【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輸入輸出端口是系統(tǒng)與其它設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口。SPCE061A具有兩個(gè)可編程輸入輸出端口：A口和B口。A口既是具有可編程喚醒功能的普通I/O口，又可與ADC的多路LINE_IN輸入共用(IOA[6~0]與LINE_IN[1~7]共用；B口除了具有普通I/O口的功能外，在特定的管腳上還可以完成一些特殊的功能。 盡管數(shù)據(jù)能通過(guò)數(shù)據(jù)端口P_IOX_Data和數(shù)據(jù)緩沖器端口P_IOX_Buffer寫入相同的數(shù)據(jù)寄存器，但從這兩個(gè)端口讀出的數(shù)據(jù)卻來(lái)自不同的位置；從后者讀出的仍是數(shù)據(jù)寄存器里的數(shù)據(jù)，而從前者讀出的是I/O管腳上的電平狀態(tài)。IOA[7~0]口為鍵喚醒源，通過(guò)讀P_IOA_Latch單元來(lái)鎖存IOA[7~0]端口的電平狀態(tài)，從而可激活其喚醒功能。當(dāng)IOA[7~0]口的狀態(tài)和鎖存時(shí)的狀態(tài)不一致時(shí)，會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)由節(jié)電的睡眠工作模式切換到喚醒模式。 (7)SPCE061A定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：SPCE061A提供了兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：TimerA和TimerB。TimerA為通用計(jì)數(shù)器；TimerB為多功能計(jì)數(shù)器。TimerA的時(shí)鐘源由時(shí)鐘源A和時(shí)鐘源B進(jìn)行“與”操作而形成；TimerB的時(shí)鐘源僅為時(shí)鐘源A。定時(shí)器發(fā)生溢出后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溢出信號(hào)(TAOUT/TBOUT)。一方面，它會(huì)作為定時(shí)器中斷信號(hào)傳輸給CPU中斷系統(tǒng)；另一方面，它又會(huì)作為4位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的時(shí)鐘源信號(hào)，輸出一個(gè)具有4位可調(diào)的脈寬調(diào)制占空比輸出信號(hào)APWMO或BPWMO(分別從IOB8 和IOB9輸出)，用來(lái)控制馬達(dá)或其它一些設(shè)備的速度。此外，定時(shí)器溢出信號(hào)還可以用于觸發(fā)ADC輸入的自動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程和DAC輸出的數(shù)據(jù)鎖存。 向定時(shí)器的P_TimerA_Data(讀/寫)($700AH)單元或P_TimerB_Data(讀/寫)($700CH)單元寫入一個(gè)計(jì)數(shù)值N后，選擇一個(gè)合適的時(shí)鐘源，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器將在所選的時(shí)鐘頻率下開(kāi)始以遞增方式計(jì)數(shù)N，N+1，N+2，…0xFFFE，0xFFFF。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到0xFFFF后，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)，被CPU響應(yīng)后送入中斷控制器進(jìn)行處理。同時(shí)，N值將被重新載入定時(shí)器/計(jì)數(shù)器并重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。 在TimerA內(nèi)，時(shí)鐘源A是一個(gè)高頻時(shí)鐘源，時(shí)鐘源B是一個(gè)低頻時(shí)鐘源。時(shí)鐘源A和時(shí)鐘源B的組合，為TimerA提供出多種計(jì)數(shù)速度。若以ClkA作為門控信號(hào)，‘1’表示允許時(shí)鐘源B信號(hào)通過(guò)，而‘0’則表示禁止時(shí)鐘源B信號(hào)通過(guò)而停止TimerA的計(jì)數(shù)。例如，如果時(shí)鐘源A為“1”，TimerA時(shí)鐘頻率將取決于時(shí)鐘源B；如果時(shí)鐘源A為“0”，將停止TimerA的計(jì)數(shù)。EXT1和EXT2為外部時(shí)鐘源。 (8) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)模轉(zhuǎn)換器SPCE061A有8個(gè)10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器通道，其中7個(gè)通道用于將模擬量信號(hào) (例如電壓信號(hào)) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào), 可以直接通過(guò)引線(IOA[0~6])輸入。另外有一個(gè)通道只作為語(yǔ)音輸入通道，通過(guò)內(nèi)置有自動(dòng)增益控制放大器的麥克風(fēng)通道(MIC_IN)輸入。實(shí)際上可以把ADC看作是一個(gè)實(shí)現(xiàn)模/數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換的編碼器。 (9)掃頻發(fā)生器工作原理：。該信號(hào)發(fā)生器采用SPCE06lA芯片作為系統(tǒng)的CPU，配以少量的外圍接口芯片，構(gòu)成單片機(jī)的最小控制系統(tǒng)。人機(jī)對(duì)話部分用A口組成鍵盤及數(shù)碼管顯示(圖中略去未畫)；信號(hào)輸出部分用SPCE06lA提供的2個(gè)10位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，即DACl和DAC2，以及外部運(yùn)放電路組成。 掃頻信號(hào)發(fā)生器電路原理圖信號(hào)生成過(guò)程如下：將生成信號(hào)的數(shù)據(jù)寫入DAC1后，數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量經(jīng)DAC1引線端輸出，輸出電流加在電阻R9上形成信號(hào)電壓，信號(hào)電壓經(jīng)運(yùn)放U2A組成的跟隨器輸入數(shù)字電位器DP1(MAX5400)的高端，數(shù)字電位器DP1將分壓后信號(hào)輸入由運(yùn)放U2C組成的跟隨器后輸入由運(yùn)放U2D組成的運(yùn)算放大器放大后輸出。由于單片機(jī)的DAC只能輸出電流，在電阻R9上形成的信號(hào)電壓始終≥0，要輸出正反相信號(hào)需調(diào)整信號(hào)信號(hào)的電平，為此，利用DAC2輸出電流加在電阻R8上形成偏置電壓，經(jīng)由運(yùn)放U2A組成的反相器形成負(fù)偏置電壓(Vr)后，加在輸出放大器U2D輸入端，達(dá)到調(diào)整輸出信號(hào)電平的目的。 電源保護(hù)模塊由于本系統(tǒng)各模塊對(duì)電源的要求不一致，若各種電源值都由外部分別提供，則電源接口會(huì)顯得很復(fù)雜，所以在電源設(shè)計(jì)上，本方案使用了穩(wěn)壓三極管。外部只提供正負(fù)16伏的電源，+15V用7815分壓得到； 15V用7915分壓得到；+5V用7805分壓得到； 5V用7905分壓得到。另外，為了防止用戶誤將電源反接而損毀系統(tǒng)內(nèi)部芯片，我們?cè)陔娫吹娜肟诮恿艘粋€(gè)二極管，負(fù)極接正電源，正極接負(fù)電源，若電源反接，保證了整個(gè)電路安全。 電源分壓及保護(hù)電路3 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)軟件的可測(cè)試性有兩個(gè)方面的含義:其一是較容易準(zhǔn)確制定出測(cè)試結(jié)果，并根據(jù)對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試；其二是軟件設(shè)計(jì)工作完成之后，首先在模擬環(huán)境下運(yùn)行，經(jīng)過(guò)靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析仿真運(yùn)行，證明準(zhǔn)確無(wú)誤后才可以投入實(shí)際使用。它是系統(tǒng)軟件最為重要的指標(biāo)之一，該要求有兩層意義：第一是運(yùn)行參數(shù)環(huán)境改變時(shí)，軟件能可靠地運(yùn)行并能給出正確的結(jié)果，即要求軟件具有自適應(yīng)性；第二是在環(huán)境惡劣、干擾嚴(yán)重的情況下，軟件必須保證系統(tǒng)能可靠的運(yùn)行，這對(duì)系統(tǒng)的整體可靠運(yùn)行尤其的重要。這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有重要的意義，對(duì)頻譜分析儀而言就更具有實(shí)際的意義，其結(jié)果的準(zhǔn)確程度是直接關(guān)系到用戶的切身利益。因此，在算法選擇上和位數(shù)選擇方面滿足實(shí)際要求、運(yùn)算結(jié)果要符合國(guó)家相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)時(shí)性是頻譜分析儀的普遍要求。近年來(lái)，由于硬件的集成度與速度的提高，配合相應(yīng)的軟件，實(shí)時(shí)性容易滿足要求，特別是對(duì)于匯編語(yǔ)言編制的軟件。軟件系統(tǒng)容易閱讀和理解，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤，容易修改和補(bǔ)充。由于生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度的不斷提高，測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員很難在短時(shí)間內(nèi)就對(duì)整個(gè)系統(tǒng)理解無(wú)誤，軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試不可能一次就很順利的完成，有些問(wèn)題是在運(yùn)行的過(guò)程中逐步的暴露出來(lái)的，這樣就要求編制的軟件能夠易于理解和修改，在軟件的設(shè)計(jì)方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是一種最好的設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法是從整體到局部，然后由局部再到細(xì)節(jié)，先考慮整個(gè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，確定整體的目標(biāo)，然后把這個(gè)目標(biāo)分成一個(gè)個(gè)任務(wù)，任務(wù)中又可以分成若干小的任務(wù)，這樣逐層細(xì)分，逐層實(shí)現(xiàn)它的功能，最后完全實(shí)現(xiàn)。 本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，這樣不但使得設(shè)計(jì)的目標(biāo)明確，思路清晰，而且在檢錯(cuò)、調(diào)試時(shí)候也很方便。如果每個(gè)子程序單獨(dú)運(yùn)行正確，那么當(dāng)如積木一樣，把它們聯(lián)合起來(lái)的時(shí)候，只要安排恰當(dāng)，一般來(lái)說(shuō)不會(huì)有什么問(wèn)題，當(dāng)然也不排除個(gè)別問(wèn)題的產(chǎn)生，當(dāng)有問(wèn)題的時(shí)候，可以根據(jù)問(wèn)題的種類和現(xiàn)象來(lái)判斷出是哪一部分出的問(wèn)題，很容易找出故障所在和原因。同時(shí)，采用模塊化程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于系統(tǒng)功能的擴(kuò)充和修改也提供了很大的幫助和方便。 主程序的軟件設(shè)計(jì)在軟件控制上，由于方案要求產(chǎn)生的10KHz頻率步進(jìn)增加，所以對(duì)AD9850頻率調(diào)制字改變也應(yīng)是快速的。AD9850調(diào)制字（Tuning Words）的裝入采用異步串行接口UART，同時(shí)兼顧到單片機(jī)I/O口的分配和對(duì)調(diào)制字裝入速度的要求，為了加快掃頻和掃描速度，將系統(tǒng)時(shí)鐘改成最大值49MHz，以加快掃頻和掃描速度。 另外，由于硬件采集系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到全頻段的穩(wěn)定性，在收集頻譜樣值后我們通過(guò)軟件對(duì)其進(jìn)行一定的校準(zhǔn)處理：根據(jù)固定輸入信號(hào)的幅值，對(duì)全頻段掃描結(jié)果并記錄比較，設(shè)計(jì)校準(zhǔn)曲線，來(lái)達(dá)到良好的穩(wěn)定性，彌補(bǔ)硬件頻率失真帶來(lái)的誤差，提高頻譜測(cè)量?jī)x的精度。軟件還對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)頻譜特性判別是AM、FM或單頻波，計(jì)算調(diào)制深度或調(diào)頻系數(shù)。 主程序流程圖4 系統(tǒng)調(diào)試與指標(biāo)測(cè)試 硬件調(diào)試先對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行獨(dú)立調(diào)試，各個(gè)模塊成功調(diào)試后，將每個(gè)模塊進(jìn)行級(jí)聯(lián)，整體調(diào)試效果。由于被測(cè)信號(hào)是1—30MHZ有效值為20MV的小信號(hào)，為提高測(cè)量精度，先將其放大，然后輸入混頻器。上訴部分為高頻部分，為了避免產(chǎn)生自激，我們將其焊接的比較緊密并且讓其遠(yuǎn)離電源，防止干擾。由于輸入信號(hào)的帶寬非常大，我們利用帶寬增益控制器AD603進(jìn)行固定增益放大。 軟件調(diào)試 測(cè)DDS掃描頻率，觀察10KHZ步進(jìn)的頻率穩(wěn)定性，測(cè)試鍵盤和液顯的操作界面。 軟硬聯(lián)合調(diào)試在此過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)檢波電路對(duì)數(shù)據(jù)的采集有非常大的影響，設(shè)計(jì)中，為了加快掃描速度，我們提高了單片機(jī)的時(shí)鐘，但在DDS掃頻時(shí)由于濾波器電容放電需要一定時(shí)間，所以為了保證掃描精度，必須加入延時(shí)以保證電容放電時(shí)間，使相鄰頻點(diǎn)的值不相互影響。 指標(biāo)測(cè)試 指標(biāo)測(cè)試是很重要的一個(gè)過(guò)程，它決定著整個(gè)系統(tǒng)是否起作用，各個(gè)模塊是否有著很好的連接等重要問(wèn)題。 儀器測(cè)試 ◆Tektronix TDS1012 雙通道數(shù)字示波器 100MHz ◆HT1714C型直流穩(wěn)壓電源 ◆TFG2030 DDS函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 30MHz ◆UT56 Multimeter 數(shù)字萬(wàn)用表 指標(biāo)測(cè)試（1）頻率范圍測(cè)試：　　測(cè)試條件：輸入信號(hào)有效值20mV。頻率范圍測(cè)試輸入頻率fi/MHZ1234567 8 9 10示波器顯示電壓/V測(cè)得輸入信號(hào)有效值/MV21212122202020201920輸入頻率fi/MHZ11121314151617181920示波器顯示電壓/V測(cè)得輸入信號(hào)有效值/MV20191919191920192019輸入頻率fi/MHZ21222324252627282930示波器顯示電壓/V測(cè)得輸入信號(hào)有效值/MV19191919192020191920結(jié)果：最大誤差2MV（2） 幅度精度測(cè)試：(示波器顯示幅值和測(cè)得相應(yīng)頻點(diǎn)幅度有效值)幅度精度測(cè)試輸入幅度有效值Fo=1MHZFo=10MHZFo=20MHZFo=30MHZ15MV3V/15MV20MV4V/20MV4V/20MV25MV5V/25V結(jié)果：在測(cè)量范圍內(nèi)，幅度精度較高,誤差在2mV以內(nèi)。（3）識(shí)別調(diào)幅，調(diào)頻，等幅波測(cè)試： ① 輸入等幅波，可精確掃描到中心頻率點(diǎn)。 ② 輸入調(diào)幅波調(diào)制度為30%，調(diào)制信號(hào)頻率為20KHz,中心頻率Fo=10MHz,載波信號(hào),幅度500mV峰峰值。結(jié)果：三條譜線，中心頻率10MHz。，中間幅度/邊頻幅度約為1/6，可計(jì)算出調(diào)制度為33%。 ③ 輸入調(diào)頻波頻偏為20KHz，調(diào)制信號(hào)頻率為1KHz, 中心頻率2MHz載波信號(hào),幅度600mV峰峰值。結(jié)果：可以看到中心頻率值左右有多條譜線，但幅度不同，可以算出中心頻率2MHz。　　分析：因?yàn)閽哳l是測(cè)量某一瞬態(tài)的頻譜，對(duì)于調(diào)頻波這種變頻信號(hào)，不同瞬態(tài)的頻譜圖不一樣。頻率最大值會(huì)在頻偏范圍內(nèi)擺動(dòng)，且每隔1KHz的頻譜超過(guò)了我們的分辨率，所以我們測(cè)得的調(diào)頻信號(hào)頻譜不是特別理想。但仍然可以根據(jù)譜線分布特征判斷出為調(diào)頻波的中心頻率。結(jié) 論 畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，在這三年里相信很多同學(xué)都有一樣的感觸，時(shí)光飛逝。轉(zhuǎn)眼已進(jìn)入倒計(jì)時(shí)階段，回顧這段經(jīng)歷，有苦澀，也有歡心。而在這之中，最重要的是我們都收獲了屬于自己的財(cái)富。本設(shè)計(jì)主要利用超外差原理實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)頻譜分析的功能，覆蓋了1—30MHZ的頻譜范圍。對(duì)電壓值的標(biāo)定采用對(duì)比法，能得到很高的測(cè)量幅度與精度。通過(guò)示波器顯示頻譜值，并且可以根據(jù)使用需要設(shè)置中心頻率和顯示帶寬。我們應(yīng)用了集成度較高的芯片構(gòu)成各功能模塊，提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。在設(shè)計(jì)中各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)都很重要，只有掌握好各種芯片的性能指標(biāo)，使每級(jí)輸入的幅度和頻率都適合于能使他們發(fā)揮最好的效果，并且要注意各級(jí)的級(jí)聯(lián)，否則會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。通過(guò)這一綜合的實(shí)踐，很好的提高了自己的實(shí)踐操作能力，并對(duì)所學(xué)過(guò)的相關(guān)專業(yè)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行了回顧與整合。鍛煉了自己的綜合能力，我覺(jué)得這才是最終設(shè)計(jì)的意義所在?？吹降氖莿e人的，聽(tīng)到的也未必是自己的，只有自己做過(guò)的才真正是屬于自己的，才算是收獲。相信所有的付出都必定是物有所值的。致 謝在論文即將完成之際，由衷的向給予我悉心指導(dǎo)的導(dǎo)師高明亮老師致以真誠(chéng)的謝意。感謝高老師這學(xué)期以來(lái)對(duì)論文的反復(fù)的審查和修改，并提出了許多寶貴的意見(jiàn)，指導(dǎo)我查找相關(guān)文獻(xiàn)。高老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，視野開(kāi)闊，為我營(yíng)造了一種良好的學(xué)習(xí)氛圍。在這學(xué)期的設(shè)計(jì)當(dāng)中我遇到了許多困難。通過(guò)高老師和同學(xué)們的幫助得以順利解決。是他給予我的悉心幫助，讓我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。高老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)術(shù)風(fēng)范和平易近人的人格魅力，令每一位師從他的弟子如沐春風(fēng)一般，倍感溫馨。在課題選擇和論文寫作過(guò)程中，正是高老師的精心指導(dǎo)和莫大幫助，使很多難題迎刃而解。高老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)、博大精深的學(xué)術(shù)知識(shí)、誨人不倦的優(yōu)良品格將深深影響著我今后的學(xué)習(xí)與生活，也將是我始終不變的目標(biāo)。由衷的將祝福送給每一位幫助過(guò)我的老師和同學(xué)們。 畢業(yè)論文的順利完成還要衷心感謝我的朋友們，是他們帶給了我很多