STM笔记_AD9833的详解及其f407驱动_ad9833驱动程序详解

2024/7/28更新

鉴于太多人问我要驱动，但是我这边每次只能给五个陌生人发送消息，所以我把驱动上传到了github上，大家可以点下边的链接直接下载
https://github.com/berlin6699/AD9833
如果觉得有用的话，麻烦给个star，感谢大家！
PS：github上还有一些其他的工程，例如QT写的一些东西和电赛的一些往年题，大家也可以按需自取，希望可以给个star!~

参考文章

【STM32+cubemx】HAL库开发:DDS芯片AD9833实现简单的波形发生器
这篇文章写的很简短，跳过了很多前置知识，特别是代码部分需要看完下边的笔记才能理解

前言

这是我第一次认真对着一个模块的数据手册完完整整的读完，了解他的通信规则，了解他的寄存器作用，再到最后读懂他的 HAL 库驱动程序。一共花了将近 6 个小时，刚开始看确实很艰难，完全看不下去，不过只要拿起笔，认真边写边画，就会看的比较清楚了

笔记

STM32部分

SPI 接口

写在前边

SPI 我也没有系统的用过，所以这里对 SPI 的讲解，只包含本次驱动所需要使用的部分

SPI 的连线

SPI 共有四个线

• SCK
• MOSI
• MISO
• SSIx（片选）

SCK

SCK 是 SPI 输出的时钟。对于 STM32F407 来说，共有 2 个 SPI——SPI1、SPI2。他们的 SCK 分别来自于 PCLK 1 和 PCLK 2，自身还有分频系数，可以对输入时钟进行分频

• SPI 就按如图配置即可
• 下面介绍几个参数
  • Prescaler
    • 即分频系数，他对输入时钟（PCLKx）进行分频，并将分频后的信号作为 SCK 输出
  • Clock Polarity
    • 即 SCK 初始的状态，High 即代表初始为高
  • GPIO_Output
    • 作为 SPI 的片选信号，用来选中使能AD9833

MOSI

• Master output slave ouput
  • 即主机（STM32）通过 MOSI 发出数据，让连接并且被使能的从机接收数据的通路

MISO

• Master input slave output
  • 即主机（STM 32）通过 MISO 接收数据，让连接并且被使能的从机发出数据的通路，但在AD9833里不使用，因为没有需要他发送的数据

SSLx

• 片选信号，在上图中即表示为 PC1

AD9833部分

输出公式

在DDS技术中，输出频率 $f_{out}$ 与参考时钟频率 $f_{ref}$ 和频率控制字 $F_{CW}$ 之间的关系可以表示为：
$$f_{out}=\frac{F_{CW}}{2^n}{f}_{ref}$$

引脚配置和功能描述

我们重点关注高亮的引脚

• MCLK
  • 数字时钟输入，一般由板载外部晶振提供时钟，通常设置为25MHz，这个也是决定 DDS 输出信号极限频率大小的因素
• SDATA
  • 串行数据输入，对应连接 SPI 的 [[AD9833的HAL库驱动#^MOSI|MOSI]]，进行数据的传输
• SCLK
  • 串行时钟输入，决定数据输入的速度，对应连接 SPI 的SCK，在时钟的下降沿输入数据
• FSYNC
  • 片选信号，对应连接 SPI 的SSLx，低有效
• VOUT
  • 电压输出，DDS 产生的波形就从这个端口输出

寄存器

• AD9833 共有 3 个寄存器，依次来介绍

寄存器的写入

• AD9833一次写入 2 字节（16 bit) 的数据，通过特殊的位来区分写入的是哪个寄存器
• 其中最重要的就是 D15/14/13 位，下边会详细介绍他们的具体操作

控制寄存器

• D15、D14
  • 当要告知AD9833控制寄存器的内容将更新，D15和D14必须置0。也就是说，必须先有 16 bit 用来告知更新，详情见后边的一些例子
  • 01 代表写入FREQ0、10 代表写入FREQ1
• D13
  • 控制写入的是连续两次（存满一个频率寄存器），还是单独一次（改变频率寄存器里一半的值）
  • 1：将一个完整字通过两次连续写入载入频率寄存器，第一次写 LSB，第二次写 MSB。由于16位的前两位均是区别写入寄存器的，且连续写入必为写入同一寄存器，故D13为1时，在两次写入操作时，D15/14 不会改变
  • 0：代表只写入某一寄存器的一半，具体是 LSB 还是 MSB 由 D12 决定
• D12 ^D12
  • 当 D13=1 时，该位没用
  • 当 D13=0 时
    • 该位为 0：LSB
    • 该位为 1：MSB
• D8
  • 1：将内部寄存器复位为 0
  • 0：禁用复位
  • 复位操作不会使相位、频率或控制寄存器复位。AD9833上电时，器件应复位。为了避免AD9833初始化时产生杂散DAC输出，要使AD9833复位，应将reset bit置1。要使器件退出复位，应将该位清0。在reset置0后的8个MCLK周期内， DAC输出端会出现信号
• SLEEP
  • 降低功耗的一些操作
• D5和D1和D3一起使用
  

解释

• DAC 数据的 MSB 即 DAC 所储存的数据的最高位，所以只可能是 0 或者 1，因此就是输出方波，不过基本不用

频率寄存器+相位寄存器

• 模拟输出应该指的是输出的频率
• 偏移指的是偏移的相位

一些例子

1

解释

• 第一行：00 代表要数据更新 ，1 代表连续写入两组
• 第二行：写入 LSB
• 第三行：写入 MSB
• 拼接后：MSB-LSB，发现正好是 0xFFFC000

2

解释

• 第一行：00 代表要数据更新，00 代表选择LSB
• 第二行：10 代表写入的寄存器

3

解释

• 同上

4 写入相位寄存器

• 写入相位寄存器时，BitD15和BitD14设置为11。BitD13确定将载入的相位寄存器

STM32的软件驱动

ad9833.c

#include "ad9833.h"

#include "spi.h"

  

void AD9833_GPIOinit(void)

{

CS_9833_1(); //首先拉高片选，不使能，防止输入错误数据

}



/*

*******************************************************

向AD9833发送一个16bit的数据

*******************************************************

*/

void AD9833_Write(unsigned short TxData) //TxData是2字节

{

unsigned char data[2] ; //一个char一个字节，数组为2个字节

data[0] = (unsigned char)((TxData>>8) &0xff); //data[0]存储高位

data[1] = (unsigned char)(TxData&0xff); //data[1]存储低位

CS_9833_0(); //拉低片选，准备写入

HAL_SPI_Transmit (&hspi2 , data, 2, 0x02) ; //用HAL库的SPI发送函数发送数据

CS_9833_1(); //发送完毕，拉高片选

}

  

/*

*******************************************************

Reset: 0为有输出，1为没输出，此位只控制有无输出，不复位寄存器

SleeppMode: 3为关闭内部DAC和时钟，0为不关闭

optionbit|modebit: 00正弦01三角10方波11保留

*******************************************************

*/

void AD9833_CtrlSet(unsigned char Reset,unsigned char SleeppMode,unsigned char optionbit,unsigned char modebit)

{

unsigned short regtemp = 0; //对输出模式的一些选择

regtemp = regtemp|(((unsigned short)Reset&0x01)<<8); //以下就是把每个位对应到相应的寄存器上，不过好像少了个DIV2,DIV2默认为0了？

regtemp = regtemp|((SleeppMode&0x03)<<6);

regtemp = regtemp|((optionbit&0x01)<<5);

regtemp = regtemp|((modebit&0x01)<<1);

  

AD9833_Write(regtemp); //写入数据，不过不需要先声明将要写入吗？

}

  

/*

*******************************************************

设置频率，设置完后暂不输出，用CtrlSet函数设置输出

频率值：0.1Hz-12.5MHz（最大值为25M晶振时钟的一半）

单位：Hz;例如，输出1M，则输入1000000

*******************************************************

*/

void AD9833_FreqSet(double Freq) //Freq是用户输入的以Hz为单位的频率

{

int frequence_LSB,frequence_MSB; //LSB和MSB分别对应频率寄存器里的LSB和MSB

double frequence_mid,frequence_DATA; //mid是一个中间值，用于将输入频率转换为AD9833可以接受的格式；DATA为输入进去的频率的十进制

long int frequence_hex; //hex为输入进去的频率的16进制

  

frequence_mid = 268435456/25; //f_{out}=dds输出频率；F_{cw}=f_{DATA}；f_{ref}=25M；2^28=268435456；1000000=1M

frequence_DATA = Freq; //公式：f_{out}=(F_{cw})*(f_{ref})/(2^28)=(f_{DATA})*25M/(2^28)

frequence_DATA = frequence_DATA/1000000; //这里的f_{DATA}(化作以M为单位)=(Freq/1000000)*[(2^28)/(25)]，;f_{DATA}作为f_{cw}输入进公式，刚好得到f_{out}=Freq，且以Hz为单位

frequence_DATA = frequence_DATA*frequence_mid;

frequence_hex = frequence_DATA;

frequence_LSB = frequence_hex;

frequence_LSB = frequence_LSB&0x3fff; //以下就是一些与或操作，用来输入寄存器

frequence_MSB = frequence_hex>>14;

frequence_MSB = frequence_MSB&0x3fff;

  

frequence_LSB = frequence_LSB|0x4000;

frequence_MSB = frequence_MSB|0x4000; //4000==0100 0000 0000 0000,把前两位变成01，代表freq0寄存器

  

AD9833_Write(0x2100); //2100==0010 0001 0000 0000;bit8为1->不reset;0010->连续写LSB、MSB标志

AD9833_Write(frequence_LSB);

AD9833_Write(frequence_MSB);

  

}
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ad9833.h

#include "main.h"

  

#define CS_9833_0() HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_RESET)

#define CS_9833_1() HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET)

  

void AD9833_GPIOinit(void);

void AD9833_Write(unsigned short TxData);

void AD9833_CtrlSet(unsigned char Reset,unsigned char SleeppMode,unsigned char optionbit,unsigned char modebit);

void AD9833_FreqSet(double Freq);
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