1. COMP –a digitális-analóg átalakító
kikapcsolására szolgál (energiatakarékosság szempontjából).
2. VDD – a Digitális és analóg áramkörök
pozitív tápfeszültsége (2.3V-5.5V)
-
egy 100nF-os kondenzátorral az AGND lábra kell kötni.
3. CAP/2.5V –ez egy kimenet,a digitális
áramkörök pozitív tápfeszültsége (2.5V) van rajta
-
egy 100nF-os kondenzátorral a DGND lábra kell kötni.
-
ha az IC-t 2.5V-2.7V feszültséggel üzemeltetjük, akkor közvetlenül a VDD lábra
köthtető a kivezetés.
4. DGND – a digitális áramkörök földje.
5. MCLK – órajel bemenet. A kimenő
frekvenciák ebből osztódnak le, pontosságuk és fázis-zajuk ettől függ.
6. SDATA – soros adatbemenet. Az IC itt
fogadja a 16 bites adatokat és parancsokat.
7. SCLK – soros órajel bemenet. Ennek a
lemenő élénél tologatja be az adatokat, parancsokat.
8. FSYNC – ennek logikai 0-ra állításával
jelezzük, hogy adatokat szeretnénk küldeni az IC-nek.
9. AGND – az analóg áramkörök földje.
10. VOUT –az analóg és
digitális áramkörök jelkimenete. Innen vehetők le a jelalakok.
REGULATOR (szabályzó)
Szétválasztja a tápfeszültséget a
digitális és az analóg áramkörök számára. Míg az analóg áramkörök működnek az
IC tápfeszültségének teljes tartományában (2.5V -5.5V), addig a digitális
áramkörök csak 2.5V-al üzemelhetnek. Ha az IC-t 2.5V-tal tápláljuk, akkor a VDD
és CAP/2.5 lábakat összekötjük, áthidalva a szabályzót.
SERIAL INTERFACE AND CONTROL LOGIC (soros interfész és logikai vezérlő)
Az IC a 16-bites adatot az
SDATA lábon fogadja be az SCLK lábra érkező órajel segítségével, mikor az FSYNC
láb alacsony szinten van. Ennek az idődiagramja a következő:
Amint az FSYNC lábat alacsonyra kapcsoljuk,
az adat 16 SCLK óraimpulzus alatt betolódik az IC regiszterébe. Ezután ismét
fel kell húzni az FSYNC szintjét, de több adat esetén folyamatosan alacsonyan
lehet tartani. Fontos, hogy az SCLK magas szinten legyen, amikor az FSYNC lábat
alacsonyra kapcsoljuk. Ha egy AVR mikrovezérlővel szeretnénk az adatokat az
IC-nek küldeni, akkor ezeket a lábakat annak SPI interfészére csatlakoztatjuk:
SPI (mikorvezérlő)
|
3-wire (AD9833)
|
I/O láb
|
FSYNC
|
MOSI
|
SDATA
|
SCK
|
SCLK
|
A MISO lábra nincs szükség
mert a kommunikáció egy irányú, az IC-től nem várunk visszajelzést.
CONTROL REGISTER (vezérlő regiszter)
A soros interfészen betologatott adat ebbe
a 16 bites regiszterbe kerül. Az IC csak akkor veszi beállítási parancsnak az
adatot, ha annak az első 2 bitje nulla (D15=0 és D14=0). Ellenkező esetben a
frekvencia- vagy fázisregiszterek feltöltését jelenti. A parancsbitek a
következők:
Bit
|
A bit neve
|
A bit értékének jelentése
|
D13
|
B28
|
A frekvenciaregiszterek
beállítása (lásd lennebb)
|
D12
|
HLB
|
A frekvenciaregiszterek
beállítása (lásd lennebb)
|
D11
|
FSELECT
|
0: a FREQ0 regisztert
használja a fázis akkumulátor
1: a FREQ1 regisztert
használja a fázis akkumulátor
|
D10
|
PSELECT
|
0: a PHASE0 regisztert
adja hozzá a fázis akkumulátor kimenetéhez
1: a PHASE1 regisztert
adja hozzá a fázis akkumulátor kimenetéhez
|
D9,D4,D2,D0
|
Fenntartott
|
0
|
D8
|
RESET
|
0: nem történik semmi
1: miden regisztert
lenulláz
|
D7-D6
|
SLEEP1-SLEEP12
|
0-0: minden áramkör működik
0-1: a DAC kikapcsol
1-0: a belső órajel leáll
1-1: minden kikapcsol
|
D5-D1-D3
|
OPBITEN-MODE-DIV2
|
0-0-X: a kimenet szinusz
jelalak
0-1-X: a kimenet háromszög jelalak
1-0-0: a kimenet a DAC
adat MSB/2-je (négyszög jelalak)
1-0-1: a kimenet a DAC
adat MSB-je (négyszög jelalak)
1-1-X: fenntartott
|
A D13 és D12 bitek a frekvenciaregiszterek
beállítására szolgálnak. Mindkét regiszter 28 bites, ezért két írás szükséges
ezek feltöltésére.
D13 (B28):
1: engedélyezi egyik frekvenciaregiszter
teljes feltöltését két egymást követő írási folyamattal, melyből az első a kódszó
14 LSB-jét, a második pedig a 14 MSB-jét írja be. A regiszter csak a második
írási folyamat után veszi fel az új értéket, ellenkező esetben változatlan marad.
Mindkét 16 bites szó első két bitje a frekvenciaregiszterre utal, amelybe az
írás történik. A frekvenciaregiszterek címei a következők:
D15-D14
|
Frekvenciaregiszter
|
0-1
|
FREQ0
|
1-0
|
FREQ1
|
0: a 28 bites frekvenciaregiszter két 14
bites regiszterként működik, melyek közül egyik a 14 bites MSB-t, másik a 14
bites LSB-t tartalmazza. Ez lehetővé teszi az LSB vagy MSB független
módosítását. Hogy melyiket változtatjuk ezek közül, azt a D12 bittel adjuk meg.
D12 (HLB): csak akkor
érvényes, ha a D13 bit nulla. Az LSB és MSB közti választást teszi lehetővé.
1: 14 bit MSB beírása a felosztott
frekvenciaregiszterbe
0: 14 bit LSB beírása a felosztott
frekvenciaregiszterbe
A fázisregiszterekbe is hasonlóképp
történik az írás, ám ezek 12 bitesek így nincs szükség a működési módjukat
változtató bitekre a vezérlőregiszterben, hiszen egyetlen írással teljesen
feltölthetőek. A 16 bites szó első 4 bitje a fázisregiszter címére utal:
D15-D14-D13-D12
|
Fázisregiszter
|
1-1-0-X
|
PHASE0
|
1-1-1-X
|
PHASE1
|
FREQ0, FREQ1, PHASE0, PHASE1(frekvencia és fázis regiszterek)
Amikor az IC-be írt adat
nem parancs, akkor az értékek a frekvencia vagy a fázis regiszterekbe
töltődnek. A frekvenciaregiszterek a kimenet frekvenciáját, a fázisregiszterek
pedig a kimenet fázisát határozzák meg:
\[\text{Frekvencia} = \frac{f_{MCLK}}{2^{29}}\cdot \text{FREQ regiszter}\] \[\text{Fázis} = \frac{2\pi}{4096}\cdot \text{PHASE regiszter}\]
Azért van kettő
mindenikből, mert ha mindkettőt feltöltjük különböző értékekkel, akkor modulált
jelet alkothatunk a kimeneten (FSK és PSK moduláció). Ezt persze úgy is lehet,
hogy mindenik modulálandó bitnél átírjuk a regiszterek tartalmát, de sokkal
gyorsabb az FSELECT vagy PSELECT biteket változtatgatni. A MUX azt a regisztert kacsolja a kimenetére, amelyiket beállítottunk
a parancsban.
PHASE ACCUMULATOR
Úgy lehet rá
tekinteni, mint egy számlálóra. Egy 28 bites regiszterből és egy összegzőből
áll. A regiszterbe betölti a frekvenciaszót, majd az órajel minden ciklusánál
hozzáadja bemenő frekvenciaszóhoz. A kimenet ezért fokozatosan nő, minden
óraciklusban a frekvenciaszó értékével lesz nagyobb. Egy bizonyos számú összegzés
után a regiszter túlcsordul és a számlálás alaphelyzetbe áll. Ez pontosan egy
teljes periódus után következik be. A kimenet tehát egy fűrészfogjel, ahol a
fogak hosszúsága megfelel a kívánt frekvencia periódusával. Ez egy összegzőbe
kerül, ahol a fázisértékkel adódik össze, aminek eredményeképp hamarább
történik túlcsordulás, a jel tehát késleltethető. Az összegző kimenete 12 bitre
van csonkítva. Ennek előnye, hogy a SIN ROM kisebb lookup táblázatot is
használhat.
SIN ROM
Egy memória,
ami a lookup (keresési) táblázatot tartalmazza. Ennek segítségével alakítja át
a bemenő fázisinformációt szinusz hullámmá. Ez a táblázat minden fázisadathoz
egy amplitúdóértéket rendel, így a memóriából szinusz jelalakhoz tartozó
amplitúdó értékek olvashatóak ki. A kimenetén lévő MUX azért van, hogy mikor nem szinusz kimenetet konfigurálunk be,
akkor átkapcsol és a 12 bites fűrészfogjelet adja a DAC-ra.
DAC(Digitális - Analóg átalakító)
Felbontása 10
bit és feladata, hogy a bináris értékeket analóg feszültségszintté alakítsa. A
szinusz és a háromszögjelnél működik. A kimenő feszültsége 0.6V csúcstól
csúcsig, ami a VOUT kimenő lábra van vezetve közvetlenül. A DAC-nek van egy
referenciafeszültsége (ON-BOARD
REFERENCE), amitől a kivezérlési tartomány függ. A kivezérlési tartományt a
FULL-SCALE CONTROL állítgatja a
referenciafeszültséghez képest úgy, hogy a DAC semmiképp se telítődjön túl. A
kimeneten lennie kell egy minimális terhelésnek, ami egy 200 ohmos ellenállásként van beépítve az IC-be.
MSB, DIVIDE BY 2, MUX
Ha kimenetnek
négyszögjelet választunk, akkor a DAC adatok MSB-je kerül a kimenetre. Ez
egyébként folyton jelen van az IC-ben, csupán az OPBITEN bit nullán tartása
gátolja, hogy a kimenő lábra kerüljön. Ha a MUX-ot a DIVIDE BY 2 blokkra
kapcsoljuk (a DIV2 bittel), akkor a négyszögjel frekvenciája a felére csökken.Tesztáramkör
A
következő kapcsolás egy ATMega8 mikrovezérlővel kapcsolja össze az AD9833-at.
Ehhez 3 kivezetés szükséges. Az utasítások átadása akár 40MHz-es frekvencián is
történhet (ami a modulációknál hasznos), ám ezúttal a mikrovezérlő belső
8MHz-es órajelét használjuk. Az AD9833 órajelét az MCLK kivezetésre kell
csatlakoztatni, és ebből osztja majd le a kimenő jelalakok frekvenciáját. Ennek
legnagyobb értéke 25MHz lehet amikor is a maximális kimenő frekvencia:
\[Frekvencia = \frac{25MHz}{2^{28}}\cdot 0x7FFFFFF=\frac{25000000}{268435456}\cdot 134217727=\] \[=12.5MHz\]
25MHz MCLK frekvencián a felbontás 0.1Hz. Kisebb
órajelnél, például 1MHz-en a felbontás 0.004Hz-re javul. Ebben az esetben
25MHz-es órajelet adunk az áramkörnek. VCC=5V és a
kimenő jelalakot az AD9833 IC VOUT kivezetésén mérjük.
Tesztprogram
A következő program a mikrocontroller.net fórum egyik topikjából van átírva.
Szinusz, négyszög és háromszögjeleket képes produkálni 12.5MHz-ig változtatható
frekvencián.
#include
<util/delay.h>
#include
<avr/interrupt.h>
#include
<avr/io.h>
//Stringek
#define Kikapcs 0
#define Szinusz 1
#define Negyszog 2
#define Haromszog 3
//Parancsbitek
#define B28 13
#define HLB 12
#define FSELECT 11
#define PSELECT 10
#define RESET 8
#define SLEEP1 7
#define SLEEP12 6
#define OPBITEN 5
#define DIV2 3
#define MODE 1
//SPI
lábak
#define MOSI 3 //PB3
#define SCK 5 //PB5
#define FSYNC 2 //PB2
//Globális
változók
uint16_t stats = 0;
uint16_t tosend = 0;
void DDS_write(uint16_t data)
{
PORTB &= ~(1<<FSYNC); // a
küldés alatt az FSYNC alacsony
SPDR = (uint8_t)(data>>8); // LSB -
utolsó 8 bit
while(!(SPSR
& (1<<SPIF))); // várunk míg
átmegy
SPDR = (uint8_t)(data
& 255); //
MSB - elsõ 8 bit
while(!(SPSR
& (1<<SPIF))); // várunk míg
átmegy
PORTB |= (1<<FSYNC); //a
küldés után az FSYNC újr magas
}
void DDS_off(void)
{
// teljes
frekvenciaszó, nullázás, MCLK kikapcs
stats =
(1<<B28)|(1<<RESET)|(1<<SLEEP1);
DDS_write(stats);
stats &= ~(1<<RESET); // RESET láb felold
_delay_ms(1);
DDS_write(stats);
}
void DDS_init(void)
{
DDRB|=(1<<MOSI)|(1<<SCK)|(1<<FSYNC);
//
kimenetek
PORTB|=(1<<FSYNC); // FSYNC magas
SPCR=(1<<SPE)|(1<<MSTR)|(1<<CPOL)|(1<<SPR0);
// SPI enable,
Master mode, SCK=f/16, SCK=high when idle
DDS_off(); // Kezdetben kikapcs, amig a beallitasok tortennek.
}
void DDS_signal(uint8_t signal)
{
stats&=~(1<<SLEEP1); //minden áramkör mûködik
switch
(signal)
{
case
Kikapcs:
DDS_off();
break;
case
Szinusz:
stats
&=~((1<<OPBITEN)|(1<<MODE));
break;
case
Negyszog:
stats|=(1<<OPBITEN)|(1<<DIV2);
stats&=~(1<<MODE);
break;
case
Haromszog:
stats&=~(1<<OPBITEN);
stats|=(1<<MODE);
break;
default:
stats|=(1<<OPBITEN)|(1<<MODE);
}
DDS_write(stats);
}
void DDS_freq(uint32_t f)
{
double
temp = (double)f/25000000;
uint32_t
regist = temp*268435456; //2^28, (1<<28);
tosend = regist & 16383;
tosend |= (1<<14);
DDS_write(tosend);
tosend = (regist & ~16383)>>14;
tosend |= (1<<14);
DDS_write(tosend);
}
int main(void)
{
DDS_init();
// portok, regiszterek inicializálása
DDS_signal(Negyszog); // Jelalak megadása
DDS_freq(12500000); // Frekvencia megadása Hz-ben
}
A szinusz-hullám 4MHz fölött már
lépcsősödni kezd, a háromszögjelnek a csúcsai 1MHz fölött egyre jobban eltompulnak, a
négyszögjel viszont megőrzi formáját a végsőkig (12.5MHz). A Szinusz és a
háromszögjel átmegy az AD9833 digitális-analóg átalakítóján, ezért ezek
amplitúdója (csúcstól csúcsig) 0.6V. Ám ahogy a frekvencia növekszik az
amplitúdó is csökken: az 1MHz-es háromszögjelnél 0.5V-ra, a 4MHz-es szinusznál
0.35V-ra esett. A négyszögjelnél nincs ilyen probléma, mert az megkerüli a
DAC-t és közvetlenül a kimenetre kerül, így annak amplitúdója a tápfeszültséggel
azonos (itt kb. 5V).
