基于AD9851的信号发生器

产生多频信号学过FPGA的同仁们，应该对DDS的原理就会有很好的理解了。用FPGA是很容易把一个简单型的ad8952烧出来的！其实原理相当的简单，无非就是由相位累加器，相位调制器，正弦查找ROM，DAC构成。通过改变相位累加的增量就很容易的改变的输出的频率了。 ### 基于AD9851的信号发生器知识点详解 #### 一、DDS基本原理及应用背景 **直接数字频率合成（DDS）技术**是近年来广泛应用于电子设计领域的一项关键技术，尤其在信号处理、通信系统等领域发挥着重要作用。在电子设计竞赛中，DDS的设计经常成为考察内容之一。对于初次接触DDS的工程师来说，了解其工作原理及其核心组成部分是非常重要的。 #### 二、DDS的工作原理 DDS的核心结构主要包括：**相位累加器、相位调制器、正弦查找表（ROM）、数字模拟转换器（DAC）**。 1. **相位累加器**：该模块负责累积相位值，通过不断加上一个固定的增量（频率控制字）来实现。这个增量决定了输出信号的频率。 2. **相位调制器**：可选组件，用于改变相位值，从而实现频率或相位的调制。 3. **正弦查找表（ROM）**：存储了对应于不同相位值的正弦波样本点。当相位累加器提供相应的相位值时，查找表返回对应的正弦波幅度值。 4. **数字模拟转换器（DAC）**：将查找表返回的数字幅度值转换成模拟信号输出。 通过改变相位累加器的增量，可以轻松地调整输出信号的频率。如果相位累加器的位宽为N位（例如AD9851的N=32位），则可以将一个周期的正弦波离散为\(2^N\)个点，并将这些点的幅值存放在ROM中形成正弦查找表。如果系统的时钟频率为\(F_{clk}\)，则输出频率\(F_{out}\)可以通过下式计算得出： \[ F_{out} = \frac{B \times F_{clk}}{2^N} \] 其中，\(B\)表示频率控制字。 #### 三、AD9851的具体应用 AD9851是一款非常流行的DDS芯片，它支持多种控制方式，包括并行和串行两种写入控制字的方法。本文档将重点讨论串行写入方式。 1. **串行写入控制字时序**：AD9851采用串行方式写入控制字时，需要按照一定的时序进行操作，以确保数据的正确传输。时序图通常会在芯片的数据手册中给出。 2. **控制字格式**：AD9851的控制字为40位，其中包括32位频率控制字、1位6倍频使能位、1位逻辑0位、1位电源下降位和5位相位模式字。在本示例中，仅关注频率控制和6倍频使能位，其余未使用的位默认设为0。 3. **控制字的计算**：为了计算控制字，需要根据外部晶振的频率、期望输出的频率以及DDS芯片的特性进行计算。例如，如果外部晶振频率为30MHz且启用了6倍频功能，则控制字计算公式为： \[ \text{控制字} = 23.86115 \times \text{期望输出频率} \] 4. **代码示例**：以下是一个简单的C语言代码示例，展示了如何初始化AD9851以及如何设置频率控制字： ```c #include<reg52.h> #include<intrins.h> #include<ABSACC.H> sbit D7=P3^3; // 控制子串传送位 sbit DDS_FQUD=P3^4; // 更新发送频率 sbit DDS_CLK=P3^5; // 接外部晶振时钟这里为30M unsigned long control_word(float freq); void send_control(unsigned long bytedata); void AD9851Init(void) { DDS_CLK=0; DDS_FQUD=0; DDS_CLK=1; DDS_CLK=0; DDS_FQUD=1; DDS_FQUD=0; } main() { unsigned long x; DDS_FQUD=0; AD9851Init(); x=control_word(500000); while(1) send_control(x); } unsigned long control_word(float freq) { unsigned long water; water=23.86115*freq; // 外部晶振为30M，6倍频后180M return(water); } void send_control(unsigned long bytedata) { int i; unsigned char model="0x01"; // 模式选择为六倍频 DDS_FQUD=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); for(i=0;i<32;i++) { // 先写32位的频率控制子（现低位后高位） D7=(bit)(bytedata&(0x00000001)); DDS_CLK=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); // 必要的时序延时 DDS_ ``` #### 四、总结 通过对DDS原理的深入理解和AD9851的实际应用案例分析，我们可以更好地掌握如何利用DDS技术来设计信号发生器。此外，还可以进一步探讨如何优化DDS系统的性能，比如通过增加相位累加器的位宽来提高输出信号的精度，或者通过提高系统时钟频率来增加输出频率的最大值等。对于初学者而言，实践是最好的老师，通过实际搭建DDS信号发生器并调试，可以更加深刻地理解其工作原理和技术细节。