基于AD9850的信號發(fā)生器的設計與實現(xiàn)

摘 要：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AT89S52為控制核心設計了一個串行控制方式的正弦信號發(fā)生器的可行性方案，給出了單片機AT89S52與AD9850連接電路圖和調試通過的源程序以供參考。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。
關鍵詞：AT89S52；AD9850；直接頻率合成技術；信號發(fā)生器

    直接數(shù)字頻率合成技術(DDS)是20世紀末迅速發(fā)展起來的一種新的頻率合成技術，它將先進的數(shù)字處理技術與方法引入信號合成領域，表現(xiàn)出優(yōu)越的性能和突出的特點。由于DDS器件采用高速數(shù)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(wěn)定度高等優(yōu)點，此外，DDS器件很容易實現(xiàn)對信號的全數(shù)字式調制。因此，直接數(shù)字頻率合成器以其獨有的優(yōu)勢成為當今電子設備和系統(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AT89S52為控制核心完成正弦信號發(fā)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(yè)級溫度為-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(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(shù)字幅度信息，每一個地址對應正弦波中O～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(jié)，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(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(shù)據(jù)輸入端，每次W_CLK的上升沿把一個數(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(shù)據(jù)輸入端的三個管腳不可懸空，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(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤?，能夠提升整個系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣壬弦?，但它更大?yōu)點是能節(jié)省很多I／O口資源。所以，本系統(tǒng)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(tǒng)電路。為了詳細介紹AD9850的用法，這里重點給出本系統(tǒng)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=50Ω，R3=25Ω，單片機晶振選用12 MHz，電容采用20 pF經(jīng)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(tǒng)按照人們的設想要求工作起來，本系統(tǒng)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(tǒng)的程序流程圖如圖4所示。要根據(jù)寫入控制字方式的不同嚴格按照A9850的時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(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 語
    本文在介紹經(jīng)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(fā)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。