【正文】 上顯示出波形。將電路原理圖在 ISIS中畫好后，將程序匯編后的 HEX 代碼裝載到單片機，仿真開始就可以看到仿真效果。 圖 43 鍵掃描流程圖 開始 初始化內(nèi)部寄存器 設(shè)定工作模式 鍵盤掃描 液晶顯示 有鍵按下 重設(shè)寄存器 輸出波形 重設(shè)幅度 Y N 鍵掃描開始 功能選擇 占空比 頻率 幅度 占空比預置 設(shè)置 OCR1B 頻率預置 設(shè)置 OCR1A 幅度預置 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 鍵掃描結(jié)束 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 共 24 頁 程序仿真 本設(shè)計的仿真在 PROTEUS ISIS 開發(fā)平臺上實現(xiàn)， Proteus 的 ISIS 是一款 Labcenter 出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和 IC，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機軟件仿真系統(tǒng)。幅度調(diào)節(jié)位 3 位，范圍為 。占空比調(diào)節(jié)的最大位數(shù)為 2 位，范圍為 1%99%。頻率、占空比和幅度的預置值 通過鍵掃描得來，鍵掃描時，如果有鍵按下，才進入預置模式，沒有鍵按下，則寄存器的值不改變，即波形不變，如圖 42 所示。 主程序流程圖 首先開始對 AVR 單片機內(nèi)部的相關(guān)寄存器進行初始化，使其處于初始狀態(tài)， PD4 引腳處于輸出模式，便于波形輸出。 OCR1A 為 0(0x0000) 時信號有最高頻率 foc2 = fclk_I/O/2。通過設(shè)定 OC1A 在比較匹配時進行邏輯電平取反 (COM1A1:0 = 1)，可以得到占空比為 50%的周期信號。輸出的 PWM 頻率可以通過如下公式計算得到： )1( /_ T O PN fP WMOC OIc lknx ??? （ ） 變量 N 代表分頻因子 ( 6 256 或 1024)。設(shè)置 COM1x1:0 為2 可以產(chǎn)生普通的 PWM 信號；為 3 則可以產(chǎn)生反向 PWM 波形。如果中斷使能，可以在中斷服務程序里來更新 TOP 以及比較數(shù)據(jù)。 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 共 24 頁 1 2 3 45 67 8周 期O C n xO C n xT C N T n（ C O M n x 1 : 0 = 3 ）（ C O M n x 1 : 0 = 2 ）計 數(shù) 最 大 值 圖 41 快速 PWM 工作模式圖 計時器數(shù)值達到 TOP 時 T/C 溢出標志 TOV1 置位。 TCNT1 斜坡上的短水平線表示 OCR1x 和 TCNT1 的匹配比較。圖中柱狀的 TCNT1 表示這是單邊斜坡操作。工作于快速 PWM 模式時， PWM 分辨率可固定為 9 或 10 位，也可由 ICR1 或 OCR1 定義。對于普通的比較輸出模式，輸出比較引腳 OC1x 在 TCNT1 與 OCR1x 匹配時置位，在 TOP 時清零；對于反向比較輸出模式，OCR1x 的動作正好相反。要達到本次的頻率要求，則選擇快速 PWM 模式。下面主要對主程序設(shè)計和鍵掃描設(shè)計進行介紹。 這個工程管理器還能直接產(chǎn)生您希望得到的可以直接使用的 INTEL HEX 格式文件 ， INTEL HEX 格式文件可被大多數(shù)的編程器所支持，生成的 HEX 文件就可以對 AVR 單片機燒錄。ImageCraft 的 ICCAVR 是一種使用符合 ANSI 標準的 C 語言來開發(fā)微控制器 MCU 程序的一個工具， 使用方便、技術(shù)支持好 ，有以下幾個主要特點： 是一個綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環(huán)境（ IDE）； ，文件的編輯和工程的構(gòu)筑也在這個環(huán)境中完成 錯誤顯示在狀態(tài)窗口中，并且當你點擊編譯錯誤時，光標自動跳轉(zhuǎn)到錯誤的那一行； INTEL HEX 格式文件，該格式的文件可被大多數(shù)編程器所支持，用于下載到芯片中； 是一個 32 位的程序支持長文件名。如圖 35 所示。 LCD1602 液晶模塊能夠同時顯示 32 個數(shù)字或字母。如圖 34 所示。 AD603 是一款低噪聲、精密控制的可變增益放大器，溫度穩(wěn)定性高，最大增益誤差為 ，滿足題目要求的精度，其增益（ dB）與控制電壓（ V）成線性關(guān)系，因此可以很方便地使用 D/A 輸出電壓控制放大器的增益。用電壓控制增益，便于單片機控制，同時可以減少噪聲和干擾。 AVR 單片機最小系統(tǒng)原理圖如圖 32 所示。 黎濤：基于占空比和頻率可調(diào)的脈沖信號發(fā)生器 第 8 頁 共 24 頁 AVR 單片機有一個 16 位的定時計數(shù)器， 16 位 的定時計數(shù)器可以實現(xiàn)精確的程序定時、波形產(chǎn)生和信號測量。 ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的解決方案。在更新應用 Flash 存儲區(qū)時引導 Flash 區(qū) (Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了 RWW 操作。片內(nèi) ISP Flash 允許程序存儲器通過 ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于 AVR 內(nèi)核之中的引導程序進行編程。 ATmega16 有如下特點 :16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM，32 個通用 I/O 口線， 32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 /計數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。所有的寄存器都直接與算邏單元 (ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。通過鍵盤輸入預置頻率和占空比到單片機后，單片機設(shè)置寄存器產(chǎn)生相應的主脈沖波形，同時在 LCD 顯示器上顯示。 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 24 頁 3 硬件電路設(shè)計 整個脈沖發(fā)生器分為四個部分，由主脈沖發(fā)生器、頻率和占空比調(diào)節(jié)、幅度控制、人機接口部分組成，如圖 31 所示。 方案二： LCD 液晶顯示， LCD 液晶能夠同時顯示 32 個字符，能夠滿足題目的顯示要求， LCD液晶只要數(shù)據(jù)線和控制線與單片機相連即可，硬件結(jié)構(gòu)簡單，不易出錯，實現(xiàn)較前一種方案容易。 綜合考慮，分析兩 種方案的優(yōu)缺點，本次我們選用方案二。提供精確地、可由管腳選擇的增益，且是線性變化的，在溫度和電源電壓變化時有很高的穩(wěn)定性。 INC1U/D2VH3Vss4Vw5VL6CS7Vcc8U6X9313Vos1IN2+IN3Vss4NC5OUT6Vcc7Vos8U7OP3710KR16+12V12V+5V 圖 28 數(shù)字電位器幅度調(diào)節(jié) 方案二：采用可編程的放大器 AD603 來實現(xiàn)幅度控制。 幅度控制方案 方案一：利用數(shù)字電位器進行調(diào)節(jié)，將數(shù)字電位器作為放大電路的反饋電阻，通過數(shù)字電位器改變電阻值的大小，從而改變放大器放大倍數(shù)，如圖 28 所示。而且功能較 51 單片機多， AVR 單片機內(nèi)部有專門產(chǎn)生 PWM 功能，只要對 AVR 內(nèi)部的寄存器寄存器進行設(shè) 置即可，在 AVR 單片機產(chǎn)生頻率和占空比可調(diào)的脈沖波后加上幅度控制電路，就能達到本設(shè)計的要求。 ro fRNf ?() 黎濤：基于占空比和頻率可調(diào)的脈沖信號發(fā)生器 第 6 頁 共 24 頁 方案四 采用 AVR 單片機實現(xiàn)脈沖信號產(chǎn)生。將可編程邏輯器件當做自己的一個外設(shè)，通過并 行總線的方式與可編程邏輯器件進行通信，大大節(jié)約了單片機的有限資源，為今后系統(tǒng)擴展提供了硬件支持。 當用戶通過原理圖或 HDL 語言描述了一個邏輯電路以后， PLD/FPGA 開發(fā)軟件會自動計算邏輯電路的所有可能的結(jié)果，并把結(jié)果事先寫入 RAM,這樣，每輸入一個信號進行邏輯運算就等于輸入一個地址進行查表，找出地址對應的內(nèi)容，然后輸出即可。 FPGA 是基于一種查表技術(shù)， 查找表（ LookUpTable)簡稱為 LUT， LUT 本質(zhì)上就是一個 RAM。 FPGA 是英文 Field－ Programmable Gate Array 的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在 PAL、GAL、 CPLD 等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。 鎖相環(huán)具有輸出頻率范圍寬，輸出信號穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，但本設(shè)計輸入頻率在 1Hz1MHz 之間，就要求分頻系數(shù)較大，硬件電路復雜，而且，鎖相環(huán)經(jīng)過鎖相后的脈沖信號脈寬不變，不能滿足本設(shè)計占空比可調(diào)的要求。并可通過改變單片機程序，利用所提供適當?shù)?N、 R 值，來求高性能的輸出頻率 。 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 共 24 頁 R?P D L P F V C ON?可 編 程 置 數(shù) 圖 27 鎖相環(huán)組成及工作框圖 該環(huán)路輸入端由高穩(wěn)定度和高準確度的晶體振蕩器經(jīng)參考分頻器分頻后，輸出基準頻率，然后利用鎖相環(huán)路良好的窄帶跟蹤特性，使壓控振蕩器的輸出頻率準確地穩(wěn)定在參考頻率或某次諧波上。 集成鎖相環(huán)頻率合成器是利用一個 (或多個 )標準信號產(chǎn)生多種頻率信號的設(shè)備。 圖 26 AD9851方框圖 但是，專用 DDS 芯片一般只能產(chǎn)生單種波形，控制方式也比較固定，最大的缺點是進行脈寬控制，測量困難，無法進行外同步，在此不能滿足設(shè)計要求。 6 REFCLK 倍乘器使其有最小的無雜散動態(tài)范圍 SFDR 和相位噪聲特性。 AD9851 采用的最新的高速 DDS 內(nèi)核可接受 32 位的頻率控制字， 180 MHz 系統(tǒng)時鐘，分辨率為 赫茲。當參照準確的時鐘源， AD9851 可以產(chǎn)生一個穩(wěn)定的頻率和相位且可數(shù)字化編程的模擬正弦波輸出。 上 沖下 沖 圖 25 過沖 SH黎濤：基于占空比和頻率可調(diào)的脈沖信號發(fā)生器 第 4 頁 共 24 頁 方案設(shè)計 主脈沖產(chǎn)生方案 方案一、采用專用的 DDS 集成芯片技術(shù)方案。 5) 跌落和反跳 在脈沖的邊沿上升了 S或下降了 H稱為反跳 和跌落，如圖 24。 9 0 %5 0 %1 0 %τdtrt ft 圖 23 實