基于AD9854的正交扫频信号源设计

AD9854原理

AD9854片内集成了48位频率累加器、48位相位累加器、正余弦波形表、两个12位高性能正交D/A转换器以及调制和控制电路，其能够在单片，上完成频率、相位、幅度的调制以及l|Q正交调制等功能。在高稳定度时钟的驱动下，AD9854通过数字化编程将产生频率、相位、幅度高稳定的正弦和余弦信号，作为本振用于通信，雷达等方面。AD9854 的DDS核具有48位的频率分辨率(在300M系统时钟下，频率分辨率可达1uHZ)。输出17位相位截断保证了良好的无杂散动态范围指标。同时，AD9854内部还含有可编程控制的时钟乘法器，这可以使较低频率的振荡器通过乘法电路实现从4到20的整数倍频为系统时钟信号，其内部时钟速率最大可达300MHz。当系统时钟为300MHz时，输出信号的频率分辨率仍可达0.001Hz。它的电路结构使得它的最大输出频率为150MHz， 输出频率调节速率达每秒100M次新频率。输出的正弦波信号还可以通过片内高速比位的相位分辨率，即最高相位分辨率为360* /214。 在信号幅度控制方面，AD9854具有12位数字乘法器，提供12位的输出幅度调整率。AD9854的300M系统时钟可以通过4X和20X可编程控制电路由较低的外部基准时钟得到，降低了对外部时钟在工作频率方面的要求。

 

 

AD9854引脚及功能

 

 

 

 

AD9854工作过程

(1)要保证上电后复位，MASTERRESET高有效，至少持续10个系统时钟周期。

(2)选择参考信号输入方式，若采用单端输入方式，REFCLKB应接电源或地。若采用多片9854产生多个相位相互关联的正弦波，则应该选用差分输入模式，这样可以减小各个DDS参考时钟间的相位误差。

选择数据输入方式，对S/PSELECT管脚置1为并行，置0为串行。我们选择的是并行输入方式。数据在WR信号及UPDATE信号控制下从并行输入口写入48位并行寄存器。

(3)AD9854具有2路正交输出，IOUT1和IOUT11;I0UT2和I0UT22，本设计充分使用了两组。前者只有正弦波输出，另一路只能方波输出。

信号的产生及显示控制(MCU)

系统采用的单片机控制芯片是台湾Winbond公司的W78E58芯片，它是51系列单片机兼容的微控制器，其内部有32KB的FLASH EPROM。它的一个机器周期是4倍的振荡周期，执行同一条指令的时间只是普通的8051单片机的1/3，因此指令操作更加快速。本文设计中，W78E58的参考时钟由20MHz的晶体振荡器产生，同时也把它作为AD9854的输入时钟，再经过内部乘法电路15倍频后达到300MHz的系统时钟。AD9854有10MHz串行接口和100MHz8位并行接口2种方式可以选择，此处将S/P SELECT (Pin70)引脚接高电平，选择并行传输方式。如图2所示，W78E58的P0.0至P0.7端口与AD9854的D0至D7端口相连传输数据信息，P2.0至P2.5端口与A0至A5端口相连传输寄存器地址信息，P3.6、P3.7分别与WR、RD两个引脚相连控制读写操作，由这三部分共同组成并行传输控制。例如，当WR引脚置低电平时，频率控制字通过数据端口送入I/O缓冲寄存器，再由内部的刷新时钟把控制字写入指定地址的寄存器。为节省单片机I/O口，简化硬件线路，本文采用矩阵式键盘，并结合软件编程，实现双功能键。键盘共设有16个键，由P1.0~P1.3四条行线和P1.4~.P1.7四条列线构成。其中包括数字键、单位键及功能键，用来对所需信号的频率、幅度及功能进行控制，最后输出的信号频率、幅度等信息通过液晶显示屏显示出来。显示部分采用国显公司的GXM1602NSL液晶模块，它的核心是HD44780。与W78E58的数据传输采用8位并行传输，可显示两行共32个点阵字符。HD44780支持用户自定义字符，故可以通过编程将频率、幅度、波形等汉字及数字信息显示出来。本文设计中还采用了通信接口(RS232)与PC机相联， PC机的控制命令可以通过TXD (Pin10) 和RXD (Pin11) 与W78E58进行交互，控制信号源的输出。

 

 

系统软件设计

在仪器的整个设计中，对系统软件的设计采用模块化设计的方法。系统软件由主监控软件、键盘显示器管理模块、外设中断管理处理模块、各功能模块和数据处理模块构成。上电复位后仪器首先进入监控主程序。它的任务是识别命令、解释命令，并获得完成该命令的相应模块的入口，起着引导仪器进入正常工作状态。系统的软件用C语言设计， 相对于汇编语言，C语言对机器底层硬件操作较为方便，模块化程度高，可读性与可移植性好。

下图对AD9854进行初始化控制时，首先，MASTER RESET(Pin71) 脚必须置高10个系统周期以_上，然后对AD9854写入控制字。一旦设定后， AD9854将保持设定状态不变， 直到重新进行设置。AD9854通过内部一个地址范围为00H~ 27H的寄存器表存储有关的各种控制字和状态字。用户可通过I/ 0与该寄存器表进行通信，I/O缓冲区的内容必须在更新脉冲的作用下才能刷新到寄存器表中，这样可以很好地达到同步。寄存器表中00H、01H和02H、03H单元分别存放14位的相位控制字1和相位控制字2，它决定了输出信号可编程控制的相位精度即最低相位为PMN=360度/ 2“*=0.022度。

04H~09H 和0AH~0FH单元分别存放48位的频率控制字1和频率控制字2，它决定了输出信号可编程控制的频率精度即最低频率为f MN=300X10*/ 2**=1.066X10~Hz。AD9854的五种工作模式选择字存放在寄存器表1EH单元。当AD9854工作在Chirp模式下时，基本编程步骤如下： (I) 将初始频率控制字Wpc写入48位FTWI (Frequency Tuning Word 1)中。

(2)将频率步进量写入48位DFW (Delta FrequencyWord)中。(3) 将时间步进量写入20位RRC(RampRate Clock)中。(4)更新脉冲刷新数据。部分源程序如下：

P2=0x04; 寄存器地址为04HP0=0x2A; 输出频率为50MHz

P3.6=0

P3. 6=1

P2=0x1F; 寄存器地址为1FH

P0=0x86; 工作模式为011

P3.6=0

P3.6=1

。。。 *.。

P2=0x1E; 寄存器地址为1EH

P0=0x4F; 系统时钟为20MHz的15倍频即300MHz

P3.6=0

P3.6=1