Описание взаимодействия микроконтроллера и DDS

3. Описание взаимодействия микроконтроллера и DDS

Частотная модуляция в DDS осуществляется посредством сложения двух квадратурных составляющих с соответствующими весовыми коэффициентами, задача контроллера получить от РС через последовательный порт (интерфейс RS-232C) байт информации (звуковые данные), рассчитать для него соответствующие весовые коэффициенты квадратурных составляющих и отослать их в DDS.

Во время работы с DDS (PD5 = 0), биты (ЦАП: ,, = (not PD5) = 1) и (АЦП:  = PD6 = 1), т.е. ЦАП и АЦП (Тракт контроля за КСВ) находятся в третьем состоянии и наоборот при работе с ЦАП и АЦП DDS в третьем состоянии.

Данные в DDS могут вводиться 8-ми и 16-ти-битными (8- и 16-bit DataBus) словами (MPU Interface D15…D0), после ввода записываются в 32-битный регистр (32-BIT PARALLEL ASSEMBLY REGISTRY).

При использовании микроконтроллера AT90S23 информацию будем вводить побайтно (порт D контроллера – служебный, порт B - информационный).

Таблица битов взаимодействия

PD6		PD3…PD0	TC3…TC0
PD6		PB7…PB0	D7…D8
PD4	LOAD

Биты ТС3…ТС0 задают направление записи (в какой из регистров будет записана информация из 32-байтного регистра).

При инициализации DDS контроллер должен выполнить следующее (PD5 =  = 0):

1)  На вход RESET высокий уровень, происходит обнуление всех регистров DDS (аппаратно).

2)  настроить режим работы DDS, для этого в командный регистр отсылаются байты:

CR0	0	8-bit DataBus
CR1	0	Normal Operation
CR2	1	IQ регистры задействованы
CR3	0	синхронизация включена

3) в регистр частоты FREQ0 REG отсылается 32-разрядное слово, которое является кодом несущей частоты передатчика.

Для этого, в течение четырех циклов записи во входной 32-разрядный регистр (32-BIT PARALLEL ASSEMBLY REGISTRY) побайтно (из порта B контроллера) записывается код. После каждого цикла записи = 0.

Далее через порт D контроллера выставляются биты ТС3…ТС0 задающие направление перевода.

Для регистра FREQ0 REG TC3 = 1; TC2, TC1, TC0 = 0. После этого на входе LOAD = PD4 выставляется высокий уровень и происходит запись содержимого 32-BIT PARALLEL ASSEMBLY REGISTRY в FREQ0 REG. Запись в другие регистры производится аналогично.

На этом инициализация закончена.

При ЧМ весовые коэффициенты квадратурных составляющих должны быть отосланы в регистры IQmod[0,9], IQmod[10,19].

Ниже приведен формат слова отсылаемого в 32-BIT PARALLEL ASSEMBLY REGISTRY.

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

D9

D10

D11

D12

D13

D14

D15

D18

D19

D20

…

D31

DB0

DB9

DB10

DB19

I

Q

X

X

X

О выборе несущей частоты DDS.

Несущая частота выбирается из двух соображений:

1)  В схеме передатчика использованы два преобразования частоты (вверх) (см. структурную схему), если выбрать несущую частоту малой, то зеркальный канал будет находиться слишком близко и для его подавления потребуется ФНЧ высокого порядка. Который к тому же значительно ослабит выходной сигнал DDS.

2)  С другой стороны если выбрать несущую большой то уменьшится SFDR.

Исходя из этих соображений, а также пользуясь типовой зависимостью SFDR(f_CLK)

Выберем значение f_OUTmax = 6MHz и f_OUTmin = 2MHz при f_CLK = 18 MHz.

Для определенного значения несущей частоты DDS рассчитывается соответствующее 32-разрядное слово, которое является кодом частоты для DDS и засылается в регистр FREQ0 REG.

  - код частоты

fCLK,MHz	fOUT,MHz	DPhase	DPhaseHex
18. 0	2.0	0.477219e9	1C71C8B8
	2.25	0.536871e9	20000058
	2.5	0.596523e9	238E37F8
	,,,	,,,	,,,
	6.0	1.431656e9	55555640

Преобразователь ток-напряжение.

Так как DDS имеет токовый выход то необходим преобразователь ток-напряжение. Для расчета преобразователя нужно знать ток полной шкалы встроенного ЦАП IOUT. Если использовать внутренний источник опорного напряжения (V_REF = 1.27 V) и при типовом значении R_SET = 390 Ом, амплитуда выходного тока IOUT = 20 мА.

 

Ток на вход преобразователя подаем с инвертирующего выхода ЦАП :

 

Зададимся значением напряжения на входе смесителя1:

тогда номинал резистора в цепи ОС преобразователя:

4. Контроль за величиной КСВ

В передатчике предусмотрен тракт контроля за величиной КСВ в фидерном тракте. В него входят датчик КСВ, 10-битный АЦП (AD9200), микроконтроллер управления, 12-битный ЦАП(AD8582), напряжение на выходе ЦАП изменяет коэффициент усиления предоконечного каскада, при этом изменяется колебательная мощность на входе оконечного каскада, нагруженного на АФТ.

Считывание данных из АЦП производится, после того как произведена обработка данных, поступивших из РС. Можно представить следующий алгоритм: назначается максимальное значение КСВ_max (ему соответствует напряжение на выходе датчика КСВ U_max) и критическое значение КСВ_кр при котором транзисторы выходного каскада выходят из строя, причем КСВ_max < КСВ_кр. АЦП оцифровывает выходное напряжения датчика КСВ U_реф, при приближении величины U_реф к U_max вырабатывается напряжение, которое подается на выходные каскады и уменьшает их коэффициент усиления. При резком увеличении КСВ, сигнал на входе АЦП превышает значение +FS = U(КСВ_max) (см. далее), вырабатывается сигнал OTR АЦП (Out Of Range), который отключает предоконечный и выходной каскад выходной каскад и сигнализирует о неполадке.

Взаимодействие микроконтроллера и АЦП(AD9200)

Таблица битов взаимодействия микроконтроллера и ЦАП.

	PD5
DATA9…8	PD1…PD0
DATA7… DATA0	PB7… PB0

АЦП работает в режиме Top/Bottom (На вход MODE подается напряжение питания АЦП AVDD)

Величина опорного напряжения VREF = 2 вольта (от внутреннего источника).

+FS = VREF= U(КСВ_max), - FS = 0

 

Выходное напряжение датчика КСВ U_реф подается на вход АЦП (AIN) через неинвертирующий усилитель с коэффициентом передачи:

При U_AIN> VREF (U_реф>U_max) вырабатывается сигнал OTR (high)

 

Взаимодействие микроконтроллера и ЦАП(AD8582)

Таблица битов взаимодействия микроконтроллера и ЦАП.

,,	PD6 (через инвертор)	DATA11…8	PD3…PB0
	PD4	DATA7…0	PB7…PB0

Перед началом работы, программа инициализации обнуляет регистры ЦАП ( = 0, = 0). 12-ти разрядное слово для ЦАП(AD8582) разделяется на две части и выставляется на шине, посредством последовательного вывода из портов МС (сначала B - PB0(LSB)…PB7, затем порт D – PD0…PD3(MSB)), вместе с этим на входы, , ЦАП подается низкий уровень (биты PD5 соответственно), т.е. выбирается кристалл ЦАП и в регистр «А» ЦАП записываются биты выставленные на шине PB0(LSB)…PB7,PD0…PD3(MSB). Напряжение с выхода ЦАП подается на предоконечные каскады и уменьшает их коэффициент усиления.

 

5. Список используемых источников

1. Проектирование радиопередатчиков: Учеб. пособие для вузов. / Под ред. В.В. Шахгильдяна. М: Радио и связь. 2000.

2. 8-bit AVR Microcontroller AT90S2313. Atmel Corporation 2000.

3. AD7008 CMOS DDS Modulator. Analog Devices. 1999.

4. AD9200 Complete 10-Bit, 20-MSPS, CMOS A/D Converter. Analog Devices. 1999.

5. +5 Volt, Parallel Input Complete Dual 12-Bit DAC. Analog Devices. 2000.