1 引言
商品防竊監視器(Electronic Article Surveillance)簡稱EAS，是目前超市普遍使用的安檢防竊設備。其原理是由發射電路產生7.8MHz~8.8MHz的掃頻信號，該信號由近場天線發射，當天線附近有標簽存在時(標簽為高Q值的LC振蕩回路，諧振中心頻率為7.8MHz)，標簽發出諧振電磁波信號，該信號被EAS接收天線接收，經解調、放大和數字化處理后，最終發出報警信息。傳統的掃頻信號發生電路通常包含變容二極管組成的LC振蕩回路，通過周期性地改變二極管的偏壓來改變振蕩頻率。由于分立元件參數的一致性差，振蕩頻率難以精確控制，頻率變化的線性度、掃頻寬度等諸多指標也受到元件性能的嚴格約束。在數字化技術飛速發展的今天，由直接數字頻率合成(DDS)技術產生所需要的信號波形，是EAS掃頻信號發生電路發展的趨勢。筆者采用AD公司的AD9834型DDS實現掃頻信號合成，同時，考慮到信號的高速頻率變化特點，需使用數字信號處理器(DSP)對AD9834進行控制。筆者采用TI公司的TMS320VC5410型數字信號處理器(以下簡稱C5410)。下
面介紹這些器件的特點及電路實現方法。
2 TMS320VC5410和AD9834簡介
本設計要求C5410通過多通道緩沖串行口向AD9834發送命令和數據，由AD9834產生EAS系統需要的掃頻信號。C5410是TI公司生產的新一代低功耗TMS320C5000系列定點數字信號處理器，它有3個高速、全雙工、多通道緩沖串行口(McBSP)，每個串行口可以支持128個通道，速度可達100Mb/s。該系列提供的McBSP支持多種串行通信的方式和協議，可以根據用戶的不同需要進行配置。多通道緩沖串行口遵循SPI協議是以主從方式工作的，這種模式通常有1個主設備和1個或多個從設備，其接口包括以下4種信號：串行數據輸入(也稱為主進從出或MISO)；串行數據輸出(也稱為主出從進或MOSI)；串行移位時鐘(也稱為SCK)；從使能信號(也稱為SS)。McBSP的時鐘停止模式與SPI協議兼容，當McBSP處于時鐘停止模式時，發送器和接收器是內部同步的。
AD9834的原理框圖如圖1所示。它使用的DDS技術是一種利用正弦信號相位線性增加的原理直接由數字累加和數/模轉換合成所需頻率的技術。AD9834主要由數控振蕩器(NCO)、相位調制器、正弦查詢表ROM和1個10位D/A轉換器組成。數控振蕩器和相位調制器主要由2個頻率選擇寄存器、1個相位累加器、2個相位偏移寄存器和1個相位偏移加法器構成，它的最高工作頻率可達50MHz。
AD9834的頻率控制字由式(1)求得
式中，0<Δphase<228-1，fMCLK最高可達50MHz，它是由高穩定度晶體振蕩器獲得或由其他器件編程提供，用來同步整個合成器的各個組成部分。
相位控制字由式(2)求得
ΔP=Kx2π/4096 （2）
式中，0
3 系統設計思想
傳統的EAS掃頻信號產生電路使用了壓控振蕩集成電路。通過改變外圍變容二極管的直流偏壓可以使掃頻信號的頻率范圍控制在8．2MHz±0.5MHz。當采用全數字頻率合成時，由于數字信號的非連續性，不可能產生連續的掃頻信號，只能產生臺階性變化的掃頻信號，即1個單頻點持續一段時間后增加4，，再跳躍到另1個單頻點，因此，如果掃頻信號的掃頻范圍為8.2MHz±-O.5MHz，將該lMHz頻率跨度等分為32個頻點，于是相鄰頻點之間的頻率間隔Δf=1MHz/31=0.0323MHz。如果掃頻信號的掃頻周期為 180Hz(即5.6ms)，則每個頻點占用的時間為ΔT=5.6ms/3l=181pμs。該ΔT又分為二部分，第一部分△T1為振蕩時間，即單頻率波形持續時間；第二部分ΔT2為延時等待時間，在這段時間內理論上沒有波形輸出。在實際應用中可通過動態改變△T2在ΔT中所占的比例以控制EAS的發射功率，對系統很有用。如果每個單頻率波形持續時間(頻率振蕩時間)△T1=10μs，則每個單頻率波形的延時等待時間ΔT2=(5.6-0.01x32)/31=170.3μs。多通道緩沖串行口發送1個單頻率字只需71μs左右，能夠完成控制字和頻率字的發送，而且還能夠在此時間內完成復雜的計算 。圖2為180Hz周期內完成的32頻點掃頻信號波形示意圖。其中，每個頻點展開后都是頻率一定的正弦波，每個周期內32頻點掃頻信號的頻率范圍都是從7．7MHz到8．7MHz臺階性變化。
4 硬件設計方案和軟件實現
4．1 硬件設計方案
基于上述設計思想的硬件連接方案如圖3所示，包括C5410、10MHz晶體振蕩器、AD9834及濾波放大電路。由于AD9834的電源電壓在2．3V到5．5V范圍內可選，C5410的電源電壓為3．3V。所以在連接時無需電平轉換。10MHz晶體振蕩器向C5410提供輸入時鐘。初始化C5410使其工作頻率為100MHz，因為只有此時才能使其定時器周期寄存器從TOUT引腳輸出50MHz時鐘信號。該時鐘信號輸出到AD9834的MCLK腳，作為AD9834的工作時鐘。理論分析指出：輸出信號的相位噪聲取決于時鐘信號的相位噪聲，在輸出信號頻率不變的情況下，輸入時鐘信號頻率越高，相位噪聲惡化越小。
濾波放大電路對AD9834輸出的掃頻波信號進行進一步濾波處理和幅度放大，以濾除高頻信
號干擾和噪聲，將信噪比控制在允許范圍內。由于雜波信號干擾，從AD9834出來的掃頻信號在沒有濾波的情況下含有豐富的高頻成分，采用RC或LC無源濾波電路處理后可以得到一組以8．2MHz為中心頻率，掃頻范圍在7．7MHz~8．7MHz的較為清晰的掃頻波。具體實現方案是先通過由1只去耦電容器和1只電阻器組成的RC回路濾掉由：DDS輸出的掃頻信號中的高頻成分，然后使用帶有電感器的復式濾波電路(可以選擇LC濾波電路)，經電感器濾波后不但負載電流及電壓的脈動減小，而且波形也變得平滑，L、c的具體值可由f=1/(LC)1/2求得，其中f=8.7MHz，濾波電路如圖4所示。由于AD9834的輸出信號幅度最大只有O．8V，所以需將其幅值放大才能作為掃頻信號源，在系統中可由1個高速運算放大器實現。
由于該電路是高速數，模混合電路，因此電磁兼容性能非常重要。特別是DSP和DDS共用1個電源，使得器件的工作信號通過電源線傳輸形成干擾。通常必須在電源接入處并人大容量的電解電容器和鉭電容器，濾除低頻噪聲。還應該在每個器件的電源引腳處接1只0．01pF一0．1pF的去耦電容器。
4．2 軟件實現
軟件的流程如圖5所示，主要包括復位、初始化、寫頻率字和控制字等部分。
初始化部分包括對DSP多通道緩沖串行口的初始化及其配置和對AD9834寫入控制字，應設置多通道緩沖串行口工作模式和DDS的SLEEP、RE-SET、SIGNPIB、HLB等位。在該系統設計中，AD9834采用串行控制比特位方式選擇相位、頻率寄存器；PIN/SW=0．選擇控制字模式；FSEI=0，選擇使用頻率寄存器0(FREQ0)；D13=0,將28位的頻率寄存器分成2個14位的寄存器工作，且頻率字的高14位和低14位可以獨立改變。由于系統要求在上電后立即工作，故將AD9834的RESET引腳接低電平。必要時，也可以由系統中的其他模塊如CPID控制DDS啟動。SDATA、SCLK和FSYNC 3個引腳向AD9834中寫數據和控制字。當FSYNC=0時，表示正向AD9834寫入1個新字，并將在下1個SCL．K的下降沿讀人第1位，其余的位在隨后的SCLK的下降沿讀入，經過16個SCLK下降沿后，置 FSYNC=1，實現了DSP對AD9834的控制。
由于將C5410的McBSP配置為時鐘停止模式，串口接收控制寄存器SPCRl的時鐘停止模式位cLKSTP和串口引腳控制寄存器PCR的發送時鐘極性位CLKXP配置為CLKSTP=11，CLKXP=1(時鐘開始于下降沿，有延時)，因此，發送時鐘模式引腳設為內部時鐘輸出(BCLKX=I)；采樣率發生器時鐘源來自CPU時鐘(CLKSM=I)；發送幀同步模式引腳設置為輸出(FSXM=1)；發送幀同步極性引腳設置為低電平有效(FSXP=1)；發送時鐘極性設置為下降沿采樣 (CLKXP=1)；數據發送和接收延時時間為l位(RDATDLY=XDATDLY=01b)；采樣率發生器時鐘的降頻因子為49(CLKGDV=49)。因為16xbaud rateCLKOUT ／1+CLKGDV為100/49，所以MCBSP的采樣率發生器產生2MHz的時鐘信號。
下面是通過McBSP口向AD9834傳送頻率為8．2MHz的頻率字和控制字的程序段： L
程序設計中應該注意的重點就是對發送和接收準備好位的查詢，如果在程序中沒有查詢或者查詢的地點不對，則程序在單步運行時可能會正確發送和接收數據，但是當全速運行時，由于速度較高，因而不能進行正確的數據收發。正確的查詢應該是在數據發送前查詢SPCRl或SPCR2中的RRDY位或XRDY位，當RRDY位或XRDY位為0時，表明尚未接收或發送完數據，一直查詢到RRDY位或XRDY位為1，表明上一組數據已接收或發送完畢，可以進行下一組數據的接收或發送。
5 結束語
由DDS技術產生的掃頻信號源不僅頻率穩定、信號精度高、抗干擾能力強，而且由于它是在計算機控制下直接實現的，因而易于實現智能化處理。無論是實用電路還是測量儀器，凡是需要產生掃頻信號的地方，原則上都可以使用DDS技術。在頻率迅速變化的場合，DDS中寄存器更新的速度有時會成為關鍵指標，這時必須使用高速電路和高速串行口，由合理的硬件設計和軟件流程來實現預期設計目標。