基于DDS芯片AD9833的音源发生器设计

在主频合适的条件下，通过SPI接口设置频率寄存器和控制寄存器，即能得到理想的信号输出。其输出频率为：

2 硬件设计
AD9833芯片有3根串行接口线，与SPI、QSPI、MI－CROWIRE和DSP接口标准兼容，在串口时钟SCLK的作用下，数据以16位的方式加载到设备上，其时序图如图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。

本设计中工字电感器，MCU采用51系列芯片，图4是音源器部分的电路原理图。P1.5、P1.6、P1.7分别与AD9833芯片的FSYN、SCLK、SDA相连，MCU通过模拟SPI的时序，对AD9833芯片的各寄存器进行设置。Y2是一个有源晶振，其第3脚输出频率为4.194 304 MHz的信号，提供给AD9833芯片的主频输入端，AD9833芯片产生的信号通过JP3输出，与音频功放电路相连，通过音频功放驱动扬声器发声。

3 软件实现
本设计中，主频时钟采用4.194 304 MHz。输出频率计算如下：

式中，f₀为输出频率，f_MCLK为主频(4.194 304 MHz)，FREQREG为频率寄存器设置的频率字。频率分辨率为1/64=0.015 625 Hz。
根据上述公式，计算出各音阶对应的频率字参数如表1所示。

差模电感器
控制程序在Keil uv2环境下开发，程序采用汇编语言和C语言混合编程形式实现。实现时序控制部分采用汇编语言，主体部分则采用C语言进行编程。程序主体部分调用时序控制部分时，通过全局字节变量light_o和light_o1传递数据。
　　 时序控制部分程序通过模拟SPI接口时序，完成对DDS芯片内部寄存器的设置，具体程序如下(定义部分略)：
to_9833:
setb SCK
电感电流clr CS
mov a，light_o
mov r1，#08h
call out_SPI
mov a，light_o1
mov r1，#08h
call out_S共模电感PI
setb CS
clr SCK
ret
out_SPI:
RLC A
mov SO，c
clr SCK
setb SCK
djnz r1，out_SPI
ret
程序主体部分中，根据表1将音阶数据定义成一个一维数组：
code unsigned int music_table[ ]={0x5268，0x5c80，
0x67d3，0x6e00，0x7b78，0x8a97，0x92d5，0xa4d5，0xb8ff，0xcfa7，0xdc00，0xf6f0，}；
主程序的编程框图如图5所示。对AD9833芯片通过写入控制字的方式进行初始化。程序在主循环中运行。主循环对有效按键进行处理，对于有效琴键，调用音阶函数即可。音阶函数如下：
void play_music(unsigned char nn)
{
light_o = 0x20；
light_o1 = 0x00； //设控制字
to_9833()；
v_3.cm_int =music_table[nn]； //查音阶表
light_o = 0x40 | (v_3.cm.cm_0 & 0x3f)；
light_o1 = v_3.cm.cm_1；
to_9833()； //设频率字
light_o = 0x40；
light_o1 = v_3.cm.cm_0 / 0x40；
to_9833()；
}
如有音阶2的琴键被按下有效，C语言对调用函数描述为：
play_music(2)；

程序中还包含按键处理、显示、存储控制等部分，限于篇幅，不再赘述。经实测，本音源发生器产生的各音阶频率与表1设计值一致，频率误差<0.02%，波形则是“纯净”的正弦波。通过功率放大，驱动扬声器发声。
通常不同乐器发音时，均有不同特征的谐波。常规乐器难以实现只有主音、无谐波成分的音阶，而通过本文扁平型电感DDS芯片设计的音源器，实现了精准的无谐波成分的音阶，有独特的听觉效果。可作为基准音阶，用于各类乐器的校音。

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