基于FPGA控制AD9854产生正弦波
ad9854工作原理
ad9854采用80脚lqfp封装，其内部共有40个8位的控制寄存器，分别用来控制输出信号频率、相位、幅度、步进斜率等，以及一些特殊控制位。下表给出了控制寄存器的分布情况。
ad9854能够产生多种形式的额输出信号，工作模式的选择是通过对控制寄存器ifh中的三个位（mode2、mode1、mode0）的控制来实现的。见下表。
事实上，除上述工作方式外，通过不同工作方式的组合控制，还可以产生更多的输出信号形式（例如，非线性调频信号）。下面分别予以介绍。
单频模式（singletone） 这是ad9854复位后的缺省工作模式。输出频率由写入控制寄存器04h~09h中的48位频率调谐字1（frequcncytuningwordi--ftw）决定，相位由控制寄存器00h~01h中的14位相位调谐字决定，1和q通道的输出信号幅度可分别由控制寄存器21h~22h、23h~24h中的两个12位幅度调整控制字决定。此时，频率调谐字2（ftw2，0ah~0dh）和相位调谐字2（02h~03h）不用。
频率调谐字（ftw）=（fout×2n）/fsysglk
其中，fout;输出信号频率（0~fsysglk/2）;
n，相位累加器的分辨率，这里是48位；
fsysglk，系统时钟。
值得注意的是，1和q通道的输出在任何时侯都是正交的。另外，所有频率的改变都是相位连续的。
频移键控模式（fsk） 两个频率f1、f2分别由ftw1和ftw2中的值决定，输出哪个频率由pin29的电平决定。pin29为“0“，输出f1;pin29为“i”输出f2。
频率渐变fsk（rampedfsk） ad9854提供一种频率渐变的fsk输出模式，可改善输出信号的带宽性能。其输出滤形与传统的fsk的差别见图1。
此时，频率由fl到f2的变化不是突变的，而是按一定的斜宰逐渐从f1变化到f2.该斜率由20位的渐变速率时钟（ramprateclock-rrc，1ah~1ch）和48位的频率步进字《（detafrequencyword--dfw，10h~15h）寄存器中的值共同决定。
ftw1寄存器中置低频控制字，ftw2寄存器中置高频控制字;rrc寄存器中置渐变过程中每个中间频率的持续时间控制字。48位的dfw寄存器中的值决定了每次频率步进量。频率的上升或下降由pin29上的电平决定。pin29为“0”，上升：pin29为“1“，下降。当到达终点频率后则停止渐变并保持该终点频率。
a.自动三角波形频率输出。若置位控制寄存器1fh中的triangle位，则无需pin29脚上的电平控制，ad9854就能按照rrc和dfw寄存器中的设置产生从fl到f2，然后立刻再从f2到f1的锯齿形频率输出。
b.控制位clracci（］fh寄存器中）：当该位置“1”时，则停止现行的频率渐变过程，回到起始频率重新开始下一个渐变过程。
c.控制位clracc2（1fh寄存器中）：该位置“1”时，ad9854输出直流信号（0hz）。
二位相移键控模式{bpsk） 这种工作方式的控制类似于fsk模式。两个输出相位p1和p2分别由两个14位相位调整控制字寄存器（00h~0lh，02h~03h）决定;pin29上的电平决定用哪个作起始相位。输出信号的烦率由ftw1寄存器中的值决定。
相位分辨率=360度/2的14次方=0.022033691度
线性调频模式（fmchirp） ad9854按用户所要求的频率分辨率、调频斜率、扫频方向和频宰范围产生精确的线性或非线性调频信号。此时，寄存器ftwl中装入的值决定起点频率;频率步进量由寄存器dfw决定;中间频率持续时间由寄存器rrc决定，pin29为“保持（hoid）”功能，高电平时.chirp过程暂停，输出频率保持此前值不变，直至pin29又重新变为低电平后，再以原来的斜率继续原chirp过程。
需要注意的是，chirp模式只规定了起点频率，而没有设定终点频率，所以需要由用户来决定何时停止该过程。若没有及时发出停止指令，频率会持续上升到fsysglk/2为止。
ad9854应用电路图 这里采用了ad9854 这款dds 芯片， 它在300 mhz 时钟驱动下， 按照乃奎斯特采样定律可以产生最高150 mhz 的信号，为了得到信号较好的频率则一般只得到最高100 mhz 的信号。若要得到高于100 mhz 的信号， 则可采用其高次谐波得到。基于ad9854 的信号发生电路如图所示：
键盘共设有16个键，由p1.0～p1.3四条行线和p1.4～p1.7四条列线构成。其中包括数字键、单位键及功能键，用来对所需信号的频率、幅度及功能进行控制，最后输出的信号频率、幅度等信息通过液晶显示屏显示出来。显示部分采用国显公司的gxm1602nsl液晶模块，它的核心是hd44780。与w78e58的数据传输采用8位并行传输，可显示两行共32个点阵字符。hd44780支持用户自定义字符，故可以通过编程将频率、幅度、波形等汉字及数字信息显示出来。还采用了通信接口（rs232）与pc机相联，pc机的控制命令可以通过txd（pin10）和rxd（pin11）与w78e58进行交互，控制信号源的输出。
基于fpga控制ad9854产生正弦波 用fpga控制ad9854产生雷达信号源，这里主要向大家介绍如何在fpga中利用verilog语言（硬件描述语言）控制ad9854产生正弦波。由于我们采用spi总线的形式实现，主要涉及到时钟信号、片选信号以及正弦波的控制字编写。首先向大家展示一下顶层框图，我们是在quartusii8.1环境下运行的。具体见图一：
从上图可以看出，基于fpga控制产生正弦波，主要包含以下几部分：
a：时钟分频部分；b：dds控制信号部分；c：ad9854控制字部分。
（一）时钟分频部分 由于我们从外部输入的为50mhz，而对于spi总线，根据其协议，时钟一般为100khz或者400khz，我们用的是10mhz，涉及到5分频电路设计。具体设计见下图所示：
（二）dds控制信号部分 ad9854芯片的复位信号，模式选择信号以及片选信号，都在这部分包含，在这里我们将模式选择和波形关键字信号引脚，直接引至地线处理。ad9854复位和i/o口复位信号都是依靠时钟信号的。片选信号是在时钟信号出现一段时间后产生dds芯片的片选信号。
（三）ad9854控制字部分 这部分主要涉及如何很好的把握时序，我们将预先计算好的控制存在预定的存储器中，通过时钟同步信号有序的读取这些控制字。具体关键部分见下图：
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ad9854能够产生多种形式的额输出信号，工作模式的选择是通过对控制寄存器ifh中的三个位（mode2、mode1、mode0）的控制来实现的。见下表。
事实上，除上述工作方式外，通过不同工作方式的组合控制，还可以产生更多的输出信号形式（例如，非线性调频信号）。下面分别予以介绍。
单频模式（singletone） 这是ad9854复位后的缺省工作模式。输出频率由写入控制寄存器04h~09h中的48位频率调谐字1（frequcncytuningwordi--ftw）决定，相位由控制寄存器00h~01h中的14位相位调谐字决定，1和q通道的输出信号幅度可分别由控制寄存器21h~22h、23h~24h中的两个12位幅度调整控制字决定。此时，频率调谐字2（ftw2，0ah~0dh）和相位调谐字2（02h~03h）不用。
频率调谐字（ftw）=（fout×2n）/fsysglk
其中，fout;输出信号频率（0~fsysglk/2）;
n，相位累加器的分辨率，这里是48位；
fsysglk，系统时钟。
值得注意的是，1和q通道的输出在任何时侯都是正交的。另外，所有频率的改变都是相位连续的。
频移键控模式（fsk） 两个频率f1、f2分别由ftw1和ftw2中的值决定，输出哪个频率由pin29的电平决定。pin29为“0“，输出f1;pin29为“i”输出f2。
频率渐变fsk（rampedfsk） ad9854提供一种频率渐变的fsk输出模式，可改善输出信号的带宽性能。其输出滤形与传统的fsk的差别见图1。
此时，频率由fl到f2的变化不是突变的，而是按一定的斜宰逐渐从f1变化到f2.该斜率由20位的渐变速率时钟（ramprateclock-rrc，1ah~1ch）和48位的频率步进字《（detafrequencyword--dfw，10h~15h）寄存器中的值共同决定。
ftw1寄存器中置低频控制字，ftw2寄存器中置高频控制字;rrc寄存器中置渐变过程中每个中间频率的持续时间控制字。48位的dfw寄存器中的值决定了每次频率步进量。频率的上升或下降由pin29上的电平决定。pin29为“0”，上升：pin29为“1“，下降。当到达终点频率后则停止渐变并保持该终点频率。
a.自动三角波形频率输出。若置位控制寄存器1fh中的triangle位，则无需pin29脚上的电平控制，ad9854就能按照rrc和dfw寄存器中的设置产生从fl到f2，然后立刻再从f2到f1的锯齿形频率输出。
b.控制位clracci（］fh寄存器中）：当该位置“1”时，则停止现行的频率渐变过程，回到起始频率重新开始下一个渐变过程。
c.控制位clracc2（1fh寄存器中）：该位置“1”时，ad9854输出直流信号（0hz）。
二位相移键控模式{bpsk） 这种工作方式的控制类似于fsk模式。两个输出相位p1和p2分别由两个14位相位调整控制字寄存器（00h~0lh，02h~03h）决定;pin29上的电平决定用哪个作起始相位。输出信号的烦率由ftw1寄存器中的值决定。
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线性调频模式（fmchirp） ad9854按用户所要求的频率分辨率、调频斜率、扫频方向和频宰范围产生精确的线性或非线性调频信号。此时，寄存器ftwl中装入的值决定起点频率;频率步进量由寄存器dfw决定;中间频率持续时间由寄存器rrc决定，pin29为“保持（hoid）”功能，高电平时.chirp过程暂停，输出频率保持此前值不变，直至pin29又重新变为低电平后，再以原来的斜率继续原chirp过程。
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键盘共设有16个键，由p1.0～p1.3四条行线和p1.4～p1.7四条列线构成。其中包括数字键、单位键及功能键，用来对所需信号的频率、幅度及功能进行控制，最后输出的信号频率、幅度等信息通过液晶显示屏显示出来。显示部分采用国显公司的gxm1602nsl液晶模块，它的核心是hd44780。与w78e58的数据传输采用8位并行传输，可显示两行共32个点阵字符。hd44780支持用户自定义字符，故可以通过编程将频率、幅度、波形等汉字及数字信息显示出来。还采用了通信接口（rs232）与pc机相联，pc机的控制命令可以通过txd（pin10）和rxd（pin11）与w78e58进行交互，控制信号源的输出。
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从上图可以看出，基于fpga控制产生正弦波，主要包含以下几部分：
a：时钟分频部分；b：dds控制信号部分；c：ad9854控制字部分。
（一）时钟分频部分 由于我们从外部输入的为50mhz，而对于spi总线，根据其协议，时钟一般为100khz或者400khz，我们用的是10mhz，涉及到5分频电路设计。具体设计见下图所示：
（二）dds控制信号部分 ad9854芯片的复位信号，模式选择信号以及片选信号，都在这部分包含，在这里我们将模式选择和波形关键字信号引脚，直接引至地线处理。ad9854复位和i/o口复位信号都是依靠时钟信号的。片选信号是在时钟信号出现一段时间后产生dds芯片的片选信号。
（三）ad9854控制字部分 这部分主要涉及如何很好的把握时序，我们将预先计算好的控制存在预定的存储器中，通过时钟同步信号有序的读取这些控制字。具体关键部分见下图：
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