第13章DDS芯片AD9850/AD9851的设计
13.1硬件设计
信号源作为现代电子产品设计和生产中的重要工具,必须满足高精度、高速度、高分辨率等要求。本章基于DDS(DirectDigitalSynthesis,直接数字频率合成)技术，采用AD9850DDS芯片，采用F169单片机作为控制芯片，实现一种了简易信号发生器的设计，该信号发生器具有输出频率范围宽，可以输出正弦和方波两种波形，与键盘结合易于实现全数字化的设计。
13.1.1AD9850DDS芯片简介
随着数字技术的飞速发展，用数字控制方法从一个参考频率源产生多种频率的技术，即直接数字频率合成（DDS）技术异军突起。美国AD公司推出的高集成度频率合成器AD9850便是采用DDS技术的典型产品之一。
AD9850采用CMOS工艺，其功耗在3.3V左右。供电时仅为155mW，扩展工业级温度范围为-40～80℃，采用28脚SSOP表面封装形式。AD9850的引脚排列如图13-1所示：
图13-1AD9850的引脚图
图13-2中层虚线内是一个完整的可编程DDS系统，外层虚线内包含了AD9850的主要组成部分。图13-3为其组成框图。
图13-2AD9850组成原理
AD9850内含可编程DDS系统和高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成[22]。可编程DDS系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个N位相位寄存器组成，N一般为24～32。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长M递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中0°～360°范围的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动DAC以输出模式量。相位寄存器每过2NM个外部参考时钟后返回到初始状态一次，相位地正弦查询表每消费品一个循环也回到初始位置，从而使整个DDS系统输出一个正弦波。输出的正弦波周期
fout?Mfc2NT0?Tc2NM，频率
，
Tc、
fc分别为外部参考时钟的周期和频率。
AD9850采用32位的相位累加器将信号截断成14位输入到正弦查询表，查询表的输出再被截断成10位后输入到DAC，DAC再输出两个互补的电流。DAC
满量程输出电流通过一个外接电阻
RsetRset调节，调节关系为
Iset=32(1.148V/RSET)，
的典型值是3.9K?。将DAC的输出经低通滤波后接到AD9850内部的高速
比较器上即可直接输出一个抖动很小的方波。其系统功能如图3-3所示。 AD9850在接上精密时钟源和写入频率相位控制字之后就可产生一个频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出，此正弦波可直接用作频率信号源或经内部的高速比较器转换为方波输出[23]。在125MHz的时钟下，32位的频率控制字可使AD9850的输出频率分辨率达0.0291Hz；并具有5位相位控制位，而且允许相位按增量180，45，90，22.5，11.25或这些值的组合进行调整。
图13-3AD9850的内部结构
ooooo13.1.2AD9850的控制字与控制时序
AD9850有40位控制字，32位用于频率控制，5位用于相位控制。1位用于电源休眠（Powerdown）控制，2位用于选择工作方式。这40位控制字可通过并行方式或串行方式输入到AD9850，在并行装入方式中，通过8位总线D0…D7将可数据输入到寄存器，在重复5次之后再在FQ_UD上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率/相位数据寄存器（更新DDS输出频率和相位），同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。接着在W_CLK的上升沿装入8位数据，并把指针指向下一个输入寄存器，连续5个W_CLK上升沿后，W_CLK的边沿就不再起作用，直到复位信号或FQ_UD上升沿把地址指针复位到第一个寄存器。在串行输入方式，W_CLK上升沿把25引脚的一位数据串行移入，当移动40位后，用一个FQ_UD脉冲即可更新输出频率和相位。图3-4是相应的控制字并行输入的控制时序图。
图13-4控制字并行输入时序
AD9850的复位（RESET）信号为高电平有效，且脉冲宽度不小于5个参考时钟周期。AD9850的参考时钟频率一般远高于单片机的时钟频率，因此AD9850的复位（RESET）端可与单片机的复位端直接相连。值得一提的是：用于选择工作方式的两个控制位，无论并行还是串行最好都写成00，并行时的10、01和串行时的10、01、11都是工厂测试用的保留控制字，不慎使用可能导致难以预料的后果。
13.2接口电路
图13-5接口电路
图13-5是F169和AD9850DDS接口电路，P3口作为数据接口，P4.0、P4.1、P4.2和AD9850的W_CLK、FQ_UD、RESET相连作为控制引脚。 小结
AD9850芯片和AD9851芯片是不是差不多的，主要有两点区别，一是AD9850芯片外部参考晶振的上限频率是125MHz，AD9851是30MHz，二是
AD9850芯片没有倍频功能，AD9851芯片内部有六倍频功能，所以AD9851芯片最终的工作频率是180MHz，其余没有什么区别了，读者也可以根据自己的要求改进硬件或者软件，设计出满足自己系统需要的DDS信号发生器来。
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