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一、AD9833模块简介

  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、致动和时域反射(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；时钟速率为25MHz，可以实现0.1Hz的分辨率。 同样，时钟速率为1MHz时，AD9833可以实现0.004Hz的分辨率。
特性

  • 模块供电：DC 5V
  • 模块电流：10mA（MAX），正常驱动电流8mA（TYPE）
  • 通讯协议：SPI串行
  • 模块主频：25MHz（MAX）
  • DAC分辨率：10位
  • 相位累加器位数：28位
  • 输出通道：单通道输出，A通道直接输出，B通道带滤波器输出
  • 输出信号：正弦波、方波、三角波，正弦波带9MHz低通滤波器
  • 模块信号特点：正弦波无耦合输出，输出自带直流分量，接入射频设备需加隔直器，也可直接使用示波器测量
  • 最高主频输出信号范围：正弦波：1Hz ~ 9MHz，方波：1Hz ~ 1MHz（方波占空比不可调）
  • 输出幅值：正弦波600mVpp（MAX），方波5Vpp，正弦波随着频率增加幅度减少，方波随着频率增加波形变化
  • 输出阻抗：200欧

应用

  • 频率信号发生，正弦波、方波、三角波信号发生，传感器激励等

二、模块接口说明

FSYNC 低电平有效控制输入
SCLK 串行时钟输入
SDATA 串行数据输入

三、功能框图和时序图说明


  频率寄存器和相移寄存器：分别各两个，可以配置两个不同的频率和相移，可通过设置激活其中一个。

  12位地址截断：28位相位累加器，但输出被截断至12位。使用相位累加器的全分辨率不仅不切实际，也根本不必要，因为这要求查找表具有2^28个条目。只需具有足够的相位分辨率，使得因截断而产生的误差小于10位DAC的分辨率即可。这就要求SIN ROM的相位分辨率比10位DAC高出两位。

  MSB直接输出：通过将10位DAC的MSB以数字直接输出的形式到VOUT引脚，可以得到方波。也可以通过内置的2分频通道将输出频率降低到原来的1/2。

  控制寄存器：一个16位的控制寄存器


  AD9833通信流程：数据以一个16位字的形式，通过SPI传送到AD9833；通信开始前需将同步引脚拉低，且同步引脚拉低时时钟线SCLK应为高电平；数据可一次传输一个字，传输完成后将同步引脚拉高结束通信；也可一次传输多个字，传输时保持同步引脚为低电平，直至多个字传输完成后拉高。

四、主要寄存器说明

控制寄存器
  16 位寄存器，用于配置器件模式（如波形类型、复位、睡眠模式）。其中D1位选择输出正弦波还是三角波，D10-11位选择用哪个频率和相位寄存器，D12位选择写入频率寄存器的MSB或LSB。

频率寄存器
  AD9833 有两个独立的 28 位频率寄存器：FREQ0 和 FREQ1。用于精确控制输出波形的频率。它们存储“频率调谐字”（Frequency Tuning Word），该值决定了相位累加器的增量步长，从而生成所需的输出频率。两个寄存器的设计允许快速切换频率，例如在 FSK (频率键控移位) 调制应用中，通过控制寄存器的 FSELECT 位（D11）来选择使用哪个频率寄存器（0 表示 FREQ0，1 表示 FREQ1）。

  寄存器结构和位定义
    总位宽：每个频率寄存器均为 28 位，分成两个部分：MSB (高 14 位) 和 LSB (低 14 位)。
    位分配（表 7 和表 8所示）：
    MSB 14 位：对应频率的高位部分，用于粗调。LSB 14 位：对应频率的低位部分，用于细调。

  寄存器地址（在串行写入时，前两位 D15:D14）：
    FREQ0：01 (D15:D14 = 01)。FREQ1：10 (D15:D14 = 10)

写入流程
  写入频率寄存器通过 3 线串行接口（FSYNC、SCLK、SDATA）进行，每次传输 16 位字（包括 2 位地址 + 14 位数据）。由于寄存器是 28 位，需要分两次写入：

  控制寄存器设置：先写入控制寄存器（地址 00），设置 B28 位 (D13) = 1（表示启用 28 位连续写入模式），以及 HLB 位 (D12) 来选择写入 MSB 或 LSB（1 表示 MSB，0 表示 LSB）。同时设置 FSELECT 位选择目标寄存器（FREQ0 或 FREQ1）。

  数据写入：
   如果 B28=1：连续发送两个 16 位字（FSYNC 保持低电平）。
     第一笔：地址 + LSB 14 位数据（例如，对于 FREQ0：D15:D14=01，D13:D0=LSB 数据）。
     第二笔：地址 + MSB 14 位数据（相同地址，D13:D0=MSB 数据）。
   如果 B28=0：可单独写入 MSB 或 LSB（使用 HLB 位选择），但推荐使用连续发送模式以确保完整 28 位数据。SDATA 输入可参考表 9，10，11。

相位寄存器
  AD9833 有两个独立的 12 位相位寄存器：PHASE0 和 PHASE1。用于添加相位偏移到相位累加器的输出，从而控制波形的起始相位或实现相位调制（如 PSK，相位键控移位）。通过控制寄存器的 PSELECT 位（D10）选择使用哪个相位寄存器（0 表示 PHASE0，1 表示 PHASE1）。

  寄存器结构和位定义
    总位宽：每个相位寄存器均为 12 位（无 MSB/LSB 分割）。
    位分配（表 7 和表 12所示）：
    12 位相位偏移字：对应相位的高精度调整。

  寄存器地址（D15:D14=11）：PHASE0 和 PHASE1 共享地址 11，可通过控制寄存器的 PSELECT 位区分。

写入流程
  相位寄存器写入更简单，因为只有 12 位：

  控制寄存器设置：写入控制寄存器（地址 00），设置 PSELECT 位选择 PHASE0 或 PHASE1。B28 和 HLB 位不影响相位写入。

  数据写入：单笔 16 位字传输。
    SDATA = 11 (地址) + 相位 12 位数据，其中D13位选 PHASE0 还是 PHASE1，D12为无关位，D11-0为数据有效位。

  注意：上电或复位后，频率寄存器和相位寄存器默认为 0。

五、频率和相位计算

频率计算

  输出频率 f O U T f_{OUT} fOUT​ 的计算基于以下公式：
f O U T = FREQREG × f M C L K 2 28 f_{OUT} = \frac{\text{FREQREG} \times f_{MCLK}}{2^{28}} fOUT​=228FREQREG×fMCLK​​
  FREQREG：28 位频率调谐字的十进制值（范围 0 ~ 2^{28} - 1 ≈ 268,435,455）。
   f M C L K f_{MCLK} fMCLK​: 外部主时钟频率（最高 25 MHz）。
  分辨率：当 MCLK=25 MHz 时，最小频率步长 ≈ 0.093 Hz（即 25 × 10 6 / 2 28 ≈ 0.093 25 \times 10^6 / 2^{28} \approx 0.093 25×106/228≈0.093 Hz）。

示例：
  假设 MCLK=25 MHz，想要输出 1 kHz 正弦波。
  计算 FREQREG = ( 1000 × 2 28 ) / 25 × 10 6 ≈ 10737.418 (1000 \times 2^{28}) / 25 \times 10^6 \approx 10737.418 (1000×228)/25×106≈10737.418（十进制）。
  二进制(取整)：0000 0000 0010 1001 1111 0001（28 位）。
  分成 MSB/LSB：MSB=0000 0000 0000 0000，LSB=0010 1001 1111 0001。
  写入：先设置控制寄存器 B28=1, HLB=0（LSB 先），然后连续写入两个 16 位字。

相位计算

  相位偏移 Δ ϕ \Delta \phi Δϕ 的计算基于以下公式：
Δ ϕ = PHASEREG × 2 π 2 12 = PHASEREG × 2 π 4096 \Delta \phi = \frac{\text{PHASEREG} \times 2\pi}{2^{12}} = \frac{\text{PHASEREG} \times 2\pi}{4096} Δϕ=212PHASEREG×2π​=4096PHASEREG×2π​

  PHASEREG：12 位相位字的十进制值（范围 0 ~ 4095）。
  分辨率：最小相位步长 = 2 π / 4096 ≈ 0.0015 2\pi / 4096 \approx 0.0015 2π/4096≈0.0015 弧度（或约 0.088 度）。
  满量程：对应 2π 弧度（360 度）。

示例：
  想要 90 度相位偏移（π/2 弧度）。
  计算 PHASEREG = (90 / 360) * 4096 ≈ 1024（十进制）。
  二进制：0100 0000 0000（12 位）。
  写入：SDATA = 1100 0100 0000 0000

六、STM32F103驱动AD9833输出波形信号

准备工作

  STM32F103C8T6最小系统板，AD9833模块，OLED屏，EC11旋转编码器模块，按键和导线若干。

引脚接线

STM32F103C8T6 AD9833
PA3 FSYNC
PA4 SCLK
PA5 SDATA
PA0 EC11旋转编码器 -> B，减少频率
PA1 EC11旋转编码器 -> A，增加频率
PA2 EC11旋转编码器 -> S，移位调节
PB8 OLED -> SLC
PB9 OLED -> SDA
PB12 按键，切换输出波形

代码示例

AD9833.c

#include "AD9833.h"		// AD9833 definitions.
#include "delay.h"		// AD9833 definitions.

#define FCLK 25000000	//设置晶振频率
#define RealFreDat    268435456.0/FCLK//总的公式为 Fout=（Fclk/2的28次方）*28位寄存器的值

/***************************************************************************//**
 * @brief Initializes the SPI communication peripheral and resets the part.
 *
 * @return 1.
*******************************************************************************/
unsigned char AD9833_Init(void)
{
    AD9833_SPI_Init(0, 1000000, 1, 1);
    AD9833_SetRegisterValue(AD9833_REG_CMD | AD9833_RESET);
	
    return (1);
}

/***************************************************************************//**
 * @brief Sets the Reset bit of the AD9833.
 *
 * @return None.
*******************************************************************************/
void AD9833_Reset(void)
{
    AD9833_SetRegisterValue(AD9833_REG_CMD | AD9833_RESET);
	delay_ms(10);
}

/***************************************************************************//**
 * @brief Clears the Reset bit of the AD9833.
 *
 * @return None.
*******************************************************************************/
void AD9833_ClearReset(void)
{
	AD9833_SetRegisterValue(AD9833_REG_CMD);
}
/***************************************************************************//**
 * @brief Writes the value to a register.
 *
 * @param -  regValue - The value to write to the register.
 *
 * @return  None.    
*******************************************************************************/
void AD9833_SetRegisterValue(unsigned short regValue)
{
	unsigned char data[5] = {0x03, 0x00, 0x00};	
	
	data[1] = (unsigned char)((regValue & 0xFF00) >> 8);
	data[2] = (unsigned char)((regValue & 0x00FF) >> 0);
	ADI_CS_LOW;	    
	AD9833_SPI_Write(data,2);
	ADI_CS_HIGH;
}
void AD9833_SetFrequencyQuick(float fout,unsigned short type)
{

	//AD9833_Setup(AD9833_FSEL0, AD9833_PSEL0, type);
	AD9833_SetFrequency(AD9833_REG_FREQ0, fout,type);// 400 kHz

}

/***************************************************************************//**
 * @brief Writes to the frequency registers.
 *
 * @param -  reg - Frequence register to be written to.
 * @param -  val - The value to be written.
 *
 * @return  None.    
*******************************************************************************/
void AD9833_SetFrequency(unsigned short reg, float fout,unsigned short type)
{
	unsigned short freqHi = reg;
	unsigned short freqLo = reg;
	unsigned long val=RealFreDat*fout;
	freqHi |= (val & 0xFFFC000) >> 14 ;
	freqLo |= (val & 0x3FFF);
	AD9833_SetRegisterValue(AD9833_B28|type);
	AD9833_SetRegisterValue(freqLo);
	AD9833_SetRegisterValue(freqHi);
}
/***************************************************************************//**
 * @brief Writes to the phase registers.
 *
 * @param -  reg - Phase register to be written to.
 * @param -  val - The value to be written.
 *
 * @return  None.    
*******************************************************************************/
void AD9833_SetPhase(unsigned short reg, unsigned short val)
{
	unsigned short phase = reg;
	phase |= val;
	AD9833_SetRegisterValue(phase);
}
/***************************************************************************//**
 * @brief Selects the Frequency,Phase and Waveform type.
 *
 * @param -  freq  - Frequency register used.
 * @param -  phase - Phase register used.
 * @param -  type  - Type of waveform to be output.
 *
 * @return  None.    AD9833_Setup(1000,0,AD9833_OUT_SINUS);
*******************************************************************************/
void AD9833_Setup(unsigned short freq,
				  unsigned short phase,
			 	  unsigned short type)
{
	unsigned short val = 0;
	
	val = freq | phase | type;
	AD9833_SetRegisterValue(val);
}
/***************************************************************************//**
 * @brief Sets the type of waveform to be output.
 *
 * @param -  type - type of waveform to be output.
 *
 * @return  None.    
*******************************************************************************/
void AD9833_SetWave(unsigned short type)
{
	AD9833_SetRegisterValue(type);
}

main.c

#include "stm32_config.h"
#include "stdio.h"
#include "key.h"
#include "Encoder.h"
#include "OLED.h"
#include "ad9833.h"

uint8_t mode;
uint32_t last_value = 0xFFFFFFFF;
uint8_t start;
uint32_t value;

int main(void)
{
	MY_NVIC_PriorityGroup_Config(NVIC_PriorityGroup_2);	//设置中断分组
	delay_init(72);	//初始化延时函数
	
	Key_Init();
	OLED_Init();
	Encoder_Init();
	
	AD9833_Init();
	AD9833_SetFrequencyQuick(10000,AD9833_OUT_SINUS);
	
	delay_ms(100);
	
	OLED_ShowString(0,5,"AD9833",16,1);
	OLED_ShowChinese(70,5,0,16,1);
	OLED_ShowChinese(86,5,1,16,1);
	OLED_ShowChinese(102,5,2,16,1);
	OLED_ShowString(95,160,"Hz",16,1);
	OLED_Refresh();
	
	while(1)
	{
		KeyEvent_TypeDef key_event = Key_Scan();
		switch (key_event)
		{
			case KEY_MODE_CLICK:
				// Mode键短按事件
				mode++;
				if (mode > 2) mode = 0;
				switch(mode)
				{
					case 0: 
						OLED_ShowChinese(70,5,0,16,1);
						OLED_ShowChinese(86,5,1,16,1);
						OLED_ShowChinese(102,5,2,16,1);
						start = AD9833_OUT_SINUS;
						AD9833_SetFrequencyQuick(value, start);
						break;
					case 1: 
						OLED_ShowChinese(70,5,3,16,1);
						OLED_ShowChinese(86,5,4,16,1);
						OLED_ShowChinese(102,5,5,16,1);
						start = AD9833_OUT_TRIANGLE;
						AD9833_SetFrequencyQuick(value, start);
						break;
					case 2: 
						OLED_ShowChinese(70,5,6,16,1);
						OLED_ShowChinese(86,5,7,16,1);
						OLED_ShowString(102,5,"   ",16,1);
						start = AD9833_OUT_MSB;
						AD9833_SetFrequencyQuick(value, start);
						break;
				}
				break;
//			case KEY_MODE_LONG:
//				// Mode键长按事件
//				break;
//			case KEY_MODE_REPEAT:
//				// Mode键连发事件
//				break;
//			case KEY_GROUP_CLICK:
//				// Group键短按事件
//				break;
//			case KEY_GROUP_LONG:
//				// Group键长按事件
//				break;
//			case KEY_GROUP_REPEAT:
//				// Group键连发事件
//				break;
//			default:
//				break;
		}
		
		delay_ms(10);
		
		Encoder_Value_Update();
		Encoder_Display();
		
		value = Encoder_GetValue();
		
		if (value != last_value)
		{
			AD9833_SetFrequencyQuick(value, start);
			last_value = value;
			OLED_ShowNum(20, 160, value, 9, 16, 1);
			OLED_Refresh();
		}
		
		delay_ms(10);
		OLED_Refresh();
	}
}

效果展示


下图为输出方波信号，经过滤波后输出（蓝色）和直接输出（黄色）的比较

七、注意事项和常见问题

注意事项
  (1）模块为低功耗模块，供电电源不超过5.5V。
  (2）由于模块是高精度器件，为了避免不必要的干扰，建议使用线性电源供电。
  (3）输出信号建议使用SMA转BNC的线直接示波器观测效果，接触不良或劣质的线材可能导致信号衰减或者噪声过大。
  (4）如需简单测试模块功能，建议搭配本店控制板使用，先给DDS 模块供电，再给控制板供电即可产生波形，长按中间键切换功能。

常见问题
  Q：AD9833模块的2个输出口是什么关系，可以设置成不同的频率输出吗？
  A：首先AD9833芯片只有一个输出通道。模块的A通道为芯片直接输出，B通道为A通道经滤波后输出。所以模块的2个输出口不能设置不同的频率输出。

  Q：模快的主频是多少？输出幅度可以调节吗?
  A：模块的主频是输入时钟决定的，板载默认时钟为25MHz，即默认主频为25MHz。输出幅度是固定的，没有办法程控。

  Q：模块可以实现扫频么？方波占空比可调吗？
  A：模块可以实现扫频，本店提供的代码可支持扫频。模块方波占空比不可以调节，边沿时间为ns级。

  Q：通道A和B可以独立调节吗？可以做调制吗？
  A：两个通道固定相差180度，B通道有滤波器，建议使用正弦波和三角波，A通道为直接输出建议使用方波，不可独立调节。默认代码是点频信号，无法做调制。

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