采用AD9850的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案

概述：介紹ADI公司出品的AD9850芯片，給出芯片的引腳圖和功能。并以單片機(jī)AT89S52為控制核心設(shè)計(jì)了一個(gè)串行控制方式的正弦信號(hào)發(fā)生器的可行性方案，給出了單片機(jī)AT89S52與AD9850連接電路圖和調(diào)試通過(guò)的源程序以供參考。該電路設(shè)計(jì)方案正確可行，頻率容易控制，操作簡(jiǎn)單靈活，且具有廣闊的應(yīng)用前景。

??? 直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS)是20世紀(jì)末迅速發(fā)展起來(lái)的一種新的頻率合成技術(shù)，它將先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)與方法引入信號(hào)合成領(lǐng)域，表現(xiàn)出優(yōu)越的性能和突出的特點(diǎn)。由于DDS器件采用高速數(shù)字電路和高速D／A轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率分辨率高、相位噪聲低、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)，此外，DDS器件很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的全數(shù)字式調(diào)制。因此，直接數(shù)字頻率合成器以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)成為當(dāng)今電子設(shè)備和系統(tǒng)頻率源的首選器件。本文介紹了ADI公司出品的AD- 9850芯片，以單片機(jī)AT89S52為控制核心完成正弦信號(hào)發(fā)生器的可行性設(shè)計(jì)方案，并給出了調(diào)試通過(guò)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(jìn)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(shí)功耗僅為155 mW，擴(kuò)展工業(yè)級(jí)溫度為-40～+80 oC。支持并行或串行輸入控制接口形式，最大支持時(shí)鐘頻率為125MHz，此時(shí)輸出的頻率分辨率達(dá)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(tǒng)、高性能數(shù)／模變換器(DAC)和高速比較器三部分，其中可編程DDS系統(tǒng)包含輸入寄存器、數(shù)據(jù)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(gè)加法器和一個(gè)32位相位寄存器組成，相位寄存器的輸出與一個(gè)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(gè)正弦波周期的數(shù)字幅度信息，每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)正弦波中O～360范圍的一個(gè)相位點(diǎn)。查找表輸出后驅(qū)動(dòng)10 b的DAC轉(zhuǎn)換器，輸出兩個(gè)互補(bǔ)的電流，其幅度可通過(guò)外接電阻Rset來(lái)調(diào)節(jié)，輸出電流可由Iset=32(1．248 V／Rset)來(lái)計(jì)算，Rset的典型值為3．9 kΩ。輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)外部的一個(gè)低通濾波器后接到AD9850內(nèi)部自帶的高速比較器，即可產(chǎn)生一個(gè)與正弦波同頻率且抖動(dòng)很小的方波。

2 AD9850的控制字及控制時(shí)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(yīng)用中，工作方式選擇位設(shè)為00，因?yàn)?1，10，11已經(jīng)預(yù)留作為工廠測(cè)試用。相位控制位按增量180°，90°，45°，22．5°，11．25°或這些組合來(lái)調(diào)整。頻率控制位可通過(guò)下式計(jì)算得到：

其中：fout要輸出的頻率值；fr為參考時(shí)鐘頻率；W為相應(yīng)的十進(jìn)制頻率控制字，然后轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制即可。

? AD9850有串行和并行兩種控制命令字寫(xiě)入方式。其中串行寫(xiě)入方式是采用D7作為數(shù)據(jù)輸入端，每次W_CLK的上升沿把一個(gè)數(shù)據(jù)串行移人到輸入寄存器，40位數(shù)據(jù)都移入后．FQ_UD上升沿完成輸出信號(hào)頻率和相位的更新。串行控制字的寫(xiě)入時(shí)序如圖2所示。但是要注意的是，此時(shí)數(shù)據(jù)輸入端的三個(gè)管腳不可懸空，其中DO，D1腳接高電平，D2腳要接地。

3 硬件電路設(shè)計(jì)
??? AD9850控制字的寫(xiě)入方式有串行和并行兩種。并行寫(xiě)入方式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤欤軌蛱嵘麄€(gè)系統(tǒng)的處理速度，但占用的單片機(jī)的I／O口資源太多。與并行方式相比，串行寫(xiě)入方式在數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣壬弦?，但它更大?yōu)點(diǎn)是能節(jié)省很多I／O口資源。所以，本系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)作為控制核心，通過(guò)串行寫(xiě)入控制字的方式控制AD9850芯片，加上鍵盤(pán)和LED顯示部分等外圍電路，構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)電路。為了詳細(xì)介紹AD9850的用法，這里重點(diǎn)給出本系統(tǒng)中AT89S52單片機(jī)與AD9850芯片連接電路，如圖3所示，其中R1=3．9 kΩ，R2=50Ω，R3=25Ω，單片機(jī)晶振選用12 MHz，電容采用20 pF經(jīng)典值。單片機(jī)采用12 MHz晶振時(shí)，它的高電平時(shí)間能夠滿足AD9850復(fù)位要求，故可將AD9850的復(fù)位端與單片機(jī)的復(fù)位端直接相連。

4 軟件部分設(shè)計(jì)
??? 軟件程序的功能就是通過(guò)程序使整個(gè)系統(tǒng)按照人們的設(shè)想要求工作起來(lái)，本系統(tǒng)中最主要的部分就是將AD9850的40位控制字通過(guò)單片機(jī)寫(xiě)入到AD9850芯片內(nèi)，系統(tǒng)的程序流程圖如圖4所示。要根據(jù)寫(xiě)入控制字方式的不同嚴(yán)格按照A9850的時(shí)序圖來(lái)編寫(xiě)控制字寫(xiě)入子程序。本文主要給出串行寫(xiě)入方式的匯編源程序以供讀者調(diào)試參考。

AD9850數(shù)據(jù)傳送子程序如下：
??? DDS_DATA BIT P1.3
??? DDS_WCLK BIT P1.4
??? DDS_FQUD BIT P1.5
??? DATAO DATA 30H
??? DATAl DATA 31H
??? DATA2 DATA 32H
??? DATA3 DATA 33H
??? DATA4 DATA 34H
??? 0RG 0000H
??? MAIN：
?????? MOV 30H，#OH
?????? MOV 31H，#06H
?????? MOV 32H，#66H
?????? MOV 33H，#66H
?????? MOV 34H，#66H
?lcall SEND_DATA
?lcall SEND_DATA
?SJMP ＄
?END_DATA：
????? MOV R1，#DATA4
????? MOV R0，#05H
????? CLR DDS_FQUD
?L00P_SEND_W：
????? MOV A，@R1
????? CLR C
?SEND_1_BIT：
?LOOP_SEND：
????? CLR DDS_WCLK
????? RRC A
????? MOV DDS_DATA，C
????? DJNZ R2，LOOP_SEND
????? DEC R1
????? DJNZ R0，LOOP_SEND_W
????? SETB DDS_FQUD
?RET
?End

5 結(jié) 語(yǔ)
??? 本文在介紹經(jīng)典DDS芯片AD9850的基礎(chǔ)上，采用AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)串行控制方式的正弦信號(hào)發(fā)生器可行性方案，并給出了部分重要電路圖和調(diào)試源程序。最后筆者通過(guò)實(shí)際電路的測(cè)試表明，該電路設(shè)計(jì)方案正確可行，頻率容易控制，操作簡(jiǎn)單靈活，且具有廣闊的應(yīng)用前景。