大，往兩邊逐漸下降使電路的帶寬為100MHz。因此可以看出柵極電流幾乎為零，功放的功率為19,04W。引導程序可以使用任何接口來下載應用程序到應用Flash存儲器。端口（PA7..PA0）、（PB7..PB0）、（PC7..PC0）、（PD7..PD0）、（PE7..PE0）、（PF7..PF0）、（PG4..PA0）：為8 位雙向I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。這些端口在其他情況下有特殊功能，在此不一一列舉。XTAL2：反向振蕩器放大器的輸出。PEN：PEN是SPI串行下載的使能引腳。（1）CPU內(nèi)核ATmega128單片機采用了Harvard結(jié)構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和程序總線，程序存儲器的指令通過一級流水線運行。ATmega128 還可以訪問直到64K的外部數(shù)據(jù)SRAM，其起始緊跟在內(nèi)部SRAM之后。ATmega128 的所有I/O 和外設(shè)都被放置在I/O 空間。I/O時鐘： I/O時鐘用于主要的I/O 模塊，如定時器/ 計數(shù)器、SPI 和USART。Flash時鐘：Flash時鐘控制Flash接口的操作。這樣可以在ADC工作的時候停止CPU和I/O時鐘以降低數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲，從而提高ADC 轉(zhuǎn)換精度。外部復位： 當復位引腳上的低電平持續(xù)時間大于最小脈沖寬度時MCU 復位。（4）I/O端口所有AVR I/O端口都具有真正的讀修改寫功能。晶振采用16MHz和8MHz兩種模式，可以根據(jù)跳線的接法設(shè)置不同的晶振源，在本系統(tǒng)設(shè)計中晶振采用8MHz。 ATmega128復位電路 在本系統(tǒng)中需要顯示模塊，采用FYD 12864液晶來顯示?？梢燥@示8x4行16x16點陣的漢字，也可以完成圖形顯示。第5腳（R/W）為數(shù)據(jù)的讀寫控制端，當R/W為高時數(shù)據(jù)被讀到數(shù)據(jù)端口，當R/W為低時數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)端口。第17腳為驅(qū)動電壓輸出端，在本系統(tǒng)中不需要用到，故懸空。如此就為共同使用串行數(shù)據(jù)總線的其他芯片讓出了總線使用權(quán)。l 從DATA IN引腳在輸入一個可編程8位數(shù)據(jù)DDDD4這四位可編程AIN0至AIN10這10個A/D通道，數(shù)據(jù)變化為0000~1010，可以讓A/D輸入通道不斷的循環(huán)工作，如果不需要用到那么多通道，只要把程序中循環(huán)的終止值減少到所需的通道值即可。D0位是轉(zhuǎn)換結(jié)果單/雙極性表示選擇位，當D0=0，則轉(zhuǎn)換結(jié)果用單極性表示，當D0=1，則轉(zhuǎn)換結(jié)果為雙極性（即補碼形式）表示。TLV5638輸出經(jīng)過兩個緩沖器，DAC的可編程建立時間使得設(shè)計人員能夠優(yōu)化速度與功耗分配的關(guān)系。 TLV5638的引腳配置（4）TLV5638的引腳功能說明：① DIN：串行數(shù)據(jù)輸入② SCLK：串行接口時鐘輸入③ /CS：片選信號輸入，低電平有效④ OUTA：A通道模擬電壓輸出⑤ AGND：模擬地⑥ REF：模擬電壓參考輸入/輸出⑦ OUTB：B通道模擬電壓輸出⑧ VDD：供電電源（～）（5）功能性說明:TLV5638輸入數(shù)據(jù)字長為16位，由兩部分組成，其中，D15～D12為命令位，D11～D0為12位數(shù)據(jù)。 寫數(shù)據(jù)到控制寄存器時，16位數(shù)據(jù)字中的后12位格式D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1XXXXXXXXXXREF1REF0其中，REF1與REF0組合在一起，用來選擇參考源。 時序圖中個延遲時間對照表符號名稱最小值典型值最大值單位tSU（CSCK）建立時間，從CS有效到SCLK的第一個下降沿的時間10nstSU（C16CS）建立時間，從SCLK的第16個下降沿到CS為高的時間的時間10nstWHSCLK一個周期的高電平時間25nstWLSCLK一個周期的低電平時間25nstSU（D）建立時間，數(shù)據(jù)有效到SCLK下降沿的時間10nstH（D）保持時間，SCLK下降沿到數(shù)據(jù)無效的時間5ns3． 系統(tǒng)軟件設(shè)計單片機部分采用軟件編程工具采用ICCAVR和KEIL3，使用C語言編程，程序設(shè)計方便，可移植性強。 開始Key2是否按下？是是否否Key1是否按下？接收AD數(shù)據(jù)并顯示 程序流程圖 WinNWT4 設(shè)置與操作（1）軟件安裝先安裝主軟件，再安裝更新。安裝USB芯片的驅(qū)動。選擇正確后，如果連機成功，會出現(xiàn)硬件的固件版本。在焊接的候，一定要注意放大器底部的散熱片與PCB板的散熱片充分接觸好。然后，采用惠普公司HP8594E測量放大器的二次諧波分量。為了防止頻譜儀的損壞，測試時頻譜儀的輸入端需加一個衰減器，衰減值應保證大于放大器額定輸出功率與頻譜儀最大輸入功率的差值，本設(shè)計使用了一個24 dB的衰減器。首先看有無放大作用，再看波形有沒有失真，有無自激現(xiàn)象，最后看放大倍數(shù)是否為設(shè)計值。單片機程序采取分塊調(diào)試的方法，先測試液晶顯示模塊程序，把12864模塊連接好后，在程序中直接寫入要顯示的字，看能否正常顯示；再DA轉(zhuǎn)換程序，連接DA后給DA要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)測輸出端的電壓值是否為設(shè)定值，再適當調(diào)整參數(shù)設(shè)置保證正常工作；最后測AD轉(zhuǎn)換部分程序，AD連接后在DA輸入一定值直流電壓，看液晶顯示的電壓值是不是輸入的電壓值。再觀察各模塊是否工作正常，完善匹配網(wǎng)絡(luò)，適當微調(diào)程序參數(shù)減小系統(tǒng)誤差。~，基本滿足了設(shè)計要有。在設(shè)計與制作過程中雖遇到了零零總總的許多問題，糾結(jié)于心讓人感到灰心喪氣，但每每在困難來臨的時候越要鼓足勇氣去面對，去思考。同時也做了大量的電路仿真和程序編寫調(diào)試。整體上完成了設(shè)計目標。同時感謝你為我提供的良好環(huán)境，綠樹成蔭讓我忘卻了一天學習的煩惱與勞累，走在樹蔭下畫叢旁總會讓我心情無比的舒暢。感謝你們對我的寬容與愛護，對我的教導與扶持。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我尤其要感謝李圣老師，從最初選題，到資料的查找，方案的選定，論文的修改，都給了我很大的幫助。沒有他的幫助，我的畢業(yè)設(shè)計的實物制作可能不會有現(xiàn)在的成果。感謝所有人，我的大學生活正因為有了你們，才會如此多姿多彩，由心的謝謝你