摘要 规划了一种由单片机PIC18LF4520操控DDS芯片AD9911的频率源电路。论述了单片机操控DDS的软硬件完结办法，以及AD9911内部寄存器的装备关键。体系规划外围电路简略，可方便地完结对频率源电路输出频率、相位和作业形式的操控，输出信号频率规模为25～75 MHz。试验成果表明，该频率源具有输出频率准确、频率分辨率高和相位噪声低一级特色，契合通讯体系对频率源的规划要求。
频率源是通讯、雷达、仪器、空间电子设备和电视等电子体系的中心，其功用直接影响电子体系的功用目标。捷变频、低相位噪声、宽频带以及高频率分辨率是频率组成器的研讨热门，直接数字频率组成(DDS)正是在这种布景下发展起来的。DDS具有以下优势：在彻底数字操控下，DDS能够完结输出信号极小的频率分辨率和相位分辨率，而且具有方便的切换速度;DDS的数字架构消除了以往模仿频率组成器计划中的手动调整以及与其相关的元件老化和温度漂移;DDS的数字操控接口使得体系能够在处理器的操控下方便地进行长途操控和细小优化;用作正交组成器时，DDS能对I/Q组成输出供给极好的匹配和操控。现在，DDS芯片集成了多种功用，不管用于通讯，抑或测验设备和雷达体系，都是抱负而灵敏的频率组成器解决计划。
文中依据ADI公司的AD9911芯片提出了一种单片机+DDS的频率组成计划，输出频率规模25～75 MHz，频率步进10 kHz，相位噪声优于100 dBc/Hz@10 kHz。
1 AD9911简介
AD9911是ADI公司推出的一款单片DDS芯片，体系时钟频率500 MHz，选用0.35μm CMOS工艺，仅需1.8 V的供电即可输出高达250 MHz的同步正交信号。AD9911内部集成一个DDS主通道和3个副通道、一个10位电流型DAC、一个4～20倍可编程参阅时钟倍乘器(PLL)以及多种操控寄存器。AD9911具有单音、多音、Test-tone和多器材同步等作业形式，可完结最高16级的Shift Keying调制，支撑频率、相位和起伏线性扫描。AD9911是ADI公司第一款运用SpurKiller专利技术的DDS芯片。AD9911的I/O端口具有4种作业形式且SPI兼容。
2 单片机操控AD9911的详细完结
选用Microchip公司的PIC18LF4520单片机操控AD9911，封装挑选合适射频电路运用且节约空间的TQFP-44。PIC18LF4520具有以下长处：宽作业电压(2.0～5.5 V)能够契合DDS芯片I/O端口额外电压要求;内部丰厚的硬件资源和36个I/O引脚可完结对DDS芯片的灵敏操控;最高40MHz的时钟频率使得体系具有较快的数据处理速度;支撑在线串行编程(ICSP)和在线调试，节约了软件规划和调试时刻。
PIC18LF4520与AD9911的外围电路简略，节约了硬件电路规划和调试时刻，如图1所示。运用PIC18LF4520的GPIO为AD9911供给操控信号以及模仿两者之间的SPI通讯。MASTER_RESET用于复位AD9911，CS为片选信号，SDIO_O是数据传输，SCLK为数据传输操控时钟，I/O_UPDATE为AD9911片内寄存器状况更新使能。体系规划未运用多个AD9911芯片，所以将多器材同步引脚Pin1和Pin2悬空。
装备AD9911片内寄存器，AD9911内部共有25个寄存器，地址为0X00～0X18。用户经过装备寄存器的值挑选AD9911的作业形式，设置输出信号的频率、相位和起伏等。
首要需求设置体系时钟形式，AD9911外部选用100 MHz恒温晶振输出作为参阅信号，运用芯片内PLL将参阅信号倍频到500 MHz作为体系时钟，与PLL相关的操控位在寄存器FR1(0X01)。单音作业形式下，需求使能DDS主通道而禁用DDS副通道，相关操控位在寄存器CSR(0X00)，I/O端口作业形式也在该寄存器设置。单音形式下频率操控字、相位操控字别离由寄存器CTW0(0X04)和CPOW0(0X05)操控。CTW0是一个32位的寄存器，当体系时钟频率为500 MHz时，该寄存器可操控频率规模为0～250 MHz，可完结最小分辨率为0.116 Hz。因为对输出信号相位无特殊要求，寄存器CPOW0坚持默许值即可。输出信号起伏操控首要在寄存器ACR(0X06)设置，在此也坚持默许值。
AD9911内部参阅时钟输入电路、DAC和DDS主副通道数字逻辑电路能够经过装备相应的操控位别离关断，AD9911将进入低功耗作业形式，相关操控位在寄存器FR1(0X01)和CFR(0X03)。单片机对AD9911进行写操作时，需求留意芯片I/O端口通讯的时序要求，如图2和表1所示。在所有写寄存器操作完结后，需求在I/O_UPDATE引脚送入一个高电平以使寄存器内容更新，最小脉冲宽度为体系时钟周期的4倍。
3 单片机操控AD9911软件规划
在MPLAB X IDE下树立工程，编译器挑选MPLAB C18 C言语编译器，运用PICkit 2编程器对单片机进行编程和在线调试，软件规划流程如图3所示。
由软件规划流程能够看出，AD9911首要作业在单音形式和低功耗形式。AD9911初始化后，芯片默许进入单音形式并输出一个默许频率信号，AD9911接下来的作业形式由单片机从上位机接纳的数据决议。软件规划中的不同功用模块均界说了相关函数来完结，单片机与上位机之间选用UART通讯，单片机运用中止处理接纳到的数据。
软件规划的要点在于写寄存器函数的编写，即运用PIC18LF4520的GPIO经过软件模仿出SPI串口。如图2所示，串行数据在SCLK上升沿写入，别的单片机和AD9911之间数据通讯选用两线形式，CS为片选，所以界说单片机GPIO引脚RC3为串行数据输出SDO，RD0为操控时钟SCLK，RD1为片选信号CS。模仿SPI进程如下：首要拉低CS，在SCLK发生一个上升沿，SDO输出串行数据最高位bil7，然后拉低SCLK，串行数据左移一位，再拉高SCLK，SDO输出串行数据次高位bit6，如此重复8次即完结1 Byte的输出，传输进程中要留意端口状况树立和坚持时刻。
完结软件模仿SPI端口函数SPISim()后，写寄存器函数的编写选用若干次调用SPISim()的办法完结。单片机与上位机之间通讯需求有相关的协议，单片机中止服务程序依据协议对接纳的数据进行判别，然后完结相关的操作。本计划中，在拟发送数据前加了一个标志字节，单片机经过判别接纳数据的第一个字节而进行相应的操作。
4 DAC重构滤波器规划
运用DDS发生低颤动时钟信号的首要应战，在于下降DDS输出信号中存在的离散杂散成分所引起确实定性时刻颤动。重构滤波器是从DDS发生洁净的低颤动时钟信号的重要部件。重构滤波器用于在DAC的输出端衰减镜像频率。一般运用椭圆滤波器作为低通重构滤波器，与其他类型滤波器比较，在给定复杂度的情况下，椭圆滤波器可供给最快的通带至阻带转化。
理论上DDS的频率调谐规模能够从DC到体系时钟频率的一半，但是跟着方针输出频率的升高，DDS输出频谱中第一个镜像频率将越来越挨近方针频率。在实际操作中，将DDS输出频率限制为小于体系时钟频率的40%。这种做法既充分使用了DDS调谐带宽，又习惯了外部滤波要求，下降了重构滤波器的复杂度并节约了本钱。因而，规划重构滤波器截止频率为200 MHz。
运用ADS软件自带集总参数滤波器规划导游完结椭圆低通滤波器规划，规划目标如下：通带频率200MHz;阻带频率300 MHz;通带衰减0.5 dB;阻带衰减70 dB;源和负载阻抗均为50 Ω。规划出满意目标的7阶椭圆低通滤波器，将规划软件综合出的元件值换为与之最挨近的规范值，所得电路原理图如图4所示，仿真成果如图5所示。
如图4所示，S21曲线在200 MHz和300 MHz处的数值别离为-0.062 dB和-73.074 dB，满意规划目标要求。
5 测验成果
体系时钟频率fs=500 MHz，给定输出信号频率fo，则相应的频率操控字FTW可由式(1)核算得到。
当fo=75 MHz，FTW=0x26_66_66_66。将FTW写入寄存器CTW0(0X04)，运用罗德与施瓦茨频谱分析仪RS FSP40实测AD9911输出信号，成果如图6所示。从图中能够看出，输出信号相位噪声到达-100.08 dBe/Hz@10 kHz，且输出信号频率准确。
6 结束语
介绍了依据AD9911的频率源的完结办法，完结了运用P%&&&&&%单片机操控DDS的频率源。经过使用单片机装备AD9911片内寄存器来完结对DDS芯片的操控，且在AD9911输出端规划重构滤波器以改进信号质量。实测成果表明，该计划输出信号相位噪声小、频率值准确，经过快速装备寄存器即可完结快速频率切换。
