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。
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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）。
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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。
晶闸管在电力变换及控制中的应用
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