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AD9833介绍与应用（C语言实现）

作者：凡人多烦事01 | 2024-05-05 17:39:09

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ad9833

1.特性

  • 低功耗、可编程波形发生器，能产生正弦波、三角波和方波的输出；

  • 主频时钟为25MHz时，可实现0.1Hz的分辨率；主频时钟为1MHz时，可实现0.004Hz的分辨率；

  • 三线式串行接口(SDATA、SCLK、FSYNC)写入数据，最高能以40MHz的时钟速率工作，支持SPI通信，一个输出信号接口（VOUT），输出信号没有负电压，输出最大电压值为650mv，输出最小电压值为38mv，不是为0；

  • 输出频率范围在0MHz至12.5MHz;

注意：方波输出的最大的电压值为供电电压值3.3V，并非650mv，其是作为时钟源使用。

2.引脚配置与功能描述

 

注意：MCLK是数字时钟输入，可接一个有源晶振，若直接连接到MCU上，可用PWM波或定时器去拉高拉低控制，但最好外接一个晶振，输出频率会受此时钟引脚的控制。

3.功能框图说明

 由功能框图可看出：

输入：AD9833的输入由FSYNC引脚、SCLK引脚、SDATA引脚来控制。

寄存器：AD9833有1个控制寄存器、两个频率寄存器、两个相位寄存器、1个相位累加器。

输出：VOUT输出波形主要根据10位DAC输出正弦波和三角波，或MSB直接输出以及MSB/2输出方波。

工作流程：通过FSYNC引脚、SCLK引脚、SDATA引脚对控制寄存器、频率寄存器、相位寄存器进行写入，频率寄存器中的值输入到相位累加器中，再与相位寄存器中的值来进行相位偏移，但输出会被截断至12位，并在SIN ROM中寻找相对应相位的DAC的值经过10DAC输出或MSB直接输出或MSB/2输出到VOUT上。

注意：MSB输出的是方波，是用作时钟源使用的，输出的是供电电压3.3V，MSB输出的时钟频率是MSB/2的两倍。

4.时序特性

 由时序图可看到：

  • MCLK的一个周期时间最小值为40ns，即时钟频率最大为25MHZ；

  • 进行串行数据传输是，先拉低FSYNC引脚，串行数据会在16个时钟脉冲的SCLK下降沿移入器件的输入移位寄存器中。注意FSYNC拉低后至SCLK拉低之间的建立时间为5ns。

  • 在FSYNC变为低电平时，SCLK必须为处于高电平。

5.寄存器及功能描述

5.1 频率和相位寄存器

        AD9833包含两个28位的频率寄存器和两个12位的相位寄存器：

5.2 控制寄存器

        AD9833包含一个16位的控制寄存器，可实现配置AD9833的操作，mode位之外的所有控制位均在MCLK的内部下降沿采样。

 

5.1.1 写入频率寄存器

        需将BIT D15和BIT D14设置为频率寄存器的地址，BIT D15和BIT D14设置为01，写入到频率寄存器0，BIT D15和BIT D14设置为10，写入到频率寄存器1。

         28位频率寄存器第一次写入包含14个LSB，第二次写入包含14个MSB。

        当更改频率寄存器全部内容时，需对同一个频率寄存器地址连续写入两次数据，此时需要将B28(D13)控制位置1.

        当只需更新频率寄存器的14个MSB或14个LSB时，将B28(D13)控制位置0，此时可单独更新频率寄存器的14个MSB或14个LSB，同时要将HLD(D12)这个位中确定要更新的具体14个位，HLD(D12)置0，即更新14个LSB，HLD(D12)置1，则更新14个MSB。

 5.1.2 写入相位寄存器​​​​​​​

        需将BIT D15和BIT D14设置为相位寄存器的地址，即将BIT D15和BIT D14设置为11，BIT D13确定将载入的相位寄存器，BIT D13置0时，写入到相位寄存器0，BIT D13置1时，写入到相位寄存器1，

 5.1.3 复位功能（D8控制）

        复位操作不会使相位、频率或控制寄存器复位，会使相应的内部寄存器复位为0。

        在AD9833上电时，器件应该复位一次。

        reset置0后的8个MCLK周期内，DAC输出端会出现信号。

 5.1.4 SLEEP功能

        可降低功耗。

5.1.5 VOUT输出

        VOUT输出包括DAC数据的MSB、正弦波输出或三角波输出。由OPBINTEN(D5)和mode(D1)bit控制。

6.C语言实现

6.1 ad9833.h文件

  1. #ifndef _AD9833_H
  2. #define _AD9833_H
  3. #include "sys.h"
  4. ​
  5. ​
  6. //AD9833 GPIO
  7. #define AD9833_SDATA  PAout(7)  //SDATA
  8. #define AD9833_SCLK   PAout(5)  //SCLK
  9. #define AD9833_FSYNC  PAout(4)  //FSYNC
  10. ​
  11. /* WaveMode */
  12. #define AD9833_OUT_SINUS    ((0 << 5) | (0 << 1) | (0 << 3))
  13. #define AD9833_OUT_TRIANGLE ((0 << 5) | (1 << 1) | (0 << 3))
  14. #define AD9833_OUT_MSB      ((1 << 5) | (0 << 1) | (1 << 3))
  15. #define AD9833_OUT_MSB2     ((1 << 5) | (0 << 1) | (0 << 3))
  16. ​
  17. /* Registers */
  18. ​
  19. #define AD9833_REG_CMD      (0 << 14)
  20. #define AD9833_REG_FREQ0    (1 << 14)
  21. #define AD9833_REG_FREQ1    (2 << 14)
  22. #define AD9833_REG_PHASE0   (6 << 13)
  23. #define AD9833_REG_PHASE1   (7 << 13)
  24. ​
  25. /* Command Control Bits */
  26. ​
  27. #define AD9833_B28          (1 << 13)
  28. #define AD9833_HLB          (1 << 12)
  29. #define AD9833_FSEL0        (0 << 11)
  30. #define AD9833_FSEL1        (1 << 11)
  31. #define AD9833_PSEL0        (0 << 10)
  32. #define AD9833_PSEL1        (1 << 10)
  33. #define AD9833_PIN_SW       (1 << 9)
  34. #define AD9833_RESET        (1 << 8)
  35. #define AD9833_CLEAR_RESET  (0 << 8)
  36. #define AD9833_SLEEP1       (1 << 7)
  37. #define AD9833_SLEEP12      (1 << 6)
  38. #define AD9833_OPBITEN      (1 << 5)
  39. #define AD9833_SIGN_PIB     (1 << 4)
  40. #define AD9833_DIV2         (1 << 3)
  41. #define AD9833_MODE         (1 << 1)
  42. ​
  43. void AD9833_Init(void);
  44. static void AD9833_Delay(void);
  45. void AD9833_WriteData(u16 txdata);
  46. void AD9833_SetFrequency(unsigned short reg, double fout);
  47. void AD9833_SetPhase(unsigned short reg, unsigned short val);
  48. void AD9833_SetWave(unsigned int WaveMode,unsigned int Freq_SFR,unsigned int Phase_SFR);
  49. void AD9833_Setup(unsigned int Freq_SFR,double Freq,unsigned int Phase_SFR,unsigned int Phase,unsigned int WaveMode);
  50.  
  51. #endif

6.2 ad9833.c文件

  1. #include "ad9833.h"
  2. ​
  3. /**************************************
  4. *   函 数 名: ad9833_init
  5. *   功能说明: ad9833初始化
  6. *   形    参: 无
  7. *   返 回 值: 无
  8. *************************************/
  9. void AD9833_Init(void)
  10. {
  11.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  12.     RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE );;
  13.     
  14.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5| GPIO_Pin_7;
  15.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //通用推挽输出
  16.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  17.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  18.     GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7);
  19. }
  20. ​
  21. /**************************************
  22. *   函 数 名: AD9833_Delay
  23. *   功能说明: ad9833延迟
  24. *   形    参: 无
  25. *   返 回 值: 无
  26. *************************************/
  27. static void AD9833_Delay(void)
  28. {
  29.     uint16_t i;
  30.     for (i = 0; i < 1; i++);
  31. }
  32. /**************************************
  33. *   函 数 名: ad9833_write_data
  34. *   功能说明: ad9833写入16位数据
  35. *   形    参: txdata：待写入的16位数据
  36. *   返 回 值: 无
  37. *************************************/
  38. void AD9833_WriteData(u16 txdata)
  39. {
  40.     int i;
  41.     AD9833_SCLK=1;
  42.     AD9833_FSYNC=1;
  43.     AD9833_FSYNC=0;
  44.     //写16位数据
  45.     for(i=0;i<16;i++)
  46.     {
  47.         
  48.         if (txdata & 0x8000)
  49.             AD9833_SDATA=1;
  50.         else
  51.             AD9833_SDATA=0;
  52.         AD9833_Delay();
  53.         AD9833_SCLK=0;
  54.         AD9833_Delay();
  55.         AD9833_SCLK=1;
  56.         txdata<<=1;
  57.     }
  58.     AD9833_FSYNC=1;
  59. }
  60. ​
  61. /**************************************
  62. *   函 数 名: AD9833_SetFrequency
  63. *   功能说明: ad9833设置频率寄存器
  64. *   形    参: reg：待写入的频率寄存器   
  65.               fout：频率值
  66. *   返 回 值: 无
  67. *************************************/
  68. void AD9833_SetFrequency(unsigned short reg, double fout)
  69. {
  70.     int frequence_LSB,frequence_MSB;
  71.     double   frequence_mid,frequence_DATA;
  72.     long int frequence_hex;
  73. ​
  74.     /*********************************计算频率的16进制值***********************************/
  75.     frequence_mid=268435456/25;//适合25M晶振
  76.     //如果时钟频率不为25MHZ，修改该处的频率值，单位MHz ，AD9833最大支持25MHz
  77.     frequence_DATA=fout;
  78.     frequence_DATA=frequence_DATA/1000000;
  79.     frequence_DATA=frequence_DATA*frequence_mid;
  80.     frequence_hex=frequence_DATA;  //这个frequence_hex的值是32位的一个很大的数字，需要拆分成两个14位进行处理；
  81.     frequence_LSB=frequence_hex; //frequence_hex低16位送给frequence_LSB
  82.     frequence_LSB=frequence_LSB&0x3fff;//去除最高两位，16位数换去掉高位后变成了14位
  83.     frequence_MSB=frequence_hex>>14; //frequence_hex高16位送给frequence_HSB
  84.     frequence_MSB=frequence_MSB&0x3fff;//去除最高两位，16位数换去掉高位后变成了14位
  85.     frequence_LSB=frequence_LSB|reg;
  86.     frequence_MSB=frequence_MSB|reg;
  87.     AD9833_WriteData(0x2100); //选择数据一次写入，B28位和RESET位为1
  88.     AD9833_WriteData(frequence_LSB);
  89.     AD9833_WriteData(frequence_MSB);
  90. }
  91. ​
  92. /**************************************
  93. *   函 数 名: ad9833_write_data
  94. *   功能说明: ad9833设置相位寄存器
  95. *   形    参: reg：待写入的相位寄存器   
  96.               fout：相位值
  97. *   返 回 值: 无
  98. *************************************/
  99. void AD9833_SetPhase(unsigned short reg, unsigned short val)
  100. {
  101.     unsigned short phase = reg;
  102.     phase |= val;
  103.     AD9833_WriteData(phase);
  104. }
  105. ​
  106. /**************************************
  107. *   函 数 名: AD9833_SetWave
  108. *   功能说明: ad9833设置波形
  109. *   形    参: WaveMode：输出波形类型 
  110.               Freq_SFR：输出的频率寄存器类型
  111.               Phase_SFR：输出的相位寄存器类型
  112. *   返 回 值: 无
  113. *************************************/
  114. void AD9833_SetWave(unsigned int WaveMode,unsigned int Freq_SFR,unsigned int Phase_SFR)
  115. {
  116.     unsigned int val = 0;
  117.     val = (val | WaveMode | Freq_SFR | Phase_SFR);
  118.     AD9833_WriteData(val);
  119. }
  120. ​
  121. /**************************************
  122. *   函 数 名: AD9833_Setup
  123. *   功能说明: ad9833设置输出
  124. *   形    参: Freq_SFR：频率寄存器类型
  125.               Freq    ：频率值
  126.               Phase_SFR：相位寄存器类型
  127.               Phase：相位值
  128.               WaveMode：波形类型
  129. *   返 回 值: 无
  130. *************************************/
  131. void AD9833_Setup(unsigned int Freq_SFR,double Freq,unsigned int Phase_SFR,unsigned int Phase,unsigned int WaveMode)
  132. {
  133.     unsigned int Fsel,Psel;
  134.     AD9833_WriteData(0x0100); //复位AD9833,即RESET位为1
  135.     AD9833_WriteData(0x2100); //选择数据一次写入，B28位和RESET位为1
  136.     AD9833_SetFrequency(Freq_SFR,Freq);
  137.     AD9833_SetPhase(Phase_SFR,Phase);
  138.     if(Freq_SFR == AD9833_REG_FREQ0)
  139.     {
  140.         Fsel = AD9833_FSEL0;
  141.     }
  142.     else 
  143.     {
  144.         Fsel = AD9833_FSEL1;
  145.     }
  146.     if(Phase_SFR == AD9833_REG_PHASE0)
  147.     {
  148.         Psel = AD9833_PSEL0;
  149.     }
  150.     else 
  151.     {
  152.         Psel = AD9833_PSEL1;
  153.     }
  154. ​
  155.     AD9833_SetWave(WaveMode,Fsel,Psel);
  156. }

6.3 main.c文件

  1. #include "sys.h"
  2. #include "delay.h"
  3. #include "usart.h"
  4. #include "ad9833.h"
  5. ​
  6.  int main(void)
  7.  {      
  8.     u8 t=0;
  9.     delay_init();            //延时函数初始化    
  10.     uart_init(115200);   //串口初始化为9600
  11.     AD9833_Init();
  12.      //输出三角波
  13.     AD9833_Setup(AD9833_REG_FREQ0,10000.0,AD9833_REG_PHASE1,1024,AD9833_OUT_TRIANGLE);
  14.     while(1)
  15.     {
  16.         printf("t:%d\n",t);
  17.         delay_ms(500);
  18.         t++;
  19.     }
  20.  }
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