基于STM32F103 并行驅動AD9851模塊 DDS函數(shù)信號發(fā)生器輸出正弦波/方波信號

一、AD9851模塊簡介

??AD9851是一款高度集成的器件，采用先進的DDS技術，再加上內(nèi)部高速，高性能的D/A轉換器和比較器，形成一個數(shù)字可編程頻率合成器和時鐘發(fā)生器功能。當參考準確的時鐘源時，AD9851產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率并進行相位可編程的數(shù)字化模擬輸出正弦波。該正弦波可以直接用作頻率源，或內(nèi)部轉換為方波敏捷時鐘生成器應用程序。 AD9851的創(chuàng)新高速DDS內(nèi)核接受32位頻率調(diào)諧字，導致輸出調(diào)諧分辨率約為系統(tǒng)時鐘為180MHz時為0.04Hz。AD9851包含獨特的 6XREFCLK乘法器電路消除了需要一個高速參考振蕩器。 6XREFCLK乘法器對SFDR和相位噪聲特性的影響最小。
特性

  • 通訊協(xié)議：SPI串行/并行
  • 180MHz時鐘頻率，可選6位參考時鐘
  • DAC分辨率：10位
  • 相位累加器：32位
  • 輸出信號：正弦波，方波。正弦波帶65MHz低通濾波器，方波耦合輸出
  • 輸出通道：2通道差分。相位差180度，高頻輸出由于有濾波器，相位會偏移
  • 信號特點：正弦波無耦合輸出。輸出帶自帶直流分量，接入射頻設備請加隔直器也可直接使用示波器測量
  • 輸出正弦波/方波最高主頻：1Hz-65M/30MHz，方波10MHz以上需要示波器輸入阻抗為50歐，方波占空比可調(diào)
  • 輸出幅度：正弦波1000mVpp，方波5Vpp，正弦波隨頻率增加幅度減小，方波隨著頻率增加波形變化
  • 輸出阻抗：75歐

二、AD9851引腳說明

D0-D7 8 位數(shù)據(jù)輸入。用于加載 32 位頻率字和 8 位相位/控制字的數(shù)據(jù)端口。D7 = MSB，D0 = LSB。D7也用作 40 位串行數(shù)據(jù)字的輸入引腳。
W_CLK 串行時鐘輸入。上升沿將并行或串行頻率/相位/控制字異步加載到 40 位輸入寄存器中。
FQ_UD 頻率更新。上升沿異步傳輸 40 位輸入寄存器的內(nèi)容，以供 DDS 內(nèi)核處理。當已知輸入寄存器的內(nèi)容僅包含有效且允許的數(shù)據(jù)時，應發(fā)出 FQ_UD。
RSET 主復位引腳，高電平有效。
OUT DAC差分輸出

三、功能框圖和時序圖分析

時序簡單分析：

  1. 復位
    RESET 拉高 → 相位累加器清零，默認進入 并行模式，PLL 關閉。
  2. 并行方式
    每次通過 W0–W4 裝載 40 位數(shù)據(jù)（8 位一組），W0 含控制字與相位字，W1–W4 為頻率調(diào)諧字。
    WCLK 上升沿鎖存數(shù)據(jù)，最后 FQ_UD 上升沿觸發(fā)更新。
  3. 串行方式
    首先在并行方式下寫入特殊碼 xxxxx011 → 切換至串行。
    串行移入 40 位數(shù)據(jù)，LSB 先行，最后 FQ_UD 上升沿更新。
  4. 延遲
    頻率更新延遲：約 18 個 SYSCLK 周期。
    相位更新延遲：約 13 個 SYSCLK 周期。

四、并行/串行裝載 40位控制字分配

??并行裝載：W0 是“控制 + 相位”字；W1~W4 是 32 位頻率調(diào)諧字（FTW，W1 放 MSB）。其中W0位定義為：
????D7…D3：Phase[4:0]（D7 是相位 MSB，D3 是相位 LSB，步進 11.25°）
????D2：低功耗
????D1：邏輯 0（僅在“請求進入串行模式”時臨時使用；進入后必須再寫回 0）
????D0：6× REFCLK 倍頻使能


??串行裝載：40-bit 一次性移入，先 32 位頻率，再控制，再相位。


進入串行模式需要留意的地方：
??上電復位后默認并行模式。在并行端口寫入 W0 時，把 D1 置 1（僅用于“請求串行”），D0 按你是否要啟用 ×6 設置；隨后按手冊 Figure 17 的時序切換到串行移位口。進入后務必再把并口 W0 的 D1 寫回 0。串行移位是按位 LSB-first；若用 MCU 的 SPI（通常 MSB-first），要么“反相/反序”配置 SPI，要么對每個字節(jié)做逐字節(jié)位反轉再發(fā)。


五、STM32F103驅動AD9851

準備工作

??STM32F103ZET6開發(fā)板、AD9851模塊、OLED顯示屏、EC11旋轉編碼器。

接線說明

STM32F103ZET6 AD9851模塊
PA3 FQ
PA4 CLK
PA6 REST
PC0 D0
PC1 D1
PC2 D2
PC3 D3
PC4 D4
PC5 D5
PC6 D6
PC7 D7
PA0 旋轉編碼器-A ，用于調(diào)節(jié)輸出頻率
PA1 旋轉編碼器-B ，用于調(diào)節(jié)輸出頻率
PA2 旋轉編碼器-S，移位調(diào)節(jié)
PB8 OLED-SCL
PB9 OLED-SDA
5V 5V
GND 共地

其中，當使用串行驅動時，DO、D1、D2腳需輸入(110)固定電平，D3-6可以懸空不接，D7用作40位串行數(shù)據(jù)輸入引腳。

示例代碼

AD9851.c

//***************************************************//
//函數(shù)1:           ad9851_reset()                    //
//函數(shù)2:           ad9851_reset_serial()             //
//函數(shù)3:           ad9851_wr_parrel(unsigned char w0,double frequence)//
//函數(shù)4:           ad9851_wr_serial(unsigned char w0,double frequence)//
//***************************************************//
//                  子程序說明                       //
//***************************************************//
//函數(shù)1:  ad9851_reset()
//        復位ad9851，之后為并口寫入模式        
//函數(shù)2:  ad9851_reset_serial()
//        復位ad9851，之后為串口寫入模式
//函數(shù)3:  ad9851_wr_parrel(unsigned char w0,double frequence)
//        并口寫ad9851數(shù)據(jù)，w0為ad9851中w0的數(shù)據(jù)，frequence
//        為寫入的頻率    
//函數(shù)4:  ad9851_wr_serial(unsigned char w0,double frequence)
//        串口寫ad9851數(shù)據(jù)，w0為ad9851中w0的數(shù)據(jù)，frequence
//        為寫入的頻率    
//需定義的位：
         //ad9851_w_clk    ;
         //ad9851_fq_up    ;
         //ad9851_rest     ;
         //ad9851_bit_data ;
//例：
         //sbit ad9851_w_clk    =P2^2;
         //sbit ad9851_fq_up    =P2^1;
         //sbit ad9851_rest     =P2^0;
         //sbit ad9851_bit_data =P1^7;
//***************************************************//
//                 寫數(shù)據(jù)說明                        //
//***************************************************//
//寫數(shù)據(jù)例：
//       ad9851_reset()
//       wr_lcd02_data(unsigned char x)
//       ad9851_wr_parrel(0x01,1000)
//       ad9851_wr_serial(0x01,1000)
//***************************************************//
//---------------------------------------------------//
//                   程序                            //
//---------------------------------------------------//
# include <AD9851.h>
# include <stdio.h>

u8 AD9851_FD=0x00; //倍頻數(shù)
void (*_AD9851_Setfq)(u8 w0,double frequence);
//P1為8位數(shù)據(jù)口
//***************************************************//
//              ad9851復位(并口模式)                 //
//---------------------------------------------------//
void ad9851_reset()
{
ad9851_w_clk=0;
ad9851_fq_up=0;
//rest信號
ad9851_rest=0;
ad9851_rest=1;
ad9851_rest=0;
}
//***************************************************//
//              ad9851復位(口模式)                 //
//---------------------------------------------------//
void ad9851_reset_serial()
{
ad9851_w_clk=0;
ad9851_fq_up=0;
//rest信號
ad9851_rest=0;
ad9851_rest=1;
ad9851_rest=0;
//w_clk信號
ad9851_w_clk=0;
ad9851_w_clk=1;
ad9851_w_clk=0;
//fq_up信號
ad9851_fq_up=0;
ad9851_fq_up=1;
ad9851_fq_up=0;
}
//***************************************************//
//          向ad9851中寫命令與數(shù)據(jù)(并口)             //
//---------------------------------------------------//
void ad9851_wr_parrel(u8 w0,double frequence)
{
u32 w;
long int y;
double x;
//計算頻率的HEX值
x=4294967295/180;//適合180M晶振/180為最終時鐘頻率（或30M六倍頻）
//如果時鐘頻率不為180MHZ，修改該處的頻率值，單位MHz ?。。?frequence=frequence/1000000;
frequence=frequence*x;
y=frequence;
//寫w0數(shù)據(jù)
w=w0;   
AD9851_DataBus=w|(w^0xff)<<16;     //w0
ad9851_w_clk=1;
ad9851_w_clk=0;
//寫w1數(shù)據(jù)
w=(y>>24);
AD9851_DataBus=w|(w^0xff)<<16;     //w0
ad9851_w_clk=1;
ad9851_w_clk=0;
//寫w2數(shù)據(jù)
w=(y>>16);
AD9851_DataBus=w|(w^0xff)<<16;     //w0
ad9851_w_clk=1;
ad9851_w_clk=0;
//寫w3數(shù)據(jù)
w=(y>>8);
AD9851_DataBus=w|(w^0xff)<<16;     //w0
ad9851_w_clk=1;
ad9851_w_clk=0;
//寫w4數(shù)據(jù)
w=(y>>=0);
AD9851_DataBus=w|(w^0xff)<<16;     //w0
ad9851_w_clk=1;
ad9851_w_clk=0;
//移入始能
ad9851_fq_up=1;
ad9851_fq_up=0;
}
//***************************************************//
//          向ad9851中寫命令與數(shù)據(jù)(串口)             //
//---------------------------------------------------//
void ad9851_wr_serial(u8 w0,double frequence)
{
unsigned char i,w;
long int y;
double x;
//計算頻率的HEX值
x=4294967295/125;//適合180M晶振/180為最終時鐘頻率（或30M六倍頻）
//如果時鐘頻率不為180MHZ，修改該處的頻率值，單位MHz  ?。。?frequence=frequence/1000000;
frequence=frequence*x;
y=frequence;
//寫w4數(shù)據(jù)
w=(y>>=0);
for(i=0;i<8;i++)
{
ad9851_bit_data=(w>>i)&0x01;
ad9851_w_clk=1;
ad9851_w_clk=0;
}
//寫w3數(shù)據(jù)
w=(y>>8);
for(i=0;i<8;i++)
{
ad9851_bit_data=(w>>i)&0x01;
ad9851_w_clk=1;
ad9851_w_clk=0;
}
//寫w2數(shù)據(jù)
w=(y>>16);
for(i=0;i<8;i++)
{
ad9851_bit_data=(w>>i)&0x01;
ad9851_w_clk=1;
ad9851_w_clk=0;
}
//寫w1數(shù)據(jù)
w=(y>>24);
for(i=0;i<8;i++)
{
ad9851_bit_data=(w>>i)&0x01;
ad9851_w_clk=1;
ad9851_w_clk=0;
}
//寫w0數(shù)據(jù)
w=w0;   
for(i=0;i<8;i++)
{
ad9851_bit_data=(w>>i)&0x01;
ad9851_w_clk=1;
ad9851_w_clk=0;
}
//移入始能
ad9851_fq_up=1;
ad9851_fq_up=0;
}
void AD9851_IO_Init(void)
{
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure ; 
    
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);  //使能PB,PE端口時鐘

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0| GPIO_Pin_1| GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3| GPIO_Pin_4| GPIO_Pin_5| GPIO_Pin_6| GPIO_Pin_7 ; 
    GPIO_Init(GPIOC ,&GPIO_InitStructure) ;
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4| GPIO_Pin_6; 
    GPIO_Init(GPIOA ,&GPIO_InitStructure) ;

}
void AD9851_Setfq(double fq)
{
    if(ad9851_ad9850) 
    {
        fq *= 1.44;
        AD9851_FD = 0;
    }
    _AD9851_Setfq(AD9851_FD,fq);
}
//***************************************************//
//                   測試程序1000Hz                  //
//---------------------------------------------------//
//輸入：mode  ad9851_parallel 并口    ad9851_serial 串口
//FD：0：不倍頻 1：2倍頻
void AD9851_Init(u8 mode,u8 FD)
{
    AD9851_IO_Init();
    AD9851_DataBus=0x00|(~0x00)<<16;
    
//  ad9851_reset_serial();
//  ad9851_wr_serial(0x00,1000000);
    if(mode==ad9851_parallel){_AD9851_Setfq=ad9851_wr_parrel;ad9851_reset();}
    else {_AD9851_Setfq=ad9851_wr_serial;ad9851_reset_serial();}
    if(FD==1)AD9851_FD=0x01;
//  AD9851_Setfq(1000000);
}

main.c

#include "stm32_config.h"
#include "stdio.h"
#include "Encoder.h"
#include "OLED.h"
#include "ad9851.h"

u32 SweepMinFre = 1000;
u32 SweepMaxFre = 1000000;

void SweepFre(void)  
{
    if(SweepMinFre > SweepMaxFre) SweepMinFre = 1000;
    SweepMinFre += SweepMinFre;
    AD9851_Setfq(SweepMinFre);
}

int main(void)
{
    MY_NVIC_PriorityGroup_Config(NVIC_PriorityGroup_2); //設置中斷分組
    delay_init(72); //初始化延時函數(shù)
    
    OLED_Init();
    Encoder_Init();
    delay_ms(300);
    
    AD9851_Init(ad9851_parallel, 1);
    AD9851_Setfq(1000);
//  ad9851_wr_serial(0,1000);
//  delay_ms(100);
    
    OLED_ShowString(40,5,"AD9851",16,1);
    OLED_ShowString(95,160,"Hz",16,1);
    OLED_Refresh();
    
    while(1)
    {   
        Encoder_Value_Update();
        Encoder_Display();
        
        uint32_t value = Encoder_GetValue();
        
        if(value > 65000000) value = 1000;
        AD9851_Setfq(value);
        OLED_ShowNum(20, 160, value, 9, 16, 1);
        OLED_Refresh();
        delay_ms(10);
        
//      SweepFre();
//      delay_ms(200);
    }
}

效果展示

注意事項和常見問題

注意事項
??(1)模塊為低功耗模塊，供電電源不超過5.2V。
??(2)由于模塊是高精度器件，為了避免不必要的干擾，建議使用線性電源供電。
??(3)輸出信號建議使用SMA轉BNC的線直接示波器觀測效果，接觸不良或劣質(zhì)的線材可能導致信號衰減或者噪聲過大。
??(4)配送的代碼僅為配套主控板使用，不提供單片機教程，額外功能需要自行開發(fā)。
??(5)如需簡單測試模塊功能，建議搭配本店控制板使用，先給DDS 模塊供電，再給控制板供電即可產(chǎn)生波形，長按中間鍵切換功能。

常見問題
??Q：AD9851模塊的2個輸出口是什么關系，可以設置成不同的頻率輸出嗎?
??A：AD9851模塊的2個輸出口不能設置成不同的頻率輸出。OUT1與 OUT1相位固定相差180°。
??Q：模快的主頻是多少？輸出幅度可以調(diào)？
??A：模塊的主頻是輸入時鐘和程序一起決定的，板載默認時鐘為30MHz，程序控制倍頻為6倍，即默認主頻為180MHz。輸出幅度是固定的，沒有辦法程控。
??Q：模塊可以實現(xiàn)掃頻么？方波占空比可調(diào)嗎?
??A：模塊可以實現(xiàn)掃頻。本店提供的代碼可支持掃頻。模塊方波占空比可以調(diào)節(jié)。
??Q：兩通道可以獨立調(diào)節(jié)嗎？可以做調(diào)制嗎?
??A：兩個通道固定相差180度，頻率高了由于濾波器作用可能相移，不可獨立調(diào)節(jié)。默認代碼是點頻信號，其他模式需要自行編程。

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