DDS генератор на ATmega16

В этой статье рассматривается схемотехническое решение, устройство и конструкция DDS генератора (генератор с прямым цифровым синтезом формы сигнала) на микроконтроллере ATmega16 фирмы Atmel. В приборе, кроме синтеза сигнала различной формы и частоты, реализуется возможность регулировки амплитуды и смещения выходного сигнала.

Основные характеристики прибора:

- простое схемотехническое решение, доступные компоненты;
- односторонняя печатная плата;
- сетевой источник питания;
- специализированный выход частоты от 1 МГц до 8 МГц;
- DDS выход с регулировкой амплитуды и смещения;
- форма выходного DDS сигнала: синусоида, прямоугольные импульсы, пилообразные импульсы, треугольные импульсы, ЭКГ, шум;
- для отображения текущих параметров используется двухстрочный ЖК дисплей;
- пятикнопочная клавиатура;
- шаг перестройки частоты: 1, 10, 10, 1000, 10000 Гц;
- восстановление последней конфигурации при включении;
- регулировка смещения: –5 В … +5 В;
- регулировка амплитуды: 0 … 10 В;
- регулировка частоты: 0 … 65534 Гц.

За основу прибора, а точнее алгоритм работы микроконтроллера, была взята разработка DDS генератора Jesper Hansen. Предложенный алгоритм был немного переработан и адаптирован под компилятор WinAVR-GCC

Сигнальный генератор имеет два выхода: выход DDS сигнала и выход высокочастотного сигнала (1 – 8 МГц) прямоугольной формы, который может использоваться для «оживления» микроконтроллеров с неправильными установками Fuse-битов или для других целей.

Высокочастотный сигнал поступает непосредственно с микроконтроллера, с вывода OC1A (PD5). DDS сигнал формируется микроконтроллером с использованием цепочки резисторов R2R (ЦАП), регулировка смещения и амплитуды возможна благодаря использованию низкопотребляющего операционного усилителя LM358N.

Блок-схема DDS генератора

Как видно, для питания устройства необходимо три напряжения: +5 В, +12 В, –12 В. Напряжения +12 В и –12 В используются для аналоговой части устройства на операционном усилителе для регулировки смещения и амплитуды.

Принципиальная схема источника питания.

В источнике питания используются стабилизаторы напряжения LM7812, LM7805, LM7912 (стабилизатор отрицательного напряжения –12 В).

Принципиальная схема прибора

Рисунок печатной платы

Вид со стороны установки элементов

Внешний вид платы с установленными компонентами

Список использованных элементов

Изменения в программном обеспечении микроконтроллера

Изменения в исходном коде связаны лишь с назначением кнопок подключенных к порту D микроконтроллера:

1.Кнопки «влево» и «вправо»

#define LEFT 3 //PORTD 
#define RIGHT 1 //PORTD 

2.Кнопки «вниз» и «вверх»

#define DOWN 4 //PORTD 
#define UP 0 //PORTD 

Кроме того для последних версий компилятора AVR-GCC необходимо внести изменения в следующие строчки кода:

struct signal{
  volatile uint8_t mode;  //signal
  volatile uint8_t fr1;   //Frequency [0..7]
  volatile uint8_t fr2;   //Frequency [8..15]
  volatile uint8_t fr3;   //Frequency [16..31]
  volatile uint32_t freq; //frequency value
  volatile uint8_t flag;  //if 0 generator is OFF, 1 is ON
  volatile uint32_t acc;  //accumulator
  volatile uint8_t ON;
  volatile uint8_t HSfreq;     //high speed frequency [1...4Mhz]
  volatile uint32_t deltafreq; //frequency step value
}SG;

Fuse-биты микроконтроллера ATmega16: HIGH = 0×59, LOW = 0×CF – это соответствует тому, что будут запрограммированы следующие биты: OCDEN, SPIEN, BOOTSZ1, BOOTSZ2, SUT1, SUT0.