AD9833型高精度可编程波形发生器及其应用

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作者：刘国良,廖力清,施进平时间：2007-01-26来源：《国外电子元器件》收藏

1 引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/21226.htm

ad9833是adi公司生产的一款低功耗，可编程波形发生器，能够产生正弦波、三角波、方波输出。波形发生器广泛应用于各种测量、激励和时域响应领域，ad9833无需外接元件，输出频率和相位都可通过软件编程，易于调节，频率寄存器是28位的，主频时钟为25mhz时，精度为0.1hz，主频时钟为1mhz时，精度可以达到0.004hz。

可以通过3个串行接口将数据写入ad9833，这3个串口的最高工作频率可以达到40mhz，易于与dsp和各种主流微控制器兼容。ad9833的工作电压范围为2.3v－5.5v。

ad9833还具有休眠功能，可使没被使用的部分休眠，减少该部分的电流损耗，例如，若利用ad9833输出作为时钟源，就可以让dac休眠，以减小功耗，该电路采用10引脚msop型表面贴片封装，体积很小。

ad9833的主要特点如下：

频率和相位可数字编程；

工作电压为3v时，功耗仅为20mw；

输出频率范围为0mhz－12.5mhz；

频率寄存器为28位（在25mhz的参考时钟下，精度为0.1hz）；

可选择正弦波、三角波、方波输出；

无需外界元件；

3线spi接口；

温度范围为－40℃－＋105℃。

2 ad9833的结构及功能

2.1 电路结构

ad9833是一块完全集成的dds（direct digital frequency synthesis）电路，仅需要1个外部参考时钟、1个低精度电阻器和一个解耦电容器就能产生高达12.5mhz的正弦波。除了产生射频信号外，该电路还广泛应外于各种调制解调方案。这些方案全都用在数字领域，采用dsp技术能够把复杂的调制解调算法简化，而且很精确。

ad9833的内部电路主要有数控振荡器（nco）、频率和相位调节器、sine rom、数模转换器（dac）、电压调整器，其功能框图如图1所示。

ad933的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器组成，每来1个时钟，相位寄存器以步长增加，相位寄存器的输出与相位控制字相加后输入到正弦查询表地址中。正弦查询表包含1个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0°－360°范围内的1个相位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号，去dac输出模拟量，相位寄存器每经过228/m个mclk时钟后回到初始状态，相应地正弦查询表经过一个循环回到初始位置，这样就输出了一个正弦波。输出正弦波频率为：

fout＝m（fmclk/228）（1）

其中，m为频率控制字，由外部编程给定，其范围为0≤m≤228－1。

vdd引脚为ad9833的模拟部分和数字部分供电，供电电压为2.3v－5.5v。ad9833内部数字电路工作电压为2.5v，其板上的电压调节器可以从vdd产生2.5v稳定电压，注意：若vdd小于等于2.7v，引脚cap/2.5v应直接连接至vdd。

2.2 功能描述

ad9833有3根串行接口线，与spi、qspi、mi－crowire和dsp接口标准兼容，在串口时钟sclk的作用下，数据是以16位的方式加载到设备上，时序图如图3所示，fsync引脚是使能引脚，电平触发方式，低电平有效。进行串行数据传输时，fsync引脚必须置低，要注意fsync有效到sclk下降沿的建立时间t7的最小值。fsync置低后，在16个sclk的下降沿数据被送到ad9833的输入移位寄存器，在第16个sclk的下降沿fsync可以被置高，但要注意在sclk下降沿到fsync上升沿的数据保持时间ts的最小和最大值。当然，也可以在fsync为低电平的时候，连续加载多个16位数据，仅在最后一个数据的第16个sclk的下降沿的时将fsync置高，最后要注意的是，写数据时sclk时钟为高低电平脉冲，但是，在fsync刚开始变为低时，（即将开始写数据时），sclk必须为高电平（注意t11这个参数）。

当ad9833初始化时，为了避免dac产生虚假输出，reset必须置为1（reset不会复位频率、相位和控制寄存器），直到配置完毕，需要输出时才将reset置为0；reset为0后的8－9个mclk时钟周期可在dac的输出端观察到波形。

ad9833写入数据到输出端得到响应，中间有一定的响应时间，每次给频率或相位寄存器加载新的数据，都会有7－8个mclk时钟周期的延时之后，输出端的波形才会产生改变，有1个mclk时钟周期的不确定性，因为数据加载到目的寄存器时，mclk的上升沿位置不确定。

3 ad9833的引脚功能及时序

ad9833的引脚排列如图2所示，各个引脚的功能描述见表1。

ad9833的时序特性如图3、图4和表2所示。

4 ad9833的内部寄存器功能

ad9833内部有5个可编程寄存器，其中包括3个16位控制寄存器，2个28位频率寄存器和2个12位相位寄存器。

4.1 控制寄存器

ad9833中的16位控制寄存器供用户设置所需的功能。除模式选择位外，其他所有控制位均在内部时钟mclk的下沿被ad9833读取并动作，表3给出控制寄存器各位的功能，要更改ad9833控制寄存器的内容，d15和d14位必须均为0。

4.2 频率寄存器和相位寄存器

ad9833包含2个频率寄存器和2个相位寄存器，其模拟输出为

fmclk/228×freqeg （2）

其中：freqeg为所选频率寄存器中的频率字，该信号会被移相：

2π/4096×phaserec （3）

其中，phaserec为所选相位寄存器中的相位字。

频率和相位寄存器的操作如表4所示。

5 应用设计

ad9833可应用在l15型飞机控制盒配套的检测盒中，利用ad9833产生频率可调的正弦波，以模拟机轮速度传感器的速度信号，从而对控制盒的刹车防滑通道能否正常的刹车防滑进行检测。

5.1 ad9833的硬件电路连接

检测盒设计以ti公司的tms320lf2407a型dsp作为核心控制器，应用中需要2路速度信号，因此需要检测盒给出2路可独立调节的频率，图5示出tms320lf2407a与ad9833的硬件连接。

外接有源晶体振荡器的输出送给2个ad9833作为主频时钟，dsp的spi口采用主动工作方式，即用spisimo口发送数据，为了与ad9833的时序相配合，dsp的接口时钟（spiclk信号）方式选择有延时的下降沿，iopc3和iopc5作为电路选通信号，iopc3为低电平时u2被选通，此时对u1写数据无效；同理，iopc53为低电平时u1被选通，此时对u2写数据无效。

5.2 软件程序

图6示出了ad9833的软件流程。