浅谈基于C8051F060单片机控制AD9833实现FSK调制

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                    　　数字调频又称移频键控，简记为FSK,它是载波频率随数字信号而变化的一种调制方式。利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。除具有两个符号的二进制频移键控之外，尚有代表多个符号的多进制频移键控，简称多频调制。一种用多个载波频率承载数字信息的调制类型。最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。由于FSK具有方法简单、易于实现、抗噪声和抗衰落性能较强等优点，因此在现代数字通信系统的低、中速数据传输中得到了广泛应用。
　　直接数字频率合成技术（DDS）将先进的数字处理技术与方法引入信号合成领域。DDS器件采用高速数字电路和高速D/A转换技术，具备频率转换时间短、频率分辨率高、频率稳定度高、输出信号频率和相位可快速程控切换等优点，可以实现对信号的全数字式调制。
　　DDS芯片--AD9833的介绍
　　与传统的频率合成技术相比，DDS技术具有很多优点：频率切换时间短、工作频率范围宽、频率分辨率高、相位变化连续和容易对输出信号实现调制等。DDS主要由标准参考频率源、相位累加器、波形存储器、数/模转换器、低通平滑滤波器等构成。其中，参考频率源一般是一个高稳定度的晶体振荡器，其输出信号用于DDS中各部件同步工作。DDS的实质是对相位进行可控等间隔的采样。
　　AD9833是ADI公司生产的一款低功耗，可编程波形发生器，能够产生正弦波、三角波、方波输出。波形发生器广泛应用于各种测量、激励和时域响应领域，AD9833无需外接元件，输出频率和相位都可通过软件编程，易于调节，频率寄存器是28位的，主频时钟为25MHz时，精度为0.1Hz,主频时钟为1MHz时，精度可以达到0.004Hz.可以通过3个串行接口将数据写入AD9833,这3个串口的最高工作频率可以达到40MHz,易于与DSP和各种主流微控制器兼容。AD9833的工作电压范围为2.3V-5.5V.AD9833还具有休眠功能，可使没被使用的部分休眠，减少该部分的电流损耗，例如，若利用AD9833输出作为时钟源，就可以让DAC休眠，以减小功耗，该电路采用10引脚MSOP型表面贴片封装，体积很小。
　　AD9833的内部电路包括数字器件和模拟器件两部分。主要由相位累加器（由加法器和相位寄存器组成）、ROM波形查询表、数模转换器DAC和低通滤波器LPF构成。AD9833的基本结构原理如图1所示。其中M为频率控制字、FMCLK为时钟频率，相位累加器在时钟FMCLK的控制下以步长M作累加，相位寄存器的输出与相位控制字相加后输入到正弦查询表地址中。正弦查询表包含1个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0°"360°范围内的1个相位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号S（n），经D/A转化器变成阶梯波S（t），再经低通滤波器平滑后就可得到合成的信号波形。其形状取决于波形ROM中存放的幅码，因此用DDS可以产生任意波形。输出正弦波频率为：fOUT=M（fMCK/228），其中，M为频率控制字，由外部编程给定，其范围为0≤M≤228-1 .



图2 硬件电路连接
　　软件控制
　　写数据到控制寄存器
　　单片机传送数据到AD9833的时序如图3所示：FSYNC引脚是使能引脚，电平触发方式，低电平有效。进行串行数据传输时，FSYNC 引脚必须置低，这种情况下，16个SCLK的下降沿数据被送到AD9833的输入移位寄存器。在第16个SCLK的下降沿FSYNC可以被置高，当然，也可以连续加载多个16位数据，仅在最后一个数据的第16个SCLK的下降沿时将FSYNC置高。需要注意的是，在FSYNC开始变为低前（即将开始写数据时）），SCLK必须为高电平。



　　数据写入方式
　　设置控制寄存器中的D15D14=00,表示数据写入控制寄存器；设置B28（D13）=1,表示28位数据可以连续写入频率寄存器，默认先写入低14位频率字，再连续写入高14位频率字到频率寄存器中；设置B28（D13）=0,表示28位数据分两次写入频率寄存器，此时配合 HLB 的值使用（当HLB=1时允许高14位频率字写入到频率寄存器，当HLB=0时允许低14位频率字写入到频率寄存器）。因此写入到控制寄存器的数据可为：0010 0000 0000 0000,表示设置连续28位频率字。数据写入流程图如图4所示。


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图7 输出频率为7230Hz的频谱图?????????????图8 频率为7230Hz时域图
　　结论
　　本实验中设计的FSK调制信号，在工程中有较强的实用价值，已成功应用于井下声波传输系统中。