ad9833(ad9833中文资料)

记录一下STM32做的双路DDS信号发生器模块设计过程

前言：

最近带学生要做一个正弦波测试电源的课题，用来作为单相电表的测试电源。电表出厂的时候要校准。比如一个220V/50A的电表，电网的电压不一定是标准220v，可能是200v有时候也可能240v，这都是很正常的。再说电流，如果小功率电器，比如5w的手机充电器，那么电流大概只有0.02A，如果是一台3KW的热水器，电流大概就会有15A。所以电表出厂时要测试各种负载情况下的电压电流就不可能用固定的负载测试。在已知电压电流的情况下检查电表的读数，这就可以知道电表是否准确了。这时候就要用到交流测试电源了。

刚开始我也很困惑，根据欧姆定律电源不是可以输出电压和电流吗？怎么电压一路，电流一路呢？比如我们测试220V/50A情况下电表精度的时候不可能找一个11KW的电器接在标准的220v电压上让你去测试啊！而且下感性或容性负载情况下电流电压有相移也是模拟不了的。这样就必须有两路电源让电压和电流分别被电表芯片测量到形成功率数据。这样就是我们需要做的单相交流测试电源了！

我们正常使用电表时电压从电表的输入端会送到内部变压器进行降压整流滤波后给电表的芯片和液晶供电，另外电表内部也会有一个分压电路把220V的输入电压用电阻分压后送给电表芯片采集电压。单相表的电流采样一般会使用锰铜片作为采样电阻，电流流过锰铜片会产生压降，把这个信号送给电表芯片计算电流。

所以我们要做两路独立的电源，一路加在电表的进线端，另一路加在电表中锰铜片两端。这样没有负载，电表也可以显示电压、电流和功率数据。听到这里估计很多人都已经明白了。

来我们看一下下图单相电表的正常使用中的接法和用单相交流测试电源的接法示意图。

我们的交流测试源要求电压、电流两路隔离输出。而且电压输出是恒压，电流输出作为恒流输出。

交流测试源要求：

电压源功率20W，电流源功率20W，电压电流相互独立采用C型卧式变压器隔离；输出失真度由于0.1％；频率45.00-65.00HZ，最小步进0.01HZ，精度0.01HZ；电压输出0-220V可调，最小步进0.1％，精度0.1％；电流输出分为0-50A档，最小步进0.1％，精度0.1％；电流相对于电压的相位0-360°可调，最小步进0.01°，精度0.05°。

我们给出的方案就是用单片机产生两路频率、相位、幅值可调的正弦波信号。将正弦波信号分别送给两个功放模块然后经过变压器升压或升流。变压器有内阻，所以升压升流后的电压电流会随负载的增大而减小。此时通过电压、电流互感器采样后反馈给功放模块的前级运放做负反馈，调节负反馈的深度从而达到负载变化输出端稳定的状态。

问题的关键就在于这个信号发生器，如何用单片机产生两路频率、相位、幅值都可调的正弦波呢？首先我们想到了STM32F103RCT6单片机，它有串口、IIC接口、1路12位的DAC（2通道），并且有72M高频运行速度。这样太合适不过了。

正题：

以下部分我们主要研究STM32的信号发生器，信号发生器做好了这个项目基本就没什么问题了。首先我们分析STM32单片机12位的DAC数据是0-4095，对于0.1％的幅值步进是绝对没有问题的。72M主频，开一个360K的定时器中断来输出波形数据也是绝对没有问题的。比如要输出50HZ正弦波，360K/50=7200，就是说每个周期细分7200个数据，那么这样的正弦波的失真度绝对也是可以达到要求的。那么我们就运用FPGA课程里面学习的DDS原理，做出频率可调相位可调的波形。

接下来我们先写个固定频率的程序，输出几个不同频率的正弦波看下情况。

45HZ固定频率、100％幅值的正弦波：

50HZ固定频率、100％幅值的正弦波：

65HZ固定频率、100％幅值的正弦波：

50HZ固定频率、1％幅值的正弦波：

50HZ固定频率、10％幅值的正弦波：

50HZ固定频率、30％幅值的正弦波：

50HZ固定频率、50％幅值的正弦波：

50HZ固定频率、80％幅值的正弦波：

双通道50HZ、100％幅值、0°相位：

双通道50HZ、100％幅值、180°相位：

双通道50HZ、电压100％幅值、电流1％、0°相位：

双通道50HZ、电压100％幅值、电流10％、0°相位：

双通道50HZ、电压100％幅值、电流50％、0°相位：

双通道50HZ、电压100％幅值、电流100％、120°相位：

接下来就是如何调频了，这个缺点麻烦，不太容易理解。这里我先卖个关子，我们先继续进行实验。实验发现这个基于单片机原理的DDS信号发生器性能还是不错的，频率做到10K波形依然挺稳定。那么我们做这个信号发生器就不仅限于这个交流测试源了啊。开心！我们先把这个信号源优化一下，调整好性能参数后，以后可能其他课题项目也会用到的。那么我们重新调整一下信号发生器的参数，经测试在没有滤波的情况下2K以下的波形都是非常漂亮的。考虑到后期加滤波情况，我们将频率限制在20KHZ。考虑到多用途情况又增加了三角波、锯齿波、方波，随后看看能不能把自定义波形加里面及任意波，这个难度似乎有点大，还在思考之中！

似乎在一定程度上（低频情况）可以替代AD9850、AD9833、AD9834这种专业级的DDS芯片的。当然20KHZ以上的波形产生我们这个方案是肯定不行的。但是能替代一部分需求也是不错的，想想就来劲，开干！

最终给出新的参数：

·频率0-20KHZ，步进0.01HZ，两路波形允许输出不同频率波形；

·相位0-360°可调，最小步进0.01°，相位调节只在两路波形频率相同时生效；

·幅值0-100％可调，最小步进0.1％；

·正弦波、方波、三角波、锯齿波，四种波形可选；

·IIC、串口通信，每个芯片可以设置不同地址，以便输出多路正弦波使用。

那么我们来拟定一个通信协议吧，串口通信简单，先做串口部分吧。看下图：

/******************************************数据举例******************************************/

//地址清零

FA AF FE

//设置有返回数据

FA 00 A1 01 FE

//软复位

FA 00 A2 FE

//设置模块地址为0

FA 00 A3 00 FE

//设置通道1输出1234.56HZ，幅值1000，正弦波

FA 00 A4 01 00 12 34 56 FE

FA 00 A5 01 10 00 FE

FA 00 A7 01 01 FE

//设置通道2输出1234.56HZ，幅值1000，正弦波

FA 00 A4 02 00 12 34 56 FE

FA 00 A5 02 10 00 FE

FA 00 A7 02 01 FE

//设置通道2输出相位180°

FA 00 A6 02 01 80 00 FE

由于我不会做上位机，所以只能用串口调试助手测试，用起来还是比较麻烦的。所以希望会做上位机的网友给做一个简单的上位机吧，谢谢了！我给出一个示意图：

我先把HEX文件附上去，等IIC、自定义波形程序、上位机弄好再把源代码附上来！

基于精密DAC的波形生成应用设计分析

相信多数工程师在工作中都使用过示波器和信号发生器，前者作为信号的捕获设备，后者作为信号的产生设备，它们是工程师手中的一对非常实用的工具，其中任意波形信号发生器（AWG）就是常见的设备之一。在模拟信号或者模拟数字混合信号应用领域，任意波形发生器有着非常普遍和广范的应用。比如产生激励信号来模拟某种传感器，例如汽车碰撞实验的复现，或者产生高速模拟信号来测试某种芯片的功能。

从简单的正弦波产生到复杂一点的AM/FM调制信号，再到更加复杂的QAM调制信号等都有着任意波形发生器的应用。本文介绍精密DAC在波形发生器中的关键作用，并提出基于亚德诺半导体公司（ADI）先进的DAC技术的方案选型建议。

波形发生是DAC的几大核心应用之一

波形产生是乘法DAC或Iout DAC的典型应用。一般来说，波形产生是大多数数据采集系统的信号调理级的一部分，乘法DAC为波形产生提供了理想的构建模块。例如，它可用于生成传感器激励的输出波形，在这里，Iout DAC的输出被缓冲，以提供所需的输出响应或波形，缓冲输出架构基于同相增益放大器结构。

VREF引脚处的DAC输入阻抗是固定的，而输出阻抗则与数字码相关。在这种情况下，DAC的输入是直流固定基准输入，DAC用于生成波形。在这里首选Iout DAC，因为它具有快速建立时间和灵活性，支持定制外部缓冲解决方案以实现所需的输出响应。如果将交流信号应用于DAC基准输入，那么可以使用乘法DAC来有效地调理输出信号，在这种情况下，DAC用于控制输入信号的增益，例如，可以产生幅度为输入一半时的输出。对于这种使用情况，总谐波失真和乘法带宽是重要性能的指标。

精密DAC产品系列还提供一些DDS频率合成波形发生器产品，专为小于100 MHz的带宽而设计。这些产品在频域和时域提供数字可编程波形序列，器件包含嵌入式数字处理，可重复扫描，用户可编程频率的曲线，从而增强频率控制。这种器件是可以预编程的，因此，当生成特定波形时，DSP或微控制器无需执行连续写周期。波形从已知相位开始，然后连续递增相位，因此可以轻松确定相移。

基于乘法DAC的波形发生器功能示意图

这些器件提供不同的可编程输出模式，在连续模式和突发模式下均可提供正弦波、方波或三角波等波形。频率曲线由起始频率、频率增量和每次扫描的键递增次数决定，控制引脚可用于直接控制端口的波形曲线，在输入高电平期间存在着输出波形，而在输入低电平期间，输出复位到中间电平。示例应用领域包括相位连续应用，例如手持式无线电，用于射频标签的QPSK，或定制调制。

总而言之，有两类DAC可用于产生波形，即电流输出、乘法DAC或DDS产品。最受欢迎的Iout选择是低噪声、低毛刺的16位产品，其建立时间不到1ms，这些DAC可以产生高达10MHz的频率；另一方面，DDS可以产生高达25 MHz的频率。例如AD5930或 AD9833。

AD5930是一款支持可编程频率扫描和输出突发功能的波形发生器。这款器件采用支持增强型频率控制的嵌入式数字处理技术，能够生成合成的模拟或数字频率步进波形。采用预先编程的频率配置文件可以避免连续的写周期，从而释放了重要的DSP/微控制器资源。波形从已知相位开始，并可以连续地增加相位，因此能够轻松的确定相移。

AD5930支持三种工作模式。在连续输出模式下，该器件在定义时长内输出所需频率，然后步入下一频率。针对该器件输出特定频率的时长，可进行预先编程并让器件自动递增该频率，或者通过CTRL引脚进行外部递增。在突发模式下，该器件在一定时长内输出其频率，接着在另一预定义时长内返回到中间电平，然后步入下一频率。在MSB模式下，该器件产生数字输出。 对器件进行编程时，用户需要输入起始频率、频率步进、增量数量，以及器件在各频率点停留的时间间隔。频率配置文件可通过切换CTRL引脚来启动。该器件提供多种不同的扫描方式。频率以三角扫描模式步进来连续上下扫描整个频率范围，或以锯形扫描模式向上扫描，但再次发起扫描之前会返回到初始频率。此外，无需执行任何扫描，也可产生单个频率或突发。

AD9833是一款低功耗、可编程波形发生器，能够产生正弦波、三角波和方波输出。各种类型的检测、信号激励和时域反射(TDR)应用都需要波形发生器。输出频率和相位可通过软件进行编程，调整简单。无需外部元件。频率寄存器为28位宽，时钟速率为25 MHz时，可以实现0.1 Hz的分辨率；时钟速率为1 MHz时，AD9833可以实现0.004 Hz的分辨率。AD9833通过一个3线串行接口写入数据。该串行接口能够以最高40 MHz的时钟速率工作，并且与DSP和微控制器标准兼容。

AD5930或 AD9833它们能够独立自足地产生可编程频率。精密DAC系列中的DDS产品用于50 MHz以下带宽的情况，对于更大的带宽，请查看高速DAC产品系列。Iout DAC的重要性能指标包括快速建立时间、低噪声和低毛刺等，目的是产生快速响应。如前所述，当用户希望构造定制信号时，Iout DAC最合适，因为这种DAC能够更好地控制波形。这些DAC都是精密器件，生成的波形本质上是低频、低带宽波形。另一方面，DDS非常方便，频率捷变性更高，并提供相位控制，可轻松实现高精度PSK FSK调制。DDS产品的其他优点包括快速采集，而且具有极好的可重复性和可预测性。

AMP328音频放大器

需要在音频定位实验中有一个足够功率的音频功率放大器，这是一个在几年前购买得到的"傻瓜175”AMP328的音频放大器。可以在网络上得到它的帮助[1]

。

下面对于它进行简单的测试，以便后面进行应用。

测试的AMP328 Audio Power Amplifier