【正文】 Programmable Serial UART Channel 2 Kbytes of Reprogrammable Flash MemoryEndurance: 1,000 Write/Erase Cycles在對 AD9854 進行頻率控制的時候，首先送入工作模式控制字和模塊使能控制字，然后將 48 位的頻率控制字送入 AD9854 的 6 個頻率控制寄存器單元中，再用 Update Clock 信號的上升沿將頻率控制字送入相位累加器中，使 AD9854 輸出調(diào)整參數(shù)后的信號，對 AD9854 輸出信號的幅度、相位的控制也是相似的過程，這些控制字的寫入都通過并行編程的方式寫入 AD9854。 對于雜散信號很大又離主頻很近的點，如靠近 fc / fc / fc/5.……的頻點，在實際中是很難去除的，要盡量避免輸出這些點。大多數(shù)線性調(diào)頻系統(tǒng)采用線性 FM掃頻模式，但 AD9854 支持非線性模式。在進入此模式前，CLR ACC1 位要可靠復(fù)位，確保頻率累加器全部輸出 0 以確保 AD9854 安全，進入模式后，在 F1 和 F2 中寫入目標(biāo)頻率（F1中寫入最低頻率），然后設(shè)置 48 位的頻率變化增量控制字（DFWDelta Frequency Word，一般來說，DFW 值遠(yuǎn)小于 F1 和 F2 的值）和 20 位的斜率時鐘控制字（RRCRamp Rate Clock）來控制頻率變化增量和每個中間頻率的斜率時鐘，用 29 腳選擇開始頻率（邏輯低時選擇 F1，邏輯高時選擇 F2），激發(fā)UPDATE CLOCK 實現(xiàn)正常運行，當(dāng) 29 腳電平變化時，頻率線性增加或減?。寒?dāng) 29 腳從低到高時，頻率線性增加，反之線性降低。其中，首先要確定的是 AD9854 的工作方式，AD9854 有五種可編程的工作模式：SINGLETONE（單頻模式），UNRAMPED FSK（頻移鍵控），RAMPED FSK（漸變頻移鍵控），CHIRP（線性調(diào)頻），BPSK（二進制相移鍵控）。經(jīng)這樣整流和濾波后的輸出電壓，還具有一定脈動的交流成分，但考慮到 PA85 的電源電壓抑制比高達 120 dB，電源電壓的微小變化對輸出電壓幾乎沒有影響，所以用這個簡單的濾波電路即可滿足要求，而不必設(shè)計復(fù)雜的電路來消除這里的交流紋波。225V max，負(fù)載電流 IL = 200mA max，根據(jù)這個條件，可求得各個參數(shù)。外接的管子類型應(yīng)當(dāng)選擇快速恢復(fù)二極管。相位補償不僅能提高運放的穩(wěn)定性，還能擴展帶寬。為了保證電源電壓穩(wěn)定，每一個電源管腳都應(yīng)該用一低頻旁路的鉭電容，以輸出10uF/A 的對地旁路，另外，一個高頻旁路的 到 1uF 的磁片電容應(yīng)并聯(lián)在低頻旁路的電容上，且應(yīng)盡可能靠近電源管腳（1/4 英寸最好），大的鉭電容的距離也應(yīng)在幾英寸以內(nèi)。第二級為功率放大，用 OP37 作為前置放大器補償 PA85 的失調(diào)電壓，同時起到前置放大的作用，將電壓升到177。 首先導(dǎo)入第一步完成的設(shè)計模型。 所示。圖 顯示的是一路 AD9854 電路原理圖。FSK/BPSK/HOLD 引腳在不同模式下有不同功能。I/0 UD CLK為雙向頻率更新信號線，由控制寄存器設(shè)定其輸入輸出方向，作為輸入時，在時鐘的上升沿將I/O緩存器數(shù)據(jù)傳送到程序寄存器；作為輸出時，如果輸出8個系統(tǒng)時鐘周期的脈沖（低到高），表明內(nèi)部頻率已經(jīng)更新。在整個采樣電路下應(yīng)大面積鋪銅接地，以降低可能受到的電磁干擾，同時也可降低對其它電路的干擾。幅值精度可達 ；④ 功能強大，具有FM、AM、PM、FSK、PSK、BPSK、CHIRP等信號調(diào)制功能；⑤ 信號更新速度快且相位連續(xù)。在 UD CLK、WR 管腳分別接了一個發(fā)光二極管，目的是在數(shù)據(jù)更新和寫入數(shù)據(jù)時能夠有一個視覺體驗，便于以后調(diào)試和實驗。 晶振，通過電容補償，單片機的機器周期能很好的保持為lus，便于程序的編寫調(diào)試，電源則由三端穩(wěn)壓電源芯片 ，將5V輸入電壓穩(wěn)壓至 [16]。圖 功率放大電路原理圖 前置放大器型號選擇因為信號頻率比較高，所以前置放大器不僅要求輸入失調(diào)電壓小，而且轉(zhuǎn)換速度要能夠達到信號放大要求。而且放大器集運算放大電路、功率放大電路、保護電路于一體，使電路集成度大大提高，減小了體積，提高了電路的可靠性[18]。15V，最高可達幾十伏，允許輸出的電壓值比電源值略低，而電機需要的驅(qū)動信號為電壓峰峰值高達 400V 的高壓信號，所以普通的功放電路在電壓方面不能滿足要求，通常的做法有兩種，一是采用高電流輸出運放（如 OPA541），在電路后面加變壓器來升高電壓[12]；一是在電路后面加額外的高壓增益級來實現(xiàn)。相對于MAXIM公司豐富的產(chǎn)品線而言，BurrBrown 公司可供選擇的范圍比較窄，頻率范圍也比較有限，比較常見的型號為 UAF42 等，表 列舉了這幾種器件的主要參數(shù)。此外，截止特性也不好。在對衰減特性要求較高，且相位要求不嚴(yán)的情況下，可以選取切比雪夫濾波器。無源濾波器：僅由無源元件（R、L和C）組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率變化而變化的原理構(gòu)成的。 濾波電路方案選擇AD9854產(chǎn)生的信號直接由器件內(nèi)部的正余弦DAC輸出，內(nèi)部不含濾波器，其輸出信號含有大量的高頻噪聲，該噪聲可以分為兩類：一類為DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換所帶來的階梯波分量及其高次諧波；另一類為AD9854內(nèi)部系統(tǒng)時鐘及其高次諧波，故信號輸出端口需外接濾波器抑制噪聲干擾，要求濾波器的衰減特性要陡直，延遲時間要短。 DDS器件的選擇 由緒論列舉的幾種驅(qū)動方案以及各自的優(yōu)缺點，再根據(jù)我們系統(tǒng)提出的具體要求來選擇方案，選擇基于 DDS 技術(shù)的驅(qū)動方案作為我們的最終方案。目前，用DDS方法產(chǎn)生正弦波、方波、三角波信號以及其他復(fù)雜波形信號的技術(shù)逐漸得到重視，AD公司、Qualrn公司和Stanford公司一系列優(yōu)良的 DDS器件不斷出現(xiàn)。以下比較詳細(xì)的介紹系統(tǒng)主要部分的方案選定過程。在本設(shè)計中選用了ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89LS52 單片機， CMOS 電平，可以同AD9854直接相連，不用再設(shè)計電平轉(zhuǎn)換電路，降低了硬件電路的復(fù)雜度。為了實現(xiàn)超聲波電機快 速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的控制，系統(tǒng)應(yīng)選擇合適的反饋信號和控制信號，并設(shè)計 相關(guān)的控制算法。將直接數(shù)字頻率合成器作為信號發(fā)生單元，可以方便地實現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)壓，使電機運轉(zhuǎn)在最佳狀態(tài)[10]。當(dāng)產(chǎn)品要求體積小、重量輕（如照相機、便攜設(shè)備等）時，使用變壓器的超聲波電機驅(qū)動裝置幾乎是不可能的。與普通電機不同的是：超聲波電機屬于容性負(fù)載，具有強烈的非線性特征，而且目前還沒有沒有適合于控制的數(shù)學(xué)模型[9]，這就決定了其驅(qū)動控制器的設(shè)計有別于普通電磁型電機感性負(fù)載的情況。如日本已將超聲波電機廣泛用于照相機鏡頭的自動聚焦系統(tǒng)[5]；三星公司將微型超聲波電機用于手機攝像頭；美國JPL實驗室研制的用于宇宙飛船船體檢測的爬壁機器人驅(qū)動裝置[6]；Akihiro 公司將其用于高檔手表的振動報時；高檔汽車中應(yīng)更加廣泛：座椅調(diào)整、方向盤位置調(diào)整、后視鏡角度調(diào)整、以及應(yīng)用于門窗、雨刮器、剎車傳動裝置等；此外辦公設(shè)備、家電和 PC 機、平板振子輸送紙機構(gòu)、XY 繪圖儀、直角坐標(biāo)自動定位裝置等也有所應(yīng)用，體現(xiàn)了超聲波電機廣闊的應(yīng)用前景[7]。可以說，超聲波電機技術(shù)是當(dāng)今世界極有發(fā)展前途的技術(shù)之一 。調(diào)幅調(diào)速調(diào)節(jié)范圍有限，電壓過低壓電元件會不起振，過高又會接近壓電元件的工作極限，較高的電壓對應(yīng)用面也有限制，一般不太采用。頻率跟蹤電路測得電機的電壓信號來判斷電機的是否工作在諧振頻率點上，以此來調(diào)整高頻信號發(fā)生器的輸出信號。工作過程如下：控制器控制DDS信號發(fā)生單元產(chǎn)生兩路獨立的正弦信號，兩路信號間的相位差可以在0176。它包含了三階LCC型和LLC型逆變器的優(yōu)點，所以運用LLCC型兩相高頻電壓逆變器驅(qū)動超聲波電動機，將會使電動機的工作性能更加優(yōu)良。在單片機選型中一個比較重要的問題，就是單片機同AD9854的電平匹配問題。直接反饋一般是在電機軸上安裝測速裝置，如光電編碼器，直接測出電機轉(zhuǎn)速信息反饋給單片機，測量精確，有成熟的信號處理電路。 DDS 技術(shù)概述 DDS或DDFS是Direct Digital Frequency Synthesis的簡稱，這個概念在1971 年由J. Tierney 和C. M. Tader等人在“A Digital Frequency Synthesis”一文種首次提出的[12]，被視為繼直接合成，鎖相頻率合成技術(shù)之后的第三代頻率合成技術(shù)[13]，它突破了前兩種頻率合成方法的局限性，從“相位”的概念出發(fā)進行頻率合成，這種方法不僅可以產(chǎn)生不同頻率的正弦波，而且可以控制波形的初始相位。～360176。綜合考慮以上各種因素，我們選擇專用DDS芯片作為系統(tǒng)波形產(chǎn)生方法。（1）按所處理的信號類型分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種。最大的優(yōu)點是最易于設(shè)計，因為這種濾波器通帶阻帶內(nèi)特性最為平坦，截止特性和相位特性都不錯，對構(gòu)成濾波器的器件要求也不嚴(yán)格，易于得到符合設(shè)計值的特性，故設(shè)計之初不知道哪種好時，一般選用巴特沃思。高斯濾波器通帶內(nèi)的相位是等波紋變化的，用于決定頻譜分析儀帶寬的濾波器中。通用濾波器是單片集成結(jié)構(gòu)，高頻工作時基本不受雜散電容的影響；對電阻誤差也不敏感[17]。這個比率很大，故在設(shè)計時采用了兩級放大電路，第一級放大20倍，使用運算放大器把電壓升高到177。PA 系列高壓功率放大器有很寬的電源電壓范圍（14V~1200V），具有低漂移、低噪聲特性，高轉(zhuǎn)換率等特點。同時，前置放大器也能承擔(dān)一部分信號放大任務(wù)，因為一般集成運放的輸出電壓不超過177。 AT89LS52 外圍電路設(shè)計 AT89LS52是一種低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。 AT89LS52 的主要外圍電路如圖 所示，包括電源電路，復(fù)位電路、晶振電路和ISP 接口，構(gòu)成一個單片機的最小系統(tǒng)。圖 串行通信電路 AD9854 外圍電路設(shè)計 AD9854 功能強大，其主要特點如下[17]：① 輸出頻率高。本設(shè)計采用了Motorola公司的低壓差分接收芯片MC100LVEL16。用戶提供更新時鐘，易使編程與更新時鐘同步，可以防止因數(shù)據(jù)建立和保持時間的原因而出現(xiàn)的編程信息傳輸錯亂。RSET = …………………………………………………………（31） 電阻的調(diào)節(jié)范圍為8kΩ（IOUT=5mA）~ 2KΩ（IOUT=20mA），典型值為3. 9KΩ，AD9854 的輸出電流限制在10mA，此時AD9854有最好的SFDR性能[16]。在本設(shè)計中， 三端穩(wěn)壓芯片為AD9854 分別提供數(shù)字3. 3V電源和模擬3. 3V電源，該芯片將5V系統(tǒng)輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?. 3V，最大提供800mA 的電流滿足AD9854 的要求。1%； （4）中心頻率的溫度系數(shù)（ΔFO /ΔT）為28ppm /℃； （5）工作電壓為+ 5V 或177。分別輸入濾波器的各項設(shè)計指標(biāo)，完成初步設(shè)計。 顯示電阻均采用 E24 系列后的阻值。系統(tǒng)要輸出177。 （2） 電流限制電流限制最主要的功能是使放大器工作在安全工作區(qū)（SOA）內(nèi)。實際應(yīng)用中，高耐壓 NPO 電容不易買到，故實際使用的是耐壓 3KV的磁片電容。 綜合以上分析，設(shè)計的一路功率放大電路原理圖如圖 所示。由此得濾波電容：C==電容承受的最高電壓：VCM=V2=233V根據(jù)這兩個參數(shù)，我們選用了標(biāo)稱值為 47uF/400V 的電解電容器。圖 系統(tǒng)軟件主流程圖 波形產(chǎn)生軟件設(shè)計 波形產(chǎn)生軟件設(shè)計主要是指對 AD9854 的控制。FSK 輸入端（第 29 引腳）為邏輯”0”時，選擇 F1，為邏輯“1”時，選擇 F2。 此外還有幾個其他特殊功能：Triangle、CLR ACC1 和 CLR ACC2。 （5）BPSK 模式：又稱二進制、雙相或雙極性的相移鍵控，是一種在兩個預(yù)先編程的 14 位相位偏置寄存器之間快速選擇的方法，它將影響 AD9854 的 I/Q 輸出。 （3）I/O Update 信號的設(shè)置，一定要注意每個Update 脈沖信號之間間隔的時間長度，如果時間間隔太短，容易造成只有部分程序被寫入，而導(dǎo)致程序運行的混亂。按照公式 23 和41 可得K1=72B020C49B hex，K2=147AE147AE1 hex，ΔF=346DC5D63 hex，N=30D3F hex，其編程步驟如下：（1） 初始化，設(shè)置AD9854工作模式和使能模塊； （2）將初始頻率控制字 K1，K2 寫入 FF2 中； （3）將頻率步進量寫入48 位 DFW 中；（4）將時間步進量寫入20 位 RRC 中； （5）更新脈沖刷新數(shù)據(jù)。 15 Programmable I/O Lines Low Power Idle and Power Down Modes DescriptionThe AT89C2051 is a lowvoltage, highperformance CMOS 8bit microputer with 2 Kbytes of Flash programmable and erasable read only memory (PEROM). The device is manufactured using Atmel’s high density nonvolatile memory technology and is patible with the industry standard MCS51 instruction set and pinout. By bining a versatile 8bit CPU with Flash on a monolithic chip, the Atmel AT89C2051 is a powerful microputer which provides a highly flexible and cost effective solution