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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 AD9850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℃。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0～360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，F(xiàn)Q_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D0，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)乃俣壬弦髢?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=50 Ω，R3=25 Ω，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AD9850的耐序圖來(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：
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。 作者：石桂名，冀勇鋼，彭海龍 來(lái)源：《現(xiàn)代電子技術(shù)》2010年第33卷第01期 |
