任务要求

• 使用串行DAC AD5626设计一款任意波形发生器
• 搭配单片机或FPGA或其它方式的控制逻辑能够产生10Hz到20KHz范围内的正弦波信号，输出信号幅度要达到3Vpp，直流偏移可调1.5V到3.5V
• 使用ADALP2000模拟套件中的器件实现
• 使用套件中的Micro USB适配器通过USB给面包板供电，供电电压为5V
• 使用ADALP2000套件中的运算放大器搭建一个Sallen-Key滤波器，滤除40KHz以上的混叠信号，输出运算放大器也选自ADALP2000套件
• 运算放大器可从套件中提供的几个型号中选用
• DAC采用AD5626

项目总览

本项目要求使用AD5626数字模拟转换器和ADALP2000模拟学习套件设计一款任意波形发生器。通过单片机或FPGA产生10Hz到20KHz范围内的正弦波信号，幅度达到3Vpp，直流偏移1.5V到3.5V可调。使用USB供电，电压5V。采用套件中的运算放大器和Sallen-Key 滤波器滤除40KHz以上信号。

项目思路

1. 选择AD5626 DAC作为任意波形发生器的输出级，负责产生模拟波形信号。
2. 采用单片机或FPGA，编写程序实现正弦波信号的数字合成。通过改变正弦波的频率和幅度参数，控制DAC输出不同频率和幅度的正弦波。
3. 选择套件中的运算放大器，采用Sallen-Key 滤波器电路，滤除DAC输出超出40KHz的高频成分。
4. 使用面包板，完成ADC与运算放大器的连接，采用USB供电。
5. 编写 ESP32 程序，实现波形发生器参数的设置，如频率、幅度和直流偏移的控制。通过USB串口与单片机通信，下发控制指令。
6. 编写 ESP32 程序，可以实时显示 ADC 采集结果。

项目实现

一、研究AD5626的数据手册，了解DAC的特性和通信接口。设计单片机与DAC的SPI通信接口。

AD5626是一款8位数字-模拟转换器（DAC），具有以下主要特性：

1. 分辨率：AD5626具有8位的分辨率，可以将数字信号转换为模拟电压输出。
2. 输出范围：AD5626的输出范围可以通过外部参考电压进行配置。通常情况下，它可以提供0V到参考电压之间的输出范围。
3. 通道数：AD5626有多个独立的DAC通道，每个通道都可以单独配置和控制。
4. 内部参考电压：AD5626集成了一个内部参考电压，可以用作参考电压源，也可以使用外部参考电压。
5. 低功耗：AD5626具有低功耗特性，适用于需要节能和电池供电的应用。

至于SPI（串行外设接口）接口，它是一种常用的数字通信接口，用于在微控制器和外部设备之间传输数据。AD5626使用SPI接口进行通信，具有以下特点：

1. 通信速度：SPI接口可以支持高速数据传输，具体速度取决于系统的时钟频率和SPI模式的设置。
2. 时序：AD5626使用SPI接口进行数据传输，通常使用四线制（SCLK、SDI、SDO、CS）或三线制（SCLK、SDI、CS）模式。时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）可以根据系统要求进行配置。
3. 控制寄存器：通过SPI接口，可以对AD5626进行控制寄存器的读写操作，以配置和控制DAC的工作模式、输出范围等参数。
4. 数据传输：SPI接口通过串行传输的方式将数据从主设备（如微控制器）发送到从设备（如AD5626），或者从从设备读取数据。数据可以是DAC的输出值，也可以是控制寄存器的配置值。

二、编写Verilog，实现正弦波数字合成算法。产生DAC需要的正弦波数据。

module dds(
     input sys_clk,
     input sys_rst_n,
     input [15:0] dac_freq,
     output [11:0] dac_out
 );
 ​
 reg [19:0] dds_phase;
 wire [19:0] dds_phase_add;
 assign dds_phase_add = (dac_freq << 1) + (dac_freq >> 4) + (dac_freq >> 5);
 ​
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
     if(!sys_rst_n)begin
         dds_phase <= 20'd0;
     end else begin
         dds_phase <= dds_phase + dds_phase_add;
     end
 end
 ​
 lut inst_lut(
     .address(dds_phase[19:12]),
     .cos(dac_out)
 );
 ​
 endmodule

这里直接使用 IP 核创建 sin 表，然后通过累加的方式进行查表。查完表后的内容直接输出。

三、研究ADALP2000套件中的运算放大器和滤波器，设计3Vpp输出电路和Sallen-Key滤波器。

这里直接使用 FilterSolution 生成滤波电容和电阻大小。偏置部分为仿真需要，预先给定，后续使用 PWM 进行直流偏置的控制。

可以看到仿真波形满足题目要求。

四、连接面包板，完成板卡的设计并制作。

五、编写上位机软件，使用USB与单片机建立串口通信，实时查看 ADC 采样数据。

项目总结

通过使用数字和模拟技术，采用开源模拟元器件，设计实现一款频率范围广、输出幅度可调的任意波形发生器。产生的正弦波具有频率准确、低失真的特点，可为电子实验室提供一款高性能的信号源设备。

致谢

感谢硬禾学堂提供的ADALP2000学习套件，给学生和爱好者提供了丰富的模拟电子学习资源。