基于FPGA控制AD9854產生正弦波

　　ad9854工作原理

　　AD9854采用80腳LQFP封裝，其內部共有40個8位的控制寄存器，分別用來控制輸出信號頻率、相位、幅度、步進斜率等，以及一些特殊控制位。下表給出了控制寄存器的分布情況。

　　AD9854能夠產生多種形式的額輸出信號，工作模式的選擇是通過對控制寄存器IFH中的三個位（Mode2、Mode1、Mode0）的控制來實現的。見下表。

　　事實上，除上述工作方式外，通過不同工作方式的組合控制，還可以產生更多的輸出信號形式（例如，非線性調頻信號）。下面分別予以介紹。

　　單頻模式（SingleTone）

　　這是AD9854復位后的缺省工作模式。輸出頻率由寫入控制寄存器04H~09H中的48位頻率調諧字1（FrequcncyTuningWordI--FTW）決定，相位由控制寄存器00H~01H中的14位相位調諧字決定，1和Q通道的輸出信號幅度可分別由控制寄存器21H~22H、23H~24H中的兩個12位幅度調整控制字決定。此時，頻率調諧字2（FTW2，0AH~0DH）和相位調諧字2（02H~03H）不用。

　　頻率調諧字（FTW）=（fout&TImes;2N）/fsysglk

　　其中，fout;輸出信號頻率（0~fsysglk/2）;

　　N，相位累加器的分辨率，這里是48位；

　　fsysglk，系統(tǒng)時鐘。

　　值得注意的是，1和Q通道的輸出在任何時侯都是正交的。另外，所有頻率的改變都是相位連續(xù)的。

　　頻移鍵控模式（FSK）

　　兩個頻率F1、F2分別由FTW1和FTW2中的值決定，輸出哪個頻率由Pin29的電平決定。Pin29為“0“，輸出F1;Pin29為“I”輸出F2。

　　頻率漸變FSK（RampedFSK）

　　AD9854提供一種頻率漸變的FSK輸出模式，可改善輸出信號的帶寬性能。其輸出濾形與傳統(tǒng)的FSK的差別見圖1。

　　此時，頻率由Fl到F2的變化不是突變的，而是按一定的斜宰逐漸從F1變化到F2.該斜率由20位的漸變速率時鐘（RampRateClock-RRC，1AH~1CH）和48位的頻率步進字《（DetaFrequencyWord--DFW，10H~15H）寄存器中的值共同決定。

　　FTW1寄存器中置低頻控制字，FTW2寄存器中置高頻控制字;RRC寄存器中置漸變過程中每個中間頻率的持續(xù)時間控制字。48位的DFW寄存器中的值決定了每次頻率步進量。頻率的上升或下降由Pin29上的電平決定。Pin29為“0”，上升：Pin29為“1“，下降。當到達終點頻率后則停止?jié)u變并保持該終點頻率。

　　A.自動三角波形頻率輸出。若置位控制寄存器1FH中的Triangle位，則無需Pin29腳上的電平控制，AD9854就能按照RRC和DFW寄存器中的設置產生從Fl到F2，然后立刻再從F2到F1的鋸齒形頻率輸出。

　　B.控制位CLRACCI（］FH寄存器中）：當該位置“1”時，則停止現行的頻率漸變過程，回到起始頻率重新開始下一個漸變過程。

　　C.控制位CLRACC2（1FH寄存器中）：該位置“1”時，AD9854輸出直流信號（0Hz）。

　　二位相移鍵控模式{BPSK）

　　這種工作方式的控制類似于FSK模式。兩個輸出相位P1和P2分別由兩個14位相位調整控制字寄存器（00H~0lH，02H~03H）決定;Pin29上的電平決定用哪個作起始相位。輸出信號的煩率由FTW1寄存器中的值決定。

　　相位分辨率=360度/2的14次方=0.022033691度

　　線性調頻模式（FMChirp）

　　AD9854按用戶所要求的頻率分辨率、調頻斜率、掃頻方向和頻宰范圍產生精確的線性或非線性調頻信號。此時，寄存器FTWl中裝入的值決定起點頻率;頻率步進量由寄存器DFW決定;中間頻率持續(xù)時間由寄存器RRC決定，Pin29為“保持（Hoid）”功能，高電平時.Chirp過程暫停，輸出頻率保持此前值不變，直至Pin29又重新變?yōu)榈碗娖胶螅僖栽瓉淼男甭世^續(xù)原Chirp過程。

　　需要注意的是，Chirp模式只規(guī)定了起點頻率，而沒有設定終點頻率，所以需要由用戶來決定何時停止該過程。若沒有及時發(fā)出停止指令，頻率會持續(xù)上升到fsysglk/2為止。

　　AD9854應用電路圖

　　這里采用了AD9854 這款DDS 芯片， 它在300 MHz 時鐘驅動下， 按照乃奎斯特采樣定律可以產生最高150 MHz 的信號，為了得到信號較好的頻率則一般只得到最高100 MHz 的信號。若要得到高于100 MHz 的信號， 則可采用其高次諧波得到?；贏D9854 的信號發(fā)生電路如圖所示：

　　鍵盤共設有16個鍵，由P1.0～P1.3四條行線和P1.4～P1.7四條列線構成。其中包括數字鍵、單位鍵及功能鍵，用來對所需信號的頻率、幅度及功能進行控制，最后輸出的信號頻率、幅度等信息通過液晶顯示屏顯示出來。顯示部分采用國顯公司的GXM1602NSL液晶模塊，它的核心是HD44780。與W78E58的數據傳輸采用8位并行傳輸，可顯示兩行共32個點陣字符。HD44780支持用戶自定義字符，故可以通過編程將頻率、幅度、波形等漢字及數字信息顯示出來。還采用了通信接口（RS232）與PC機相聯(lián)，PC機的控制命令可以通過TXD（Pin10）和RXD（Pin11）與W78E58進行交互，控制信號源的輸出。

　　基于FPGA控制AD9854產生正弦波

　　用FPGA控制AD9854產生雷達信號源，這里主要向大家介紹如何在FPGA中利用verilog語言（硬件描述語言）控制AD9854產生正弦波。由于我們采用SPI總線的形式實現，主要涉及到時鐘信號、片選信號以及正弦波的控制字編寫。首先向大家展示一下頂層框圖，我們是在QUARTUSII8.1環(huán)境下運行的。具體見圖一：

　　從上圖可以看出，基于FPGA控制產生正弦波，主要包含以下幾部分：

　　A：時鐘分頻部分；B：DDS控制信號部分；C：AD9854控制字部分。

　?。ㄒ唬r鐘分頻部分

　　由于我們從外部輸入的為50MHZ，而對于SPI總線，根據其協(xié)議，時鐘一般為100KHZ或者400KHZ，我們用的是10MHZ，涉及到5分頻電路設計。具體設計見下圖所示：

　?。ǘ〥DS控制信號部分

　　AD9854芯片的復位信號，模式選擇信號以及片選信號，都在這部分包含，在這里我們將模式選擇和波形關鍵字信號引腳，直接引至地線處理。AD9854復位和I/O口復位信號都是依靠時鐘信號的。片選信號是在時鐘信號出現一段時間后產生DDS芯片的片選信號。

　?。ㄈ〢D9854控制字部分

　　這部分主要涉及如何很好的把握時序，我們將預先計算好的控制存在預定的存儲器中，通過時鐘同步信號有序的讀取這些控制字。具體關鍵部分見下圖：