一种基于C8051F单片机和AD9959的高精度信号发生器的设计

摘要: 随着数字集成电路、微电子技术和 EDA技术的深入研究,DDS技术以其有别于其它频率合成技术的优越性能和特点，成为现代频率合成技术中的佼佼者。结合 DDS的基本原理简要介绍了 AD9959的特性、 内部结构和控制应用,并且用 AD9959配以C8051F330D单片机实现了一种多种信号模式输出的高精度信号源。对 AD9959的控制口线和软硬件实现作了介绍,并且给出了相应的示意图。测试结果表明,信号源输出频率的分辨率、稳定度和一系列功能完全达到预定的指标。

关键词: 直接数字频率合成；信号发生器；单片机；AD9959

中图分类号：TP346 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2012)29-7125-04

DDS( direct digital frequency synthesis)直接数字频率合成芯片近年来广泛应用与军事、航天、汽车、工业控制等诸多领域。它以频率分辨率高、频率范围宽、转换速度快得到了业内众多设计师的青睐。本文采用Silicon公司全集成混合信号SOC单片机控制ADI公司的四路DDS芯片AD9959实现高稳定度的信号产生，达到了预期的效果。

本设计中使用单片机本身自带的SPI三线接口 ,不需要外加中间器件 ,只需要几根导线 ,就可以将AD9959的各个控制字的写入。通过交叉开关将SPI口配置为P0.0/P0.1/P0.2，即外部管脚的2、3、4。

3 DDS芯片介绍

AD9959是美国ADI公司生产的四通道直接数字频率合成器，芯片内部集成了四个DDS内核。四路DDS公用一个系统时钟，但可以对其独立编程。每一个通道都具有32位频率控制字、14 位相位控制字、10 位幅度控制字；通道隔离度> 65 dB；线性频率、相位、幅度扫描能力；PLL倍频器可以通过软件编程在4～20 之间设定。因为 AD9959具有能够输出多通道相关信号的能力，所以 AD9959 可以广泛地应用于各种场合。

4 硬件设计

本设计采用单片机直接控制DDS芯片，由于单片机和DDS芯片的数字I/O口均用3.3V供电，故控制中不需要另加缓冲器件。单片机和AD9959的连线图如图4。

/CS为片选信号，低电平有效；；I/O_UPDATA为配置有效的触发信号；PWR_D_CTRL高电平代表支持外部开关， 低电平为不支持；PS0～PS3在线性扫描和调制模式下用来控制扫描方向和提供调制编码； SDIO0～SDIO3为数据的I/O口线，其中 SDIO0 是专用串行口，其他的三根口线可以复用为控制端口，每根口线的最高速率是200MHz，所以最高传输速率可达到800MHz，大大提高了传输速率。

AD9959的寄存器配置都是通过SPI口写入的，包括通道选择、通道控制、频率控制字、相位控制字、幅度控制字等，在写入这些控制字后给出一个UP_DATE的上升沿使之起作用，输出信号。在程序控制一节中将重点介绍这些控制字的配置。

硬件设计中要注意在电路板布局中的电磁兼容特性，数字地和模拟地要分开布线，在电源引脚附近加去耦电容，尽量靠近器件；元器件的布局要合理，高速器件要尽量靠近接插件；差分信号线一定要等长。

6 结论

经过测试，本设计完全达到预定的指标，在 0～100MHz的频率范围内，分辨率可达到1Hz，可以实现调幅、脉冲线性调频和BPSK调相等功能，轻松实现扫频功能，信号杂散抑制大于75dB，使用SPI口进行数据传输节省了管脚又提高了数据传输速度，4通道设计且各个通道可独立控制，可以满足不同的信号形式，这款信号发生器在应用中非常方便，成本低廉，相信多通道DDS的应用前景会更美好。

参考文献：

[1] C8051f330/1 Data Sheet.Silicon Lab Inc. 2003 C8051F330/1混合信号ISP FLASH微控制器数据手册[M].潘琢金,译.2003.

[2] AD9959 Data Sheet[M].Analog Device Inc.2005.

[3] 任季中,冯小平.高性能DDS芯片AD9959及其应用[J].电子元器件应用,2007(6).