利用雙通道示波器展示傳輸線行為的方法

　　2 直接數字合成

　　為獲得穩定的顯示，就必須產生準確的頻率。這里的“穩定”表示節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。一種實現辦法，采用具有數控振蕩器(NCO)2的DDS。NCO采用一個16位計數器，稱之為相位累加器，來實現。FCLOCK(圖5)為一個固定的時鐘頻率遞增量，Fcw為調制量或頻率控制量。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;調制量定義為繞圓周的“步長”。調制量越大，繞圓周旋轉的越快，因此輸出的頻率也越高。產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，FCLOCK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，但實際上(F1 – F2和(F2 – F3)是完全相等的。頻率差精確到9位小數時為0.953674316Hz。

　　3 實現

　　本演示使用Maxim^® MAX5715 4通道12位數/模轉換器(DAC)的三個通道來實現，由Arduino^® Uno板上的Atmel^® AVR處理器驅動。Arduino是一個開放的軟硬件平臺，對于基于AVR系統開發環境，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驅動。運行Arduino 庫中的SPI程序初始化AVR SPI硬件。也提供現存的SPI數據傳輸的程序，但速度太慢，未使用。

　　三個相位累加器采用16的位計數器，計數器遞增是通過一個中斷程序來實現，中斷程序由處理器中的一個定時器來觸發。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送至第三個DAC通道，產生一個4節拍的示波器觸發信號。通過改變觸發電平，可選擇想要駐波的相位去進行開路或短路端接仿真。

　　Arduino SPI庫中的數據傳輸程序太慢，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)))
　　;