劉明成，劉瑞安

（天津師范大學 物理與電子信息學院，天津 300387）

基于AD9852多模式信號的應用研究

劉明成，劉瑞安

（天津師范大學 物理與電子信息學院，天津 300387）

針對DDS器件AD9852的功能特點，設計了通過AVR單片機ATmega128控制AD9852芯片實現(xiàn)的程控信號源電路，并對ATmega128與AD9852之間的硬件接口電路以及軟件功能的實現(xiàn)進行了介紹.通過此設計可以方便地實現(xiàn)對信號源輸出頻率、相位和AD9852各種模式的控制，使之能輸出高穩(wěn)定度、高分辨率和多模式的信號.

DDS技術；AD9852；ATmega128；多模式

直接數(shù)字頻率合成技術DDS（Direct Digital Synthesis，DDS）是一種新的頻率合成方法，它采用全數(shù)字技術，一般由相位累加器、相位幅度轉換和數(shù)模轉換器組成，具有頻率分辨率高、穩(wěn)定度高、頻率轉化速度快、相位噪聲低和易于控制等諸多優(yōu)點，已廣泛應用于現(xiàn)代民用無線通信系統(tǒng)、雷達和現(xiàn)代化儀器儀表等多個領域［1］.

AD985X系列DDS器件不僅具備高性能，還是ADI公司較早推出的、認知度較高的產品，該系列所有成員的輸出均無雜散，動態(tài)范圍較廣，控制接口除AD9857外均為串行和并行2種，除少數(shù)幾個產品外，都可以實現(xiàn)方波輸出.該系列大部分產品都具有多種調相或調頻功能，可廣泛應用于無線通信領域.利用AD9852芯片實現(xiàn)頻率波形綜合器突出體現(xiàn)了直接數(shù)字頻率合成器頻率分辨率高（可達到10～6 Hz）、頻率轉換速度快（可達到納秒級）和輸出頻譜純等特點，還可以控制其調幅、調相和（非）線性調頻，產生多種復雜波形信號.該芯片輸出頻率為0～120 MHz，開展多種模式下AD9852信號生成的應用設計研究可以利用1個AD9852芯片分時產生不同模式的信號，為無線通信領域應用DDS技術提供一個良好的技術平臺.

1 AD9852的主要功能特點

AD9852是采用先進的DDS技術開發(fā)的高集成度DDS器件，內置高速、高性能D／A轉換器高速比較器，可作為數(shù)字編程控制的頻率合成器，產生120 MHz的模擬正弦波.AD9852內含1 024×32靜態(tài)RAM，利用該RAM可實現(xiàn)高速調制，并支持多種掃頻模式.同時，AD9852可提供自定義的線性掃頻操作模式，通過AD9852的串行I／O口輸入控制字，實現(xiàn)快速變頻，且具有良好的頻率分辨率.目前，AD9852芯片的應用范圍包括靈敏頻率合成器、可編程時鐘發(fā)生器、雷達和掃描系統(tǒng)的FM調制源以及測試和測量裝置等，其內部結構如圖1所示［2］.

圖1 AD9852的內部結構圖Figure 1 Internal function block diagram of AD9852

2 程控信號源設計

整個電路設計采用了ATMEL公司研發(fā)的RISC（Reduced Instruction Set Computer，RISC）精簡指令集的高速8位單片機ATmega128，如圖2所示，利用ATmega128對芯片AD9852、按鍵輸入控制電路和頻率顯示電路進行控制.AD9852的數(shù)據(jù)輸入方式分為并行方式和串行方式2種，本研究的電路設計采用串行數(shù)據(jù)傳輸方式將各種控制字（數(shù)據(jù)）輸送到AD9852的內部控制寄存器.

圖2 ATmega128控制AD9852的電路設計圖Figure 2 Circuit design of AD9852 controlled by ATmega128

由于ATmega 128的工作電壓為＋5 V，而AD9852的工作電壓為＋3.3 V，兩者的引腳不可直接相連，因此，ATmega128與AD9852之間的數(shù)據(jù)信號傳輸需要通過SN54LVTH162245進行信號電平的轉換，同時需要利用SPX1117低壓差穩(wěn)壓器把＋5 V供電電壓轉換為AD9852需要的＋3.3 V 電源電壓［3］.

頻率顯示電路的設計主要是由LCD液晶顯示器組成.液晶顯示器采用凌陽科技的SPLC501芯片作為LCD驅動和控制器，屬于128×64點陣圖形液晶顯示器.以ATmega128的PE口的8根I／O線作為數(shù)據(jù)傳送端口，采用并行輸入方式傳送數(shù)據(jù)和字符，以ATmega128的PF0～PF3口的4根I／O線控制芯片SPLC501的讀、寫等端口.

ATmega 128控制AD9852的電路設計系統(tǒng)需要輸入頻率數(shù)值和相位數(shù)值，同時需要具有輸入出錯時的糾錯、刪除和AD9852的工作模擬選擇等按鍵功能，所以根據(jù)鍵盤電路設計的按鍵功能分配，按鍵控制電路至少需要二十幾個鍵.本研究根據(jù)信號源電路I／O口的分配情況，采用4×8的矩陣式鍵盤輸入方式［4］，利用鍵盤查詢方式判斷并執(zhí)行相應的按鍵功能.

3 數(shù)據(jù)傳輸中需要注意的問題

用ATmega 128實現(xiàn)對AD9852的控制就必須能對AD9852的40個8位寄存器的數(shù)據(jù)進行重新修改和寫入.特別是AD9852中地址為1D～20（并行地址）的寄存器（控制寄存器），在這組控制寄存器中，1F寄存器的0～4位為時鐘乘法器倍數(shù)控制字，要實現(xiàn)300 MHz的工作時鐘頻率，且外部參考時鐘選擇30 MHz，就必須按要求在上述5位寫入01010（×10倍），使AD9852時鐘頻率達到設計要求；而要選擇AD9852的FSK工作模式，就要在20H寄存器中的1～3位寫入001，才能使AD9852按照既定的模式正常工作［5］；此外還要注意1D寄存器幾個掉電選擇控制位的重新設計.

如果AD9852相位累加器的位數(shù)為N，相位控制字的值為F N，頻率控制字的位數(shù)為M，頻率控制字的值為F M，系統(tǒng)外部參考時鐘頻率為30 MHz，10倍參考時鐘倍乘器使能，那么經過內部10倍參考時鐘倍乘器后，可以得到AD9852內部工作時鐘FC為300 MHz，此時最終合成信號的頻率由公式（1）來決定，合成信號的相位由公式（2）來決定［6］：

當AD9852的參考時鐘頻率為300 MHz時，其頻率分辨率接近300×106／248＝1×10－6Hz，相位控制精度為360／214＝0.022°，幅度控制范圍為20log212＝72 dB.AD9852具有48位頻率累加器，要得到精確的頻率輸出，還要對AD9852的04～09和0A～0F（并行）地址的頻率寄存器寫入相應的正確數(shù)據(jù)，與十進制頻率數(shù)值相對應的48位二進制數(shù)據(jù)按式（1）計算，相位數(shù)據(jù)輸入按式（2）計算.只有寫入了正確的頻率和相位控制字才能使信號源輸出符合要求的精確波形信號［7］.

當AD9852時鐘乘法器的倍數(shù)選擇過大時，芯片AD9852可能會出現(xiàn)因時鐘頻率過高而導致的芯片過熱現(xiàn)象，因此，為安全起見要適時降低時鐘乘法器的倍頻數(shù)值.改變時鐘頻率FC需要對鍵盤輸入的頻率和相位數(shù)值（十進制）按更改后的時鐘頻率FC進行重新計算，并轉換成新的48位頻率和相位控制字，重新寫入對應的寄存器.

4 AD9852幾種模式信號的實現(xiàn)

4.1 AD9852調幅波（AM）的實現(xiàn)

當AD9852置于單調模式（Single Tone—000模式）時［3］，即將AD9852內部控制寄存器中（串行地址07 H）第9，10和11位數(shù)據(jù)置0，同時將內部控制寄存器第5和第4位數(shù)據(jù)置1，輸出的信號頻率將以串行地址02 H的數(shù)據(jù)值輸出，而對AD9852的30引腳（SHAPED—KEYING）輸入另一正弦波控制信號（500 Hz），則信號輸出為如圖3所示的調幅波（AM）信號.其中，AD9852內部控制寄存器中的第5位數(shù)據(jù)為Shaped—Keying使能位，第4位數(shù)據(jù)為內、外部Shaped—Keying選擇位.

圖3 AD9852的調幅波（AM）Figure 3 AM signal of AD9852

4.2 AD9852—FSK信號的實現(xiàn)

當AD9852的工作模式置于無過渡頻移鍵控模式（Unramped FSK—001模式）時，即AD9852內部控制寄存器中（串行地址07 H）第9，10和11位數(shù)據(jù)置于001，且AD9852的29引腳（FSK／BPSK／HOLD）輸入一正弦波控制信號時，信號輸出為如圖4所示的FSK模式信號.其中，AD9852內部頻率寄存器中（串行地址02H和03H）分別寫入了不同的頻率數(shù)據(jù)（F1和F2）.

圖4 AD9852的FSK信號Figure 4 FSK signal of AD9852

4.3 AD9852—BPSK信號的實現(xiàn)

當AD9852置于兩點相移鍵控模式（BPSK—00模式）時，即AD9852內部控制寄存器（串行地址07H）第9，10和11位數(shù)據(jù)置于100，而AD9852的29引腳（FSK／BPSK／HOLD）輸入一正弦波控制信號時，信號輸出為如圖5所示的BPSK模式信號.其中，AD9852內部相位寄存器中（串行地址00 H和01H）分別寫入了不同的相位數(shù)據(jù)（P1和P2）.

圖5 AD9852的BPSK信號Figure 5 BPSK signal of AD9852

5 結束語

DDS是一種全新的頻率合成方法，將DDS技術應用于信號源是DDS應用的一個重要方面.本研究針對DDS器件AD9852的功能特點，設計了通過AVR單片機ATmega128控制AD9852芯片實現(xiàn)的程控信號源電路，在設計電路中，通過示波器觀察，可以看到清晰的波形，通過人工控制信號輸入，可以看到不同的穩(wěn)定波形，輸出的多模式信號可以廣泛地應用于通信、頻標、雷達和宇航等方面［8］，隨著DDS技術的不斷發(fā)展，它將會在許多新的領域得到更為廣泛的應用.

［1］ 聶海霞，廖文帥.AD985X系列DDS器件及其應用［J］.電子設計應用，2003（10）：90－91.

［2］ 許加楓，劉抒珍，劉小紅.高性能DDS芯片AD9854及其應用［J］.國外電子元器件，2004（11）：23－26.

［3］ 劉明成，孫景瑞，武津城.基于DDS芯片的信號源應用設計［J］.天 津 師 范 大 學 學 報：自 然 科 學 版，2008，28（4）：66－68.

［4］ 王永濤，韓建，牟海維，等.基于單片機與AD9852的信號源設計［J］.電測與儀表，2006（7）：39－41.

［5］ 張園.用DDS器件形成多種信號［J］.電子工程師，2005（8）：39－41.

［6］ 李躍峰.AD9852的應用［J］.火控雷達技術，2000（12）：7－16.

［7］ 潘炳松，許明，潘錦.DDS芯片AD9852及其應用［J］.電子技術，2002（4）：46－48.

［8］ 杜紅，祖靜.直接數(shù)字頻率合成器AD9852的原理及應用［J］.科技情報開發(fā)與經濟，2005（9）：248－249.

Study and application of multi－mold signal based on AD9852

LIUMingcheng，LIURui'an

（College of Physics and Electronic Information Science，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

AD9852's functions and features are described，and the design circuit of signal generator controlled by ATmega128 and AD9852 is introduced as well as the circuit realization of software and hardware between AT－mega128 and AD9852.From the perspective of the real working effects of the circuit design，the output wave is satisfied with the demand of high stability，high precision and multi－mold signal.

DDS technology；AD9852；ATmega128；multi－mold signal

TN742.1

A

1671－1114（2011）03－0059－04

2011－02－01

天津市自然科學基金資助項目（09JCYBJC00100）.

劉明成（1968—），男，高級實驗師，主要從事通信與信息系統(tǒng)方面的研究.

（責任編校 紀翠榮）