作者：電子科技大學 甘明；信息產(chǎn)業(yè)部電子第十研究所 周興建

文中介紹了ATMEL公司的高性能AVR單片機ATmega103的主要性能特點，給出了ATmega103在FH跳頻系統(tǒng)數(shù)字信號處理模塊中的應用方法，詳細介紹了片內(nèi)同步串口SPI的使用技巧，同時給出了SPI的通信應用程序。

ATmegA103單片機是ATmeI公司推出的精簡指令集(RISC)AVR(ADVANCe RISC)系列單片機產(chǎn)品，這是一種增強型RISC結構，采用了CmOS技術的8位微控制器?該結構能有效支持高級語言以及密集度極大的匯編器代碼程序。

跳頻系統(tǒng)(Fh)是指載波頻率按某種跳頻圖案(跳頻序列)在很寬的頻帶范圍內(nèi)跳變的通信系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)具有抗干擾、抗多徑和抗衰落性等能力，故在軍用和民用領域都得到了廣泛的應用。本系統(tǒng)方案中，信號處理模塊主要完成跳頻模式(Fh)掠泄厥?中藕諾拇?恚??ɑ耙舯嘟飴�、话音讬�?壩臚?接泄氐牟僮韉齲?廡┘際蹌殼笆翹?迪低車墓丶?際踔?弧?/P>

本文介紹ATmegA103單片機的特點及其在Fh系統(tǒng)數(shù)字信號處理模塊中的使用方法，同時詳細介紹SPI(SeRIAI PeRIPheRAI INTeRFACe)的特點和應用。

1　ATmegA103單片機概述

ATmegA103是基于AVR RISC結構的8－bIT低功耗CmOS微處理器，它吸取了PIC系列及8051系列單片機的優(yōu)點，并作了重大改進，其特點如下：

●供電電壓為2.7～6V，主頻最高可達12mhｚ；

●具有120條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期；

●帶有128k字節(jié)片內(nèi)可下載的FIASh存儲器(SPI串行下載1000次壽命)和4k字節(jié)的片內(nèi)RAm以及4k字節(jié)的片內(nèi)eePROm；

●有32條可編程I/O線、8條輸入線和8條輸出線；

●具有32個8位通用寄存器；

●內(nèi)含2個8位定時器和1個16位定時器；

●帶有可編程串行uART+SPI接口；

●具有內(nèi)部中斷源和8個外部中斷源；

●帶有8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)模擬比較器以及看門狗等電路；

●可在線編程。

ATmegA103因其上述特點使其成為一種適合于多功能、快速，且具有高度靈活性和高性價比的微控制器。

2　跳頻信號處理對單片機的要求

跳頻信號處理模塊是Fh電臺的關鍵部分之一，主要用于完成電臺的同步及有關數(shù)據(jù)處理組織等任務。單片機是該模塊的核心，模塊的許多功能都是在單片機的直接或間接參與下完成的。綜合考慮，單片機在該模塊中的作用大致如下：

(1)完成大量數(shù)據(jù)交換，因為電臺在工作時需要接收或傳送大量其它單片機以及模塊內(nèi)部的有關參數(shù)數(shù)據(jù)；

(2)完成快速實時處理功能，因為模塊對許多信息要求立即處理，例如TOD(TIme OF DAy)信息、話音數(shù)據(jù)、實時工作頻率計算等。

(3)用于數(shù)據(jù)交換，包括單片機接口、TOD、同步信息、控制狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)接口等。

(4)完成大量運算。一般電臺在Fh工作方式時，每跳都需要計算TOD、工作頻率、接收或發(fā)送數(shù)據(jù)的重新組織。

(5)通過足夠的I/O口來提供多種控制狀態(tài)線，以供電臺及模塊內(nèi)部使用。

(6)通過片內(nèi)大量數(shù)據(jù)來存儲區(qū)存取運算過程中產(chǎn)生的大量中間數(shù)據(jù)。

3　設計思路

根據(jù)電臺Fh信號處理模塊對單片機的要求，如果選用89C5X系列單片機，不但在實現(xiàn)功能上比較困難(如運算速度、I/O口數(shù)量等)，而且所需的外圍擴展電路也必須增加(如RAm，通信口等)。而選用ATmegA103單片機則能較好地滿足設計要求，因此，本設計選用ATmegA103單片機來實現(xiàn)信號處理模塊的功能。圖1所示是其硬件原理圖。

此外，在實際使用中，還需注意軟件設計。為了便于調(diào)試、維護及功能擴展，該系統(tǒng)采用模塊化程序設計方案；而且考慮到軟件的可靠性，還增加了容錯和冗余設計；同時，針對數(shù)據(jù)接口多的特點，程序中還設計了簡明、通用性的接口通信協(xié)議。

4　ATmegA103的SPI在Fh中的應用

由上述描述可知，SPI在設計中占有重要的地位，模塊內(nèi)部的主要控制和數(shù)據(jù)交換都由其完成，下面詳細介紹SPI在模塊中的設計方法。

4.1 SPI的工作原理

ATmegA103和外設之間可通過SPI進行高速同步數(shù)據(jù)傳輸。主從CPu的SPI連接見圖2所示。其中，SCk為主機的時鐘輸出和從機的時鐘輸入。把數(shù)據(jù)寫入主機SPI數(shù)據(jù)寄存器的操作將啟動SPI時鐘產(chǎn)生器，此時，數(shù)據(jù)將從主機的mOSI移出，并從從機的mOSI移入，移完一個字節(jié)后，SPI時鐘停止，并設置發(fā)送結束標志。此時如果SPCR的SPIe(SPI中斷使能)置位，則引發(fā)中斷。選擇某器件為從機時，可將從機選擇輸入端SS拉低。主從機的移位寄存器可以看成是一個分布式的16 位循環(huán)移位寄存器。當數(shù)據(jù)從主機移向從機的同時，數(shù)據(jù)也將從從機移向主機，從而在移位過程中實現(xiàn)主從機的數(shù)據(jù)交換。

SPI的主要寄存器包括控制寄存器SPCR、狀態(tài)寄存器SPSR、數(shù)據(jù)寄存器SPDR。其中SPCR用于設置SPI的中斷使能、數(shù)據(jù)傳輸順序、主從機選擇、時鐘相位和時鐘速率等；SPSR為SPI中斷標志，用于標志寫沖突。SPDR寄存器用于在寄存器文件和SPI移位寄存器之間傳遞數(shù)據(jù)。寫該寄存器時，將先對數(shù)據(jù)傳送進行初始化，讀該寄存器時，讀到的將是移位寄存器接收緩沖區(qū)的值。

4.2 SPI的程序設計

在該Fh信號處理模塊中，單片機通過SPI與FPgA交換數(shù)據(jù)。FPgA選用XINIIX公司的XCV100。下面具體介紹幾個主要的子程序：

(1)SPI的初始化

程序在復位時，通常都要對SPI口進行初始化。單片機設置若為主機。SPI的數(shù)據(jù)順序為ISb?低位?在前。SCk時鐘空閑時為低電平，在SCk的下降沿采樣數(shù)據(jù)；時鐘為系統(tǒng)時鐘的1/128。那么，具體的初始化程序如下：

ReSeT:IDI RX,＄0

OuT SPSR,RX ?;清SPI中斷標志，寫沖突標志

IDI RX,＄0F7;

OuT SPCR, RX ?;設置SPI的傳輸參數(shù)

來源：《國外電子元器件》