STM32的AD9854 DDS模块调试总结

　　DDS基本原理和特点

　　1、DDS基本原理

　　直接频率合成技术实际上是通过将存储的波形数据，通过特定算法，经过高速D／A转换器转换成所需要模拟信号的数字合成技术。其基本原理框图如图1所示。

　　由图1可见，其主要由标准参考频率源、相位累加器、波形存储器、数／模转换器等部分组成。其中，参考频率源一般是一个高稳定的晶体振荡器，其输出信号用于DDS中各部件同步工作。当频率合成器正常工作时，在标准频率参考源的控制下（频率控制字K决定了其相位增量），相位累加器则不断地对该相位增量进行线性累加，当相位累加器积满量时就会产生一次溢出，从而完成一个周期性的动作，即合成信号的一个频率周期。累加器的输出地址对波形ROM进行寻址，从而把存储在相位累加器中的抽样值转化成对应的正弦波幅度序列。通过高速D／A变换把数字量变成模拟量，经过低通滤波器进一步平滑并滤掉带外杂散，得到所需的波形。

　　2、DDS实现的正弦信号分析

　　理想DDS的输出频谱就是指不存在相位舍入误差、幅度量化误差和DAC误差时，系统输出的频谱。这时，整个DDS系统就相当于理想的采样保持电路。其输出信号的频谱结构是以Sa（·）函数为包络的一组离散谱线，如图2（所选fc=200 MHz，fo=40 MHz）所示，只在f=nfc±fO=（n±K／2N）fc处存在离散谱线。

　　DDS芯片——AD9854

　　AD9854数字合成器是AD公司的一款高度集成的DDS器件，其内部集成了双48位频率累加器，双48位相位累加器，正余弦波形表，双12位正交数模转换器，双12位数字倍增器，可编程的基准时钟倍增器以及调制和控制电路，能够在单片机上实现频率调制、相位调制，可编程的幅度调制以及I，Q两路正交调制等多种功能。当AD9854作为一个精确的时钟源时，它能产生高稳定度，频率一相位一幅度均可编程的正弦和余弦输出。其主要特点有：

　　工作频率高 其工作频率高达300 MHz，其电路结构允许产生频率达到150 MHz的同时正交输出信号。相位截断到17位保证了优良的无杂散信号动态范围（SFDR）。

　　频率分辨率高 其创新的高速DDS核提供了48位的频率分辨率（当SYSCLK为300 MHz时有1μHz的调节分辨率）。

　　可编程的基准时钟倍增器 AD9854的可编程的4×～20×的REFCLK倍增器电路在内部从一个低频的外部参考时钟产生300 MHz的系统时钟，节省了用户的花费，减小系统时钟源的难度。

　　内部集成高性能DAC 两个12 b／300 MHz的DAC使输出信号的信噪比（SNR）满足要求。

　　简单的高速串、并行数据接口 并行口的数据传输速率达到100 MHz，串行口也有10 MHz的速度，频率转换时间最低能达到10 ns。

　　多种工作模式 有五种可编程的工作模式：单音调模式、非斜升FSK、斜升FSK、线性调频和BPSK，在使用中可以根据不同的需要进行转换。

　　STM32的AD9854 DDS模块调试

　　最近一段时间因为比赛需要自己制作信号源，于是在某宝上选用了AD9854 DDS模块，内部结构就不介绍了，手册上都有。该模块可以产生I、Q两路正交输出信号，即一路正弦一路余弦信号，还有一路比较器的输出信号，即方波信号。如果对输出信号幅度没要求的话也可以选择AD9851 这个模块还是比较经典的。调试方法与9854类似。我采用的是串行通信模式，比较节省IO口。 首先，对AD9854进行初始化，根据手册中时序图进行代码编写，串行模式下S/P必须接低电平，其余功能IO口设置的输出输入分别为推挽输出模式和上拉输入模式。初始化程序：

　　［html］ view plain copy《span style=“font-size:18px;”》void AD9854_Init_S（void）

　　{

　　AD9854_M_Reset_H（）;

　　AD9854_SP_L（）;

　　AD9854_SCLK_L（）;

　　AD9854_SDIO_L（）;

　　AD9854_IO_UD_CLK_L（）;

　　AD9854_CS_H（）;

　　AD9854_IO_Reset_H（）;

　　delay_int（10）;

　　AD9854_M_Reset_L（）;

　　delay_int（10）;

　　DATA［3］=0X00;

　　DATA［2］=0X4a; //10倍频

　　DATA［1］=0X00;

　　DATA［0］=0X60;

　　AD9854_Send_Data（0x07，DATA）;

　　}《/span》

　　其次，开始给寄存器对应地址写值，串行通信地址对应0x00~0x0B，并行通信写地址方式与串行有所区别，具体参考手册。简单的频率幅度控制的话，关心的地址只有0x02（I通道频率控制地址） 0x03（Q通道频率控制地址） 0x07（倍频地址） 0x08（I通道幅度控制地址） 0x09（Q通道幅度控制地址）。

　　寄存器写值先写低位，在写高位。

　　0X07地址一共4个字节，写值为DATA［3］=0X00;DATA［2］=0X4a;DATA［1］=0X00;DATA［0］=0X60;如果只修改倍频系数的话只需要修改DATA［2］的值（范围4-20倍，实际最大10倍频），若要其他功能对照手册修改对应地址的值即可。 0x02地址一共6个字节，100M对应频率字为DATA［0］=55;DATA［4］=55;DATA［3］=55;DATA［2］=55;DATA［1］=55;DATA［0］=55;换算为16进制数后1M=940000000000；写值后只需进行移位送入对应地址，方便以后频率步进，扫频功能。0x03同。有人就会问了：这里频率设置了为什么还要设置倍频系数呢？关于倍频系数，如果输出频率比较高，而倍频系数比较小的话，输出波形会失真，因此倍频系数根据你输出的频率要进行相应的设置。频率设置函数代码如下：

　　［html］ view plain copy《span style=“font-size:18px;”》void AD9854_SetFre（long long fre） //最高输入为2^48

　　{

　　DATA［5］=（u8）（fre》》40）;

　　DATA［4］=（u8）（fre》》32）;

　　DATA［3］=（u8）（fre》》24）;

　　DATA［2］=（u8）（fre》》16）;

　　DATA［1］=（u8）（fre》》8）;

　　DATA［0］=（u8）fre;

　　AD9854_Send_Data（0x02，DATA）;

　　AD9854_Send_Data（0x03，DATA）;

　　}//若要I、Q输出不同频率，0X03输入值重新定义个数组即可。《/span》

　　0x08地址一共2个字节，经实测10mV=450；幅度设置函数代码如下：

　　［html］ view plain copyvoid AD9854_SetSine（u16 Shape）//最高输入2^16

　　{

　　unsigned char A［2］={0};

　　A［1］=Shape》》8;

　　A［0］=Shape&0XFF;

　　AD9854_Send_Data（0x08，A）;

　　AD9854_Send_Data（0x09，A）;

　　}//若需两路不同幅度输出，参照上面频率控制。

　　这些步骤完成后，连线应该会输出你想要的信号，但是可能会出现恒定输出某个频率，并且波形很不光滑有许多台阶，无论如何修改倍频系数，输出不会发生改变，修改频率字输出波形也不会按照你想得那样变化。这个问题我整了好几天，真的很是无奈，要求外部5V供电，刚开始用电脑USB供电以为输入电流小而导致，后来改用稳压电源5V供电，电流2A，还是没有任何改善，9854模块上的GND与单片机的GND是接着的，后来才发现，两个GND之间存在电压差，并没有实现真正的共地，导致芯片工作不正常。

　　解决方法：外部5V供电的同时将9854模块上的3.3V供电也接到单片机上3.3V电压处，这样应该是构成了回路，GND才实现了真正的共地，问题解决。 9854这个模块还是很好用的，初始化时序没问题的话，只要在对应地址写值就可以实现你想要的输出了。并行通信的话，时序对了，跟串行地址写值稍微有点区别，也不难，参照手册即可。