stm32控制AD9833实现扫频

<think>我们已知AD9833是一款DDS芯片，用于产生波形。用户要求使用STM32控制AD9833实现扫频功能。 根据引用[2]和引用[3]，我们可以得到一些关于扫频实现的思路： 1. 扫频需要设置起始频率、终止频率和扫频时间。 2. 在扫频过程中，频率会随时间变化，通常线性变化。 3. 需要控制每个频率点的驻留时间（即每个频率输出多长时间）。 硬件设计： 1. AD9833通过SPI接口与STM32连接（三线或四线SPI，具体看芯片手册）。 2. 需要为AD9833提供时钟源（如25MHz晶振）。 3. 连接STM32的SPI引脚（SCK, MOSI, SS/SYNC）到AD9833的对应引脚（注意AD9833的SDATA、SCLK、FSYNC）。 4. 注意：AD9833的FSYNC（片选）是低电平有效。 软件设计（代码）： 1. 初始化STM32的SPI外设（使用HAL库）。 2. 初始化AD9833（设置波形、模式等）。 3. 实现扫频算法：在给定的扫频时间内，频率从起始值线性变化到终止值。 4. 根据扫频时间计算每个频率点的驻留时间（或步进），然后按步进更新频率。 注意：AD9833的频率寄存器是28位的，频率计算公式为： 输出频率 = (频率寄存器值 * MCLK) / 2^28 因此，频率寄存器值 = (输出频率 * 2^28) / MCLK 根据引用[2]中的线性扫频算法，我们可以这样实现： 设置起始频率startFreq，终止频率endFreq，扫频时间totaltime。 设置一个更新频率的速率（即每次更新频率的时间间隔，比如10ms更新一次频率），这样扫频时间内更新的次数为：times = totaltime / 间隔时间。 频率步进值 = (endFreq - startFreq) / times 但是，引用[2]中的算法是连续变化的，实际我们只能离散更新。所以我们可以这样： 每次更新频率时，计算当前频率：currentFreq = startFreq + (endFreq - startFreq) * (当前次数/总次数) 然后把这个频率转换为AD9833的频率寄存器值，并写入。 然而，由于AD9833在更新频率时，为了避免输出毛刺，通常先更新频率寄存器（通过控制位选择先写入哪个寄存器，然后切换使用该寄存器）。AD9833有两个频率寄存器（FREQ0和FREQ1），我们可以使用两个寄存器交替更新，然后通过相位寄存器切换（或者直接使用两个频率寄存器切换）。 但为了简化，我们可以使用一个频率寄存器（比如FREQ0），然后每次更新时，先写入到FREQ1寄存器，然后切换使用FREQ1。但这样需要切换。另一种简单做法是：每次更新频率时，先关闭输出，然后更新FREQ0寄存器，再开启输出。但这样会在每次更新时产生短暂停顿。 考虑到扫频时频率变化是连续的，我们希望过渡平滑，所以最好使用两个频率寄存器，通过切换来实现无毛刺的频率切换。 然而，根据AD9833的数据手册，我们可以这样操作： - 使用FREQ0和FREQ1两个寄存器。 - 初始化时，设置两个寄存器为起始频率。 - 在扫频过程中，将要更新的下一个频率值写入到当前未使用的那个频率寄存器（比如当前使用FREQ0，则写入FREQ1），然后切换使用FREQ1。 - 这样，下次更新时写入FREQ0，再切换回FREQ0，如此交替。 但是，用户可能只需要简单的实现。因此，我们这里采用一个简化的方法：每次更新频率时，直接更新FREQ0寄存器（不切换寄存器，因为AD9833允许直接覆盖同一个频率寄存器），这样在更新瞬间可能会有毛刺，但考虑到扫频是连续的，而且更新频率的间隔时间很短（比如10ms），所以可以接受。 步骤： 1. 初始化SPI和GPIO（用于FSYNC片选）。 2. 初始化AD9833：设置控制寄存器，选择波形（正弦波、三角波等），复位内部寄存器，然后设置初始频率（写入FREQ0寄存器）。 3. 启动输出。 4. 开始扫频：计算总步数（根据扫频时间和更新间隔），然后循环更新频率。 5. 每次循环：计算当前频率，转换为寄存器值，通过SPI写入FREQ0寄存器（注意AD9833的写时序：先写低14位，再写高14位，总共28位）。 6. 延时（更新间隔时间）。 注意：AD9833的SPI写时序是16位传输，每个16位数据的高2位是地址（指示是频率寄存器还是相位寄存器，以及是哪个寄存器），低14位是数据。 具体寄存器地址（高2位）： - FREQ0寄存器：0x4000 (高2位为01，后面14位为数据，但实际上在写频率寄存器时，需要分两次写，先写低14位，再写高14位，所以地址分别是0x40和0x80？不对，看手册） 根据AD9833数据手册： - 写频率寄存器时，先写低14位（地址：0x40 << 14，但实际上地址位在最高两位，所以写低14位时，16位数据的高2位为01，低14位为数据低14位；写高14位时，高2位为10，低14位为数据的高14位（实际上是28位中的高14位）？不对，频率寄存器是28位，分两次写，每次写14位（从低到高）： 第一次写：控制字的高2位为01（表示写FREQ0的低14位），低14位为频率值的0-13位。 第二次写：控制字的高2位为10（表示写FREQ0的高14位），低14位为频率值的14-27位。 但是，控制字是16位，所以： 写低14位：发送的数据 = (0x01 << 14) | (freq_reg & 0x3FFF) 写高14位：发送的数据 = (0x02 << 14) | ((freq_reg >> 14) & 0x3FFF) 其中，freq_reg是28位的频率寄存器值（无符号整数），计算公式： freq_reg = (uint32_t)((freq * pow(2,28)) / MCLK) [注意：freq为输出频率，MCLK为AD9833的主频] 代码实现： 步骤： 1. 初始化SPI，配置GPIO（FSYNC为输出，初始高电平）。 2. 初始化AD9833：发送复位命令（0x2100），然后设置波形（例如正弦波：0x2000），并设置初始频率（写FREQ0寄存器）。 3. 启动AD9833：发送控制字（0x2000）即可（复位后已经启动，但复位后需要重新设置频率）。 4. 实现扫频循环。 注意：AD9833的SPI是MSB先传，16位数据。每次传输前拉低FSYNC，传输后拉高。 下面我们编写代码（使用HAL库）：</think>### STM32控制AD9833实现扫频功能 #### 硬件电路设计 1. **核心连接**： - STM32 SPI接口 → AD9833： - `SCK` → `SCLK` (时钟) - `MOSI` → `SDATA` (数据) - `GPIO` → `FSYNC` (片选，低电平有效) - AD9833电源： - `VDD`：3.3V供电 - `AGND/DGND`：接地 - 时钟源：25MHz晶振连接`X1`和`X2`引脚 - 输出：`VOUT`引脚经低通滤波器后输出波形 2. **关键电路**： ```plaintext +-----------------+ +-----------------+ | STM32 | | AD9833 | | | | | | SPI_SCK -----|-----> SCLK | | SPI_MOSI -----|-----> SDATA | | GPIO -----|-----> FSYNC (片选) | | | | | | GND -----|-----> AGND/DGND | | 3.3V -----|-----> VDD | | | | X1--25MHz晶振--X2 | +-----------------+ +--------+--------+ | +---+ | LPF | +---+ | VOUT ``` #### 软件代码实现（HAL库） ```c // AD9833寄存器地址定义 #define AD9833_REG_CMD 0x2000 // 控制寄存器基址 #define AD9833_REG_FREQ0 0x4000 // FREQ0寄存器地址 #define AD9833_FREQ_SEL0 0x0000 // 选择FREQ0 // SPI发送16位数据 void AD9833_SendData(uint16_t data) { HAL_GPIO_WritePin(FSYNC_GPIO_Port, FSYNC_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 拉低FSYNC HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t*)&data, 1, HAL_MAX_DELAY); HAL_GPIO_WritePin(FSYNC_GPIO_Port, FSYNC_Pin, GPIO_PIN_SET); // 拉高FSYNC } // 设置频率寄存器 void AD9833_SetFrequency(uint32_t freq, uint8_t reg) { uint32_t freq_reg = (uint32_t)((freq * 268435456.0) / 25000000.0); // 计算寄存器值: f_out * 2^28 / MCLK(25MHz) uint16_t lsb = (freq_reg & 0x3FFF) | reg; // 低14位 + 寄存器地址 uint16_t msb = ((freq_reg >> 14) & 0x3FFF) | reg; // 高14位 + 寄存器地址 AD9833_SendData(lsb); AD9833_SendData(msb); } // 初始化AD9833 void AD9833_Init(void) { AD9833_SendData(0x2100); // 复位 HAL_Delay(10); AD9833_SendData(AD9833_REG_CMD | AD9833_FREQ_SEL0); // 启用FREQ0 } // 线性扫频函数 void AD9833_Sweep(uint32_t startFreq, uint32_t endFreq, float sweepTime) { uint32_t totalSteps = (uint32_t)(sweepTime * 100); // 假设100Hz更新频率 float freqStep = (float)(endFreq - startFreq) / totalSteps; for(uint32_t i = 0; i <= totalSteps; i++) { uint32_t currentFreq = startFreq + (uint32_t)(i * freqStep); AD9833_SetFrequency(currentFreq, AD9833_REG_FREQ0); HAL_Delay(10); // 10ms步进间隔 } } // 主函数调用示例 int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_SPI1_Init(); // SPI初始化 MX_GPIO_Init(); // GPIO初始化 AD9833_Init(); while(1) { // 从1kHz扫频到10kHz，耗时1秒 AD9833_Sweep(1000, 10000, 1.0); HAL_Delay(1000); // 等待1秒后重新扫频 } } ``` #### 关键实现细节 1. **频率计算**： - 寄存器值计算公式：$$ \text{FREQ\_REG} = \frac{f_{\text{out}} \times 2^{28}}{\text{MCLK}} $$ - 例：输出1kHz时：$$ \text{FREQ\_REG} = \frac{1000 \times 268435456}{25000000} = 10737 $$ 2. **扫频算法优化**： - 使用离散化线性扫频：$$ f_{\text{current}} = f_{\text{start}} + i \times \frac{f_{\text{end}} - f_{\text{start}}}{N} $$ - 步进时间影响平滑度（10ms步进适用于音频扫频）[^2] 3. **输出波形限制**： - 根据奈奎斯特采样定理，最大输出频率为MCLK/2（12.5MHz） - 三角波输出需降低频率（建议<1MHz）以保证波形点数充足[^3] #### 注意事项 1. **SPI配置**： - 模式：CPOL=1, CPHA=1（模式3） - 时钟频率：建议≤10MHz - 数据格式：MSB First 2. **毛刺抑制**： - 更改频率前先复位寄存器（发送0x2100） - 使用双缓冲寄存器（FREQ0/FREQ1）可实现无毛刺切换 3. **低通滤波**： - 在VOUT后添加RC低通滤波器（截止频率≥目标最大频率）