基于AD9852多模式信号的应用研究

刘明成，刘瑞安

（天津师范大学 物理与电子信息学院，天津 300387）

基于AD9852多模式信号的应用研究

刘明成，刘瑞安

（天津师范大学 物理与电子信息学院，天津 300387）

针对DDS器件AD9852的功能特点，设计了通过AVR单片机ATmega128控制AD9852芯片实现的程控信号源电路，并对ATmega128与AD9852之间的硬件接口电路以及软件功能的实现进行了介绍.通过此设计可以方便地实现对信号源输出频率、相位和AD9852各种模式的控制，使之能输出高稳定度、高分辨率和多模式的信号.

DDS技术；AD9852；ATmega128；多模式

直接数字频率合成技术DDS（Direct Digital Synthesis，DDS）是一种新的频率合成方法，它采用全数字技术，一般由相位累加器、相位幅度转换和数模转换器组成，具有频率分辨率高、稳定度高、频率转化速度快、相位噪声低和易于控制等诸多优点，已广泛应用于现代民用无线通信系统、雷达和现代化仪器仪表等多个领域［1］.

AD985X系列DDS器件不仅具备高性能，还是ADI公司较早推出的、认知度较高的产品，该系列所有成员的输出均无杂散，动态范围较广，控制接口除AD9857外均为串行和并行2种，除少数几个产品外，都可以实现方波输出.该系列大部分产品都具有多种调相或调频功能，可广泛应用于无线通信领域.利用AD9852芯片实现频率波形综合器突出体现了直接数字频率合成器频率分辨率高（可达到10～6 Hz）、频率转换速度快（可达到纳秒级）和输出频谱纯等特点，还可以控制其调幅、调相和（非）线性调频，产生多种复杂波形信号.该芯片输出频率为0～120 MHz，开展多种模式下AD9852信号生成的应用设计研究可以利用1个AD9852芯片分时产生不同模式的信号，为无线通信领域应用DDS技术提供一个良好的技术平台.

1 AD9852的主要功能特点

AD9852是采用先进的DDS技术开发的高集成度DDS器件，内置高速、高性能D／A转换器高速比较器，可作为数字编程控制的频率合成器，产生120 MHz的模拟正弦波.AD9852内含1 024×32静态RAM，利用该RAM可实现高速调制，并支持多种扫频模式.同时，AD9852可提供自定义的线性扫频操作模式，通过AD9852的串行I／O口输入控制字，实现快速变频，且具有良好的频率分辨率.目前，AD9852芯片的应用范围包括灵敏频率合成器、可编程时钟发生器、雷达和扫描系统的FM调制源以及测试和测量装置等，其内部结构如图1所示［2］.

图1 AD9852的内部结构图Figure 1 Internal function block diagram of AD9852

2 程控信号源设计

整个电路设计采用了ATMEL公司研发的RISC（Reduced Instruction Set Computer，RISC）精简指令集的高速8位单片机ATmega128，如图2所示，利用ATmega128对芯片AD9852、按键输入控制电路和频率显示电路进行控制.AD9852的数据输入方式分为并行方式和串行方式2种，本研究的电路设计采用串行数据传输方式将各种控制字（数据）输送到AD9852的内部控制寄存器.

图2 ATmega128控制AD9852的电路设计图Figure 2 Circuit design of AD9852 controlled by ATmega128

由于ATmega 128的工作电压为＋5 V，而AD9852的工作电压为＋3.3 V，两者的引脚不可直接相连，因此，ATmega128与AD9852之间的数据信号传输需要通过SN54LVTH162245进行信号电平的转换，同时需要利用SPX1117低压差稳压器把＋5 V供电电压转换为AD9852需要的＋3.3 V 电源电压［3］.

频率显示电路的设计主要是由LCD液晶显示器组成.液晶显示器采用凌阳科技的SPLC501芯片作为LCD驱动和控制器，属于128×64点阵图形液晶显示器.以ATmega128的PE口的8根I／O线作为数据传送端口，采用并行输入方式传送数据和字符，以ATmega128的PF0～PF3口的4根I／O线控制芯片SPLC501的读、写等端口.

ATmega 128控制AD9852的电路设计系统需要输入频率数值和相位数值，同时需要具有输入出错时的纠错、删除和AD9852的工作模拟选择等按键功能，所以根据键盘电路设计的按键功能分配，按键控制电路至少需要二十几个键.本研究根据信号源电路I／O口的分配情况，采用4×8的矩阵式键盘输入方式［4］，利用键盘查询方式判断并执行相应的按键功能.

3 数据传输中需要注意的问题

用ATmega 128实现对AD9852的控制就必须能对AD9852的40个8位寄存器的数据进行重新修改和写入.特别是AD9852中地址为1D～20（并行地址）的寄存器（控制寄存器），在这组控制寄存器中，1F寄存器的0～4位为时钟乘法器倍数控制字，要实现300 MHz的工作时钟频率，且外部参考时钟选择30 MHz，就必须按要求在上述5位写入01010（×10倍），使AD9852时钟频率达到设计要求；而要选择AD9852的FSK工作模式，就要在20H寄存器中的1～3位写入001，才能使AD9852按照既定的模式正常工作［5］；此外还要注意1D寄存器几个掉电选择控制位的重新设计.

如果AD9852相位累加器的位数为N，相位控制字的值为F N，频率控制字的位数为M，频率控制字的值为F M，系统外部参考时钟频率为30 MHz，10倍参考时钟倍乘器使能，那么经过内部10倍参考时钟倍乘器后，可以得到AD9852内部工作时钟FC为300 MHz，此时最终合成信号的频率由公式（1）来决定，合成信号的相位由公式（2）来决定［6］：

当AD9852的参考时钟频率为300 MHz时，其频率分辨率接近300×106／248＝1×10－6Hz，相位控制精度为360／214＝0.022°，幅度控制范围为20log212＝72 dB.AD9852具有48位频率累加器，要得到精确的频率输出，还要对AD9852的04～09和0A～0F（并行）地址的频率寄存器写入相应的正确数据，与十进制频率数值相对应的48位二进制数据按式（1）计算，相位数据输入按式（2）计算.只有写入了正确的频率和相位控制字才能使信号源输出符合要求的精确波形信号［7］.

当AD9852时钟乘法器的倍数选择过大时，芯片AD9852可能会出现因时钟频率过高而导致的芯片过热现象，因此，为安全起见要适时降低时钟乘法器的倍频数值.改变时钟频率FC需要对键盘输入的频率和相位数值（十进制）按更改后的时钟频率FC进行重新计算，并转换成新的48位频率和相位控制字，重新写入对应的寄存器.

4 AD9852几种模式信号的实现

4.1 AD9852调幅波（AM）的实现

当AD9852置于单调模式（Single Tone—000模式）时［3］，即将AD9852内部控制寄存器中（串行地址07 H）第9，10和11位数据置0，同时将内部控制寄存器第5和第4位数据置1，输出的信号频率将以串行地址02 H的数据值输出，而对AD9852的30引脚（SHAPED—KEYING）输入另一正弦波控制信号（500 Hz），则信号输出为如图3所示的调幅波（AM）信号.其中，AD9852内部控制寄存器中的第5位数据为Shaped—Keying使能位，第4位数据为内、外部Shaped—Keying选择位.

图3 AD9852的调幅波（AM）Figure 3 AM signal of AD9852

4.2 AD9852—FSK信号的实现

当AD9852的工作模式置于无过渡频移键控模式（Unramped FSK—001模式）时，即AD9852内部控制寄存器中（串行地址07 H）第9，10和11位数据置于001，且AD9852的29引脚（FSK／BPSK／HOLD）输入一正弦波控制信号时，信号输出为如图4所示的FSK模式信号.其中，AD9852内部频率寄存器中（串行地址02H和03H）分别写入了不同的频率数据（F1和F2）.

图4 AD9852的FSK信号Figure 4 FSK signal of AD9852

4.3 AD9852—BPSK信号的实现

当AD9852置于两点相移键控模式（BPSK—00模式）时，即AD9852内部控制寄存器（串行地址07H）第9，10和11位数据置于100，而AD9852的29引脚（FSK／BPSK／HOLD）输入一正弦波控制信号时，信号输出为如图5所示的BPSK模式信号.其中，AD9852内部相位寄存器中（串行地址00 H和01H）分别写入了不同的相位数据（P1和P2）.

图5 AD9852的BPSK信号Figure 5 BPSK signal of AD9852

5 结束语

DDS是一种全新的频率合成方法，将DDS技术应用于信号源是DDS应用的一个重要方面.本研究针对DDS器件AD9852的功能特点，设计了通过AVR单片机ATmega128控制AD9852芯片实现的程控信号源电路，在设计电路中，通过示波器观察，可以看到清晰的波形，通过人工控制信号输入，可以看到不同的稳定波形，输出的多模式信号可以广泛地应用于通信、频标、雷达和宇航等方面［8］，随着DDS技术的不断发展，它将会在许多新的领域得到更为广泛的应用.

［1］ 聂海霞，廖文帅.AD985X系列DDS器件及其应用［J］.电子设计应用，2003（10）：90－91.

［2］ 许加枫，刘抒珍，刘小红.高性能DDS芯片AD9854及其应用［J］.国外电子元器件，2004（11）：23－26.

［3］ 刘明成，孙景瑞，武津城.基于DDS芯片的信号源应用设计［J］.天 津 师 范 大 学 学 报：自 然 科 学 版，2008，28（4）：66－68.

［4］ 王永涛，韩建，牟海维，等.基于单片机与AD9852的信号源设计［J］.电测与仪表，2006（7）：39－41.

［5］ 张园.用DDS器件形成多种信号［J］.电子工程师，2005（8）：39－41.

［6］ 李跃峰.AD9852的应用［J］.火控雷达技术，2000（12）：7－16.

［7］ 潘炳松，许明，潘锦.DDS芯片AD9852及其应用［J］.电子技术，2002（4）：46－48.

［8］ 杜红，祖静.直接数字频率合成器AD9852的原理及应用［J］.科技情报开发与经济，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

天津市自然科学基金资助项目（09JCYBJC00100）.

刘明成（1968—），男，高级实验师，主要从事通信与信息系统方面的研究.

（责任编校 纪翠荣）