基于AD9854的DDS设计
1.功能预期
本文采用DDS技术，结合单片机平台控制，实现正弦波点频、扫频，以及AM、FM、PM、FSK、PSK、ASK等调制功能。系统组成结构如图1所示，主要有单片机控制模块、键盘与显示模块、数字合成模块等。
图1 系统组成结构
2.具体实现
AD9854有10MHZ串行接口和100MHZ 8位并行接口两种方式，此处选择协议相对简单的并行传输方式，所以将芯片的S/P SELECT(Pin 70)引脚接高电平，单片机的PB0至PB7端口与AD9854的D0至D7端口相连传输数据信息，PE0至PE5端口与A0至A5端口相连传输寄存器地址信息，PD0、PD1分别与WR、RD两个引脚相连控制读写操作，由这三部分共同组成并行传输控制。例如，当WR引脚置低电平时，频率控制字通过数据端口送入I/O缓冲寄存器，再由内部的刷新时钟把控制字写入指定地址的寄存器。 为节省单片机硬件资源，简化硬件线路，本文采用矩阵式键盘，并结合软件编程，实现起始、终止频率输入，模式转换等功能。键盘共有16个键，由PF0至PF3四条行线和PA2至PA5四条列线构成。因为在显示界面中，需要光标上下移动选择输入项，并键入具体数值或按功能键切换模式，键位会面临不够用的情况，这里采用有限状态机的办法，实现了键位复用。
图2 单片机工作状态转换
图2中，当单片机运行在功能选择的左边部分时，通过数字键（8）以及数字键（2）实现模式界面“上下”切换，当按下确定键后，数字键（1）至（9）则变为数字输入键，再次键入确定，信息被单片机处理后传给AD9854，又返回到左边的功能选择，数字键位再次复用。 在仪器的整个设计中，对系统软件的设计采用模块化设计的方法。系统软件由主监控软件、键盘管理模块、显示器管理模块、界面切换模块、数据传输模块构成。上电复位后仪器首先进入主监控程序。它首先初始化外设，然后激活其他模块。键盘管理模块采用传统的逐行扫描的方法，定时器定期向每个行发送高电平，通过判断列的电平确定按键的具体按下情况。显示器管理模块在初始化之后随时准备程序调用以刷新屏幕。界面切换模块是对显示器的界面进行刷新，判断键盘输入信息实时改变界面状态。数据传输模块工作于用户输入数据之后，将数据转化为相应的并行数据信息，由I/O口传输给AD9854。系统的软件采用C语言设计，相对于汇编语言，C语言有更多的库函数可以使用，操作较为方便，模块化程序高，可读性与可移植性好。 主程序框图如图3所示。对AD9854进行初始化控制时，首先，MASTER RESET(Pin 71)脚必须置高10个系统周期以上，然后对AD9854写入控制字。一旦设定后，AD9854将保持设定状态不变，直到重新进行设置。AD9854内部通过一个地址范围为00H至27H的寄存器表存储有关的各种控制字和状态字。用户可通过I/O与该寄存器表进行通信，I/O缓冲区的内容必须在更新脉冲的作用下才能刷新到寄存器表中，这样可以很好地达到同步。寄存器表中00H、01H、02H、
03H单元分别存放14位的相位控制字1和相位控制字2，它决定了输出信号可编程控制的相位精度即最低相位为Pmn=360度/214=0.022度。04H至09H和0AH至0FH单元分别存放48位的频率控制字1和频率控制字2，它决定了输出信号可编程控制的频率精度即最低频率为fMN=300*106/248=1.066*10-6Hz。AD9854的五种工作模式选择字存放在寄存器表1EH单元。
图3 系统主程序
部分源程序如下： void ad9854f1(double f) {
table9854[0]=(uchar)((f*256)/280000000);//高位
table9854[1]=(uchar)(((f*256)/280000000-table9854[0])*256);//去掉整数部分，用原来的数减整数再乘256
table9854[2]=(uchar)((((f*256)/280000000-table9854[0])*256-table9854[1])*256); table9854[3]=(uchar)(((((f*256)/280000000-table9854[0])*256-table9854[1])*256-table9854[2])*256);
table9854[4]=(uchar)((((((f*256)/280000000-table9854[0])*256-table9854[1])*256-t
able9854[2])*256-table9854[3])*256);
table9854[5]=(uchar)(((((((f*256)/280000000-table9854[0])*256-table9854[1])*256-table9854[2])*256-table9854[3])*256-table9854[4])*256);
send_byte(FTW1_6,table9854[0]); //M=f*2^48/160 算出来的M转为2进制 send_byte(FTW1_5,table9854[1]); send_byte(FTW1_4,table9854[2]); send_byte(FTW1_3,table9854[3]); send_byte(FTW1_2,table9854[4]); send_byte(FTW1_1,table9854[5]); }
voidsend_byte(ucharadd,uchar data) { ROM_GPIOPinWrite(GPIO_PORTC_AHB_BASE,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_6); //拉高wr ROM_GPIOPinWrite(GPIO_PORTE_AHB_BASE,0x3f,add); //0x3f:0011 1111 给并口地址A ROM_SysCtlDelay(ROM_SysCtlClockGet()/1000000); //延时7ns以上 ROM_GPIOPinWrite(GPIO_PORTC_AHB_BASE,GPIO_PIN_6,~GPIO_PIN_6); //拉低WR ROM_GPIOPinWrite(GPIO_PORTB_AHB_BASE,0xff,data); //送数据 ROM_SysCtlDelay(ROM_SysCtlClockGet()/1000000); //延时2.5ns以上 ROM_GPIOPinWrite(GPIO_PORTC_AHB_BASE,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_6); //拉高WR ROM_SysCtlDelay(ROM_SysCtlClockGet()/1000000); //延时 }
3.总结
本文设计的信号发生器采用DDS芯片AD9854，结合单片机控制技术，不仅具有AM、FM、PM、FSK、ASK调制功能，还有点频、扫频和跳频功能。经过实际测试，其分辨率、信噪比和幅度控制达到设计要求，最高频率可达100MHz。
4.缺陷与不足
虽然并行方式通讯速率很快，但其占用IO口较多，且因为DDS自带扫频功能，实际并不需要那么快的速率，只要每次接到用户指令刷新即可满足大部分要求。