2 直接數(shù)字合成

　　為獲得穩(wěn)定的顯示，就必須產(chǎn)生準確的頻率。這里的“穩(wěn)定”表示節(jié)點的水平位置或者駐波圖案的最大或最小位置在屏幕上不移動。一種實現(xiàn)辦法，采用具有數(shù)控振蕩器(NCO)2的DDS。NCO采用一個16位計數(shù)器，稱之為相位累加器，來實現(xiàn)。FCLOCK(圖5)為一個固定的時鐘頻率遞增量，F(xiàn)cw為調(diào)制量或頻率控制量。FCLOCK遠遠高于波形頻率。

　　將相位累加器的高8位的值和正弦查找表(LUT)對應，然后將查找值發(fā)送至DAC。相位累加器中的值可認為對應的是一個圓上的某一個點;調(diào)制量定義為繞圓周的“步長”。調(diào)制量越大，繞圓周旋轉(zhuǎn)的越快，因此輸出的頻率也越高。產(chǎn)生的頻率由下式給出：

　　F_OUT = F_CW × F_CLOCK/2¹⁶

　　輸出頻率與FCW成正比。本例中，F(xiàn)CLOCK為31.25kHz。FCW值采用841、839和837，計算得到三個頻率為：

　　F1=841×31250/65536= 401.02Hz
　　F2=839×31250/65536= 400.06Hz
　　F3=837×31250/65536= 399.11Hz

　　這里的頻率表示采用保留兩位小數(shù)，但實際上(F1 – F2和(F2 – F3)是完全相等的。頻率差精確到9位小數(shù)時為0.953674316Hz。

　　3 實現(xiàn)

　　本演示使用Maxim^® MAX5715 4通道12位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)的三個通道來實現(xiàn)，由Arduino^® Uno板上的Atmel^® AVR處理器驅(qū)動。Arduino是一個開放的軟硬件平臺，對于基于AVR系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，非常方便。Maxim DAC通過SPI(串行外設接口)很容易和Arduino相連，AVR硬件支持SPI接口，Arduino軟件庫自帶SPI驅(qū)動。運行Arduino 庫中的SPI程序初始化AVR SPI硬件。也提供現(xiàn)存的SPI數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?，但速度太慢，未使用?/p>

　　三個相位累加器采用16的位計數(shù)器，計數(shù)器遞增是通過一個中斷程序來實現(xiàn)，中斷程序由處理器中的一個定時器來觸發(fā)。每32µs (1/31.25kHz)中斷一次。利用LUT將兩個相位累加器值(生成F1和F3)轉(zhuǎn)換為正弦值并然后送給DAC的兩個通道。將第三個相位累加器(生成F2)的兩個最高有效位發(fā)送至第三個DAC通道，產(chǎn)生一個4節(jié)拍的示波器觸發(fā)信號。通過改變觸發(fā)電平，可選擇想要駐波的相位去進行開路或短路端接仿真。

　　Arduino SPI庫中的數(shù)據(jù)傳輸程序太慢，導致中斷程序的運行時間超過了中斷周期。因此，改用直接寫至AVR SPI硬件的代碼。

　　中斷程序代碼：

　　//******************************************************************
　　// Timer2 Interrupt Service at 31372.550 Hz = 32uSec
　　// this is the timebase REFCLOCK for the DDS generator
　　// FOUT = (M (REFCLK)) / (2 exp 32)
　　ISR(TIMER2_OVF_vect) {
　　// set the SS line low
　　PORTB &= (0xFF ^ 4);
　　// send in the address and value via SPI:
　　SPDR = CODEA;
　　// update phase accumulators while waiting
　　phaccu_a += tword_a;
　　phaccu_b += tword_b;
　　phaccu_c += tword_c;
　　while (!(SPSR & _BV(SPIF)))
　　;
　　// do the table lookup based on accum 'a' high-order byte
　　SPDR = pgm_read_byte_near(sine256 + highByte(phaccu_a));
　　while (!(SPSR & _BV(SPIF)))
　　;
　　SPDR = 0;
　　while (!(SPSR & _BV(SPIF)))
　　;
　　// set the SS line high
　　PORTB |= 4;
　　// set the sS line low for the second SPI transfer
　　PORTB &= (0xFF ^ 4);
　　// do the second SPI transfer
　　//SPDR = CODEB_LOADALL;
　　SPDR = CODEB;
　　while (!(SPSR & _BV(SPIF)))
　　;
　　// do table lookup based on accum 'b'
　　SPDR = pgm_read_byte_near(sine256 + highByte(phaccu_b));
　　while (!(SPSR & _BV(SPIF)))
　　;
　　SPDR = 0;
　　while (!(SPSR & _BV(SPIF)))
　　;