基于AD9850的信號發生器的設計與實現
發布時間：2010-3-24 18:30
發布者：李寬
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直接數字頻率合成技術(DDS)是20世紀末迅速發展起來的一種新的頻率合成技術，它將先進的數字處理技術與方法引入信號合成領域，表現出優越的性能和突出的特點。由于DDS器件采用高速數字電路和高速D／A轉換技術，具有頻率轉換速度快、頻率分辨率高、相位噪聲低、頻率穩定度高等優點，此外，DDS器件很容易實現對信號的全數字式調制。因此，直接數字頻率合成器以其獨有的優勢成為當今電子設備和系統頻率源的首選器件。本文介紹了ADI公司出品的 AD9850芯片，以單片機AT89S52為控制核心完成正弦信號發生器的可行性設計方案，并給出了調試通過的源程序以供參考。 1 AD9850芯片性能及管腳功能 AD9850采用了先進的CMOS工藝，支持5 V和3.3 V兩種供電電壓，在3.3 V供電時功耗僅為155 mW，擴展工業級溫度為-40～+80℃。支持并行或串行輸入控制接口形式，最大支持時鐘頻率為125MHz，此時輸出的頻率分辨率達0.029 1 Hz。采用28腳SSOP表面封裝形式，其管腳功能如圖1所示。 
AD9850分為可編程序DDS系統、高性能數／模變換器(DAC)和高速比較器三部分，其中可編程DDS系統包含輸入寄存器、數據寄存器和高速DDS三部分。高速DDS包括相位累加器和正弦查找表，其中相位累加器由一個加法器和一個 32位相位寄存器組成，相位寄存器的輸出與一個5位的外部相位控制字相加后作為正弦查找表的地址。正弦查找表包含一個正弦波周期的數字幅度信息，每一個地址對應正弦波中0～360范圍的一個相位點。查找表輸出后驅動10 b的DAC轉換器，輸出兩個互補的電流，其幅度可通過外接電阻Rset來調節，輸出電流可由Iset=32(1.248 V／Rset)來計算，Rset的典型值為3.9 kΩ。輸出信號經過外部的一個低通濾波器后接到AD9850內部自帶的高速比較器，即可產生一個與正弦波同頻率且抖動很小的方波。 2 AD9850的控制字及控制時序 AD9850的控制字有40位，其中32位是頻率控制位，5位是相位控制位，1位是電源休眠控制位，2位是工作方式選擇控制位。在應用中，工作方式選擇位設為00，因為01，10，11已經預留作為工廠測試用。相位控制位按增量 180°，90°，45°，22.5°，11.25°或這些組合來調整。頻率控制位可通過下式計算得到：
其中：fout要輸出的頻率值；fr為參考時鐘頻率；W為相應的十進制頻率控制字，然后轉換為十六進制即可。 AD9850有串行和并行兩種控制命令字寫入方式。其中串行寫入方式是采用D7作為數據輸入端，每次W_CLK 的上升沿把一個數據串行移人到輸入寄存器，40位數據都移入后，FQ_UD上升沿完成輸出信號頻率和相位的更新。串行控制字的寫入時序如圖2所示。但是要注意的是，此時數據輸入端的三個管腳不可懸空，其中D0，D1腳接高電平，D2腳要接地。
3 硬件電路設計 AD9850控制字的寫入方式有串行和并行兩種。并行寫入方式的優點是數據傳輸的速度快，能夠提升整個系統的處理速度，但占用的單片機的I／O口資源太多。與并行方式相比，串行寫入方式在數據傳輸的速度上要慢些，但它更大優點是能節省很多I／O口資源。所以，本系統采用AT89S52單片機作為控制核心，通過串行寫入控制字的方式控制AD9850芯片，加上鍵盤和LED顯示部分等外圍電路，構成整個系統電路。為了詳細介紹AD9850的用法，這里重點給出本系統中AT89S52單片機與AD9850芯片連接電路，如圖3所示，其中R1=3.9 kΩ，R2=50 Ω，R3=25 Ω，單片機晶振選用12 MHz，電容采用20 pF經典值。單片機采用12 MHz晶振時，它的高電平時間能夠滿足AD9850復位要求，故可將AD9850的復位端與單片機的復位端直接相連。
4 軟件部分設計 軟件程序的功能就是通過程序使整個系統按照人們的設想要求工作起來，本系統中最主要的部分就是將AD9850的40位控制字通過單片機寫入到AD9850芯片內，系統的程序流程圖如圖4所示。要根據寫入控制字方式的不同嚴格按照AD9850的耐序圖來編寫控制字寫入子程序。本文主要給出串行寫入方式的匯編源程序以供讀者調試參考。
AD9850數據傳送子程序如下：
5 結語 本文在介紹經典DDS芯片AD9850的基礎上，采用 AT89S52單片機設計了一個串行控制方式的正弦信號發生器可行性方案，并給出了部分重要電路圖和調試源程序。最后筆者通過實際電路的測試表明，該電路設計方案正確可行，頻率容易控制，操作簡單靈活，且具有廣闊的應用前景。 作者：石桂名，冀勇鋼，彭海龍 來源：《現代電子技術》2010年第33卷第01期 |
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