使用STM32F103ZET6的HAL库和cubeMX编写AD9834的驱动代码,AD9834的引脚为PS,FS,FSY,SCK,SDA,RST

<think>我们使用STM32CubeMX配置SPI和GPIO，然后使用HAL库编写驱动代码。 AD9834是一款可编程波形发生器，通过SPI接口进行控制。根据数据手册，AD9834的通信时序要求： - SCLK：时钟信号 SDATA：数据输入（MOSI） FSYNC（或FS）：片选信号，低电平有效。 此外，还有PS（频率选择引脚，用于选择频率寄存器）、RST（复位引脚）等。 引脚连接假设（根据你的需求，请根据实际连接修改）： - PS: 可以连接到GPIO，用于选择频率寄存器（FREQ0或FREQ1） - FS/FSYNC: 连接到SPI的NSS（片选）引脚，或者用普通GPIO模拟（这里我们使用软件控制GPIO作为FSYNC） - SCK: SPI时钟 - SDA: SPI的MOSI（主设备输出） - RST: 复位引脚，连接到GPIO 注意：AD9834的SPI模式：根据数据手册，在SCLK的下降沿数据被锁存（即上升沿采样）。因此，SPI模式应设置为模式2（CPOL=1, CPHA=1）或模式3（CPOL=1, CPHA=0）？ 实际上，AD9834要求在SCLK的下降沿数据有效，所以主机应在上升沿输出数据，下降沿被从机采样。因此，STM32作为主机，应配置为： - CPOL = 1（空闲时高电平） - CPHA = 1（在第二个边沿采样，即下降沿） 这对应SPI模式3（在STM32中，HAL库的SPI_MODE3）。 但是，请注意：AD9834的数据手册（图22）时序图显示：FSYNC变低后，在SCLK的下降沿数据被锁存。因此，我们选择SPI模式3（CPOL=1, CPHA=1）即可。 步骤： 1. 使用STM32CubeMX配置SPI和GPIO。 2. 初始化相关引脚。 3. 编写驱动函数，包括初始化AD9834、写入数据、设置波形、频率、相位等。 由于AD9834的FSYNC（片选）要求：在传输期间保持低电平，传输完成后拉高。我们可以使用软件控制一个GPIO作为FSYNC（而不是硬件NSS），这样更灵活。 因此，在CubeMX中： - 配置一个SPI（例如SPI1），模式为全双工主模式，数据大小16位（因为AD9834每次传输16位），CPOL=High，CPHA=2Edge（即模式3）。 - 注意：由于AD9834的数据是16位的，所以设置SPI的数据大小为16位。 - 另外配置几个GPIO作为输出： PS: 频率选择（可以选择连接到两个GPIO，分别控制FREQ0和FREQ1？但AD9834只有一个PS引脚，它实际上是一个选择位：PS=0选择FREQ0/PHASE0，PS=1选择FREQ1/PHASE1） FSYNC: 片选（我们使用软件控制，所以配置为GPIO输出，初始高电平） RST: 复位引脚（低电平复位，所以初始为高电平） 注意：AD9834的通信是16位数据，每次传输16位（两个字节）。在HAL库中，我们使用HAL_SPI_Transmit函数，并设置数据为16位格式。 驱动编写步骤： 1. 初始化GPIO和SPI。 2. 复位AD9834：拉低RST引脚至少10ns（一般延时1us即可），然后拉高。 3. 配置AD9834：通过SPI发送控制字。 控制字的格式： - AD9834的16位控制字中，最高两位（DB15、DB14）为地址位，用于选择写入的是控制寄存器、频率寄存器还是相位寄存器。 - 具体请参考AD9834数据手册。 我们编写函数： - void AD9834_Reset(void); // 复位 - void AD9834_WriteReg(uint16_t data); // 写一个16位数据 - void AD9834_SetFrequency(uint32_t freq, uint8_t freqReg); // 设置频率，freqReg为0或1 - void AD9834_SetPhase(uint16_t phase, uint8_t phaseReg); // 设置相位 - void AD9834_SelectOutput(uint8_t freqReg, uint8_t phaseReg); // 选择输出的频率和相位寄存器 - void AD9834_SetWaveform(uint8_t type); // 设置波形类型：正弦波、三角波、方波 注意：AD9834的输出频率由28位寄存器决定，所以需要分两次写入（每次16位，分高14位和低14位写入）。频率计算公式： f_out = (freq_reg * f_mclk) / (2^28) 其中freq_reg为28位的值。 步骤： 1. 在CubeMX中配置SPI1（假设使用SPI1）和GPIO。 2. 生成代码。 3. 添加驱动代码。 具体操作： 一、CubeMX配置： - 选择SPI1，配置为全双工主模式，硬件NSS选择Disable（因为我们使用软件控制FSYNC），波特率根据情况设置（不要超过AD9834支持的最大SCLK频率，一般为25MHz）。 - 参数设置： Prescaler: 设置分频，使SCLK不超过25MHz（如果系统时钟72MHz，分频系数4，则18MHz） Clock Polarity: High Clock Phase: 2 Edge Data Size: 16 bits First Bit: MSB - 配置GPIO： FSYNC: 输出引脚（如PA4），初始状态为高电平（GPIO_PULLUP） RST: 输出引脚（如PA5），初始状态为高电平 PS: 输出引脚（如PA6），初始状态为低电平（根据需求） 二、代码编写： 首先，定义引脚： */ #define AD9834_FSYNC_PIN GPIO_PIN_4 #define AD9834_FSYNC_PORT GPIOA #define AD9834_RST_PIN GPIO_PIN_5 #define AD9834_RST_PORT GPIOA #define AD9834_PS_PIN GPIO_PIN_6 #define AD9834_PS_PORT GPIOA // 复位函数 void AD9834_Reset(void) { HAL_GPIO_WritePin(AD9834_RST_PORT, AD9834_RST_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 复位 HAL_Delay(1); // 延时1ms（实际只需要10ns以上，1ms足够） HAL_GPIO_WritePin(AD9834_RST_PORT, AD9834_RST_PIN, GPIO_PIN_SET); // 结束复位 } // 写寄存器函数 void AD9834_WriteReg(uint16_t data) { // 拉低FSYNC HAL_GPIO_WritePin(AD9834_FSYNC_PORT, AD9834_FSYNC_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送数据 HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t*)&data, 1, 100); // 注意：这里第三个参数是发送的数据数量，以数据单元为单位。由于数据是16位，所以一个数据单元是2个字节，但数量写1。 // 等待发送完成 // 拉高FSYNC HAL_GPIO_WritePin(AD9834_FSYNC_PORT, AD9834_FSYNC_PIN, GPIO_PIN_SET); } // 设置频率寄存器（freqReg: 0或1） void AD9834_SetFrequency(uint32_t freq, uint8_t freqReg) { // 计算频率字：freq_reg = (freq * 2^28) / f_mclk // 假设f_mclk = 25MHz（根据你实际使用的MCLK频率） uint32_t f_mclk = 25000000; // 25MHz uint32_t freq_word = (freq * 268435456UL) / f_mclk; // 2^28=268435456 // 限制在28位 freq_word &= 0x0FFFFFFF; // 分两次写入：先写低14位（bit0-13），再写高14位（bit14-27） uint16_t low14 = (uint16_t)(freq_word & 0x3FFF); // 低14位 uint16_t high14 = (uint16_t)((freq_word >> 14) & 0x3FFF); // 高14位 // 写入低14位，并选择频率寄存器（freqReg） uint16_t reg = 0; if (freqReg == 0) { reg = (0 << 14) | (1 << 15); // 控制字：DB15=0, DB14=1 -> 写入FREQ0寄存器的低14位 } else { reg = (1 << 14) | (1 << 15); // 写入FREQ1寄存器的低14位 } AD9834_WriteReg(reg | low14); // 写入高14位 if (freqReg == 0) { reg = (0 << 14) | (0 << 15); // DB15=0, DB14=0 -> 写入FREQ0寄存器的高14位 } else { reg = (1 << 14) | (0 << 15); // 写入FREQ1寄存器的高14位 } AD9834_WriteReg(reg | high14); } // 设置相位寄存器（phaseReg:0或1） void AD9834_SetPhase(uint16_t phase, uint8_t phaseReg) { // 相位字是12位，所以phase取低12位 phase &= 0x0FFF; uint16_t reg = 0; if (phaseReg == 0) { reg = (0 << 14) | (0 << 15) | (1 << 13); // DB15=0, DB14=0, DB13=1 -> 写入PHASE0寄存器 } else { reg = (1 << 14) | (0 << 15) | (1 << 13); // 写入PHASE1寄存器 } AD9834_WriteReg(reg | phase); } // 选择输出（选择哪个频率寄存器和相位寄存器） void AD9834_SelectOutput(uint8_t freqReg, uint8_t phaseReg) { // 设置PS引脚（PS=0选择FREQ0/PHASE0，PS=1选择FREQ1/PHASE1） // 注意：AD9834的PS引脚是用于选择当前使用的频率和相位寄存器。 // 但是，我们也可以通过控制字中的FSELECT位（控制寄存器）来选择，而PS引脚是硬件选择？ // 根据数据手册，AD9834有两种模式：通过PS引脚选择，或者通过控制寄存器中的FSELECT位选择（由控制寄存器的位12控制选择方式）。 // 这里我们假设使用PS引脚选择（即控制寄存器的位12=0），那么我们就控制PS引脚。 // 因此，我们设置PS引脚的状态：freqReg的值（0或1）直接给PS引脚。 HAL_GPIO_WritePin(AD9834_PS_PORT, AD9834_PS_PIN, freqReg ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); // 同时，我们也可以使用软件方式（控制寄存器）来选择，这里为了简单，我们使用硬件PS引脚。 // 如果使用软件方式，则不需要控制PS引脚，而是通过控制字设置FSELECT位。 // 这里我们按照硬件PS引脚的方式。 // 另外，相位寄存器的选择由控制字中的PSELECT位（控制寄存器位10）决定。但是，如果我们使用硬件PS引脚，那么相位寄存器也是由PS引脚选择的（即和频率寄存器选择同一个序号）。 // 所以，我们只需要设置频率寄存器的选择（即PS引脚）即可，相位寄存器自动和频率寄存器使用同一个序号。 } // 设置波形 void AD9834_SetWaveform(uint8_t type) { // type: 0-正弦波，1-三角波，2-方波 uint16_t control = 0x2000; // 复位操作（控制寄存器位8=1，即RESET位）并设置模式 // 首先，复位DAC和内部寄存器（控制寄存器位8=1） // 然后，根据波形设置模式位（控制寄存器位5和位1） // 正弦波：MODE=0（默认），OPBITEN=0（默认） // 三角波：MODE=1（控制寄存器位5=1），OPBITEN=0 // 方波：MODE=0，OPBITEN=1，并且DIV2位（控制寄存器位3）决定是输出方波还是输出DAC的MSB（我们这里设为0，输出方波） // 控制寄存器：DB15=0, DB14=0, DB13=0（控制寄存器地址） // 先发送复位，然后设置波形 control = 0x2100; // 复位（RESET=1）并设置SLEEP1=1（让DAC和内部时钟工作）？这里我们根据需求设置。 // 实际设置波形时，我们不需要复位，所以先取消复位（控制寄存器位8=0） // 重新设置控制寄存器： control = 0x2000; // 控制寄存器地址（DB15=0, DB14=0, DB13=0），且RESET=0 switch (type) { case 0: // 正弦波 control |= 0; // MODE=0, OPBITEN=0 break; case 1: // 三角波 control |= (1 << 5); // MODE=1 break; case 2: // 方波 control |= (1 << 1); // OPBITEN=1 // 同时，可以选择DIV2（控制寄存器位3）来设置输出方波的频率是主时钟的1/2还是1/1？这里我们设为0（输出频率为freq_reg决定的频率） control |= (0 << 3); // DIV2=0 break; } AD9834_WriteReg(control); } // 初始化AD9834 void AD9834_Init(void) { // 初始化GPIO和SPI已经在CubeMX生成的代码中完成 AD9834_Reset(); // 复位 // 设置控制寄存器：先让DAC和内部时钟工作（取消睡眠模式） // 控制寄存器：设置SLEEP1=0, SLEEP12=0（控制寄存器位6和位7） uint16_t control = 0x2000; // 控制寄存器地址（0x2000表示写入控制寄存器，且RESET=0, 其他位暂时为0） control &= ~(3 << 6); // 清除睡眠位（SLEEP1和SLEEP12都设为0） AD9834_WriteReg(control); // 默认选择频率寄存器0和相位寄存器0 AD9834_SelectOutput(0, 0); // 默认输出正弦波 AD9834_SetWaveform(0); } // 注意：以上代码仅供参考，请根据实际硬件连接和AD9834数据手册进行调整。 // 在main函数中初始化： int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_SPI1_Init(); AD9834_Init(); // 设置频率为1kHz AD9834_SetFrequency(1000, 0); // 设置到FREQ0寄存器 while (1) { } } /* 注意事项： 1. 请根据实际使用的MCLK频率修改f_mclk的值。 2. 如果使用软件方式选择频率寄存器（通过控制寄存器而不是PS引脚），则需要修改AD9834_SelectOutput函数，通过SPI发送控制字来设置FSELECT位（控制寄存器位10）和PSELECT位（控制寄存器位11）。 3. 以上代码没有包含相位设置，如有需要可以调用AD9834_SetPhase函数。 4. 在写入频率或相位寄存器后，AD9834可能需要一段时间来更新输出，但通常很快。 参考文献： [1] AD9834数据手册，Analog Devices. */ §§相关问题§§ 1. 如何调整AD9834的输出频率精度？ 2. AD9834的SPI通信速率最高是多少？ 3. 如何通过AD9834产生方波信号？</think>### AD9834驱动代码实现（基于STM32F103ZET6 HAL库与CubeMX） #### 硬件连接 | AD9834引脚 | STM32引脚 | 功能说明 | |------------|-----------|-------------------| | PS | 自定义GPIO | 频率寄存器选择 | | FS/FSYNC | SPI_NSS | 片选信号 | | SCK | SPI_SCK | 时钟信号 | | SDA | SPI_MOSI | 数据输入 | | RST | 自定义GPIO | 复位信号 | --- ### 步骤1：CubeMX配置 1. **SPI配置** - 模式：全双工主模式 - 数据大小：16位 - 时钟极性（CPOL）：High - 时钟相位（CPHA）：2 Edge（模式3） - 波特率：≤ 25MHz（参考AD9834手册） - NSS信号：硬件模式（Hardware NSS Output Signal） 2. **GPIO配置** - PS/RST引脚：设为GPIO输出模式（推挽输出，上拉） - 其他SPI引脚自动配置 3. **时钟配置** - 系统时钟：72MHz - SPI时钟：18MHz（4分频） --- ### 步骤2：驱动代码实现 ```c /* 引脚定义 */ #define AD9834_PS_PIN GPIO_PIN_0 #define AD9834_PS_PORT GPIOA #define AD9834_RST_PIN GPIO_PIN_1 #define AD9834_RST_PORT GPIOA /* 寄存器地址 */ #define AD9834_REG_CTRL 0x2000 #define AD9834_REG_FREQ0 0x4000 #define AD9834_REG_FREQ1 0x8000 #define AD9834_REG_PHASE0 0xC000 #define AD9834_REG_PHASE1 0xE000 /* 波形类型 */ typedef enum { AD9834_SINE = 0, AD9834_TRIANGLE, AD9834_SQUARE } WaveformType; /* 初始化函数 */ void AD9834_Init(SPI_HandleTypeDef *hspi) { // 硬件复位 HAL_GPIO_WritePin(AD9834_RST_PORT, AD9834_RST_PIN, GPIO_PIN_RESET); HAL_Delay(10); HAL_GPIO_WritePin(AD9834_RST_PORT, AD9834_RST_PIN, GPIO_PIN_SET); // 默认选择频率寄存器0 HAL_GPIO_WritePin(AD9834_PS_PORT, AD9834_PS_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送复位命令（启用内部时钟，禁用睡眠模式） uint16_t ctrl_cmd = AD9834_REG_CTRL | 0x2000; // RESET=1 AD9834_Write(hspi, ctrl_cmd); // 设置默认波形（正弦波） AD9834_SetWaveform(hspi, AD9834_SINE); } /* SPI写入函数 */ void AD9834_Write(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint16_t data) { HAL_GPIO_WritePin(SPI1_NSS_GPIO_Port, SPI1_NSS_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 拉低FSYNC HAL_SPI_Transmit(hspi, (uint8_t*)&data, 1, HAL_MAX_DELAY); HAL_GPIO_WritePin(SPI1_NSS_GPIO_Port, SPI1_NSS_Pin, GPIO_PIN_SET); // 拉高FSYNC } /* 设置频率 */ void AD9834_SetFrequency(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t reg_sel, float freq, uint32_t mclk) { // 计算频率字（28位） uint32_t freq_word = (uint32_t)((freq * 268435456.0) / mclk); // 2^28 = 268435456 // 分高低14位写入 uint16_t low14 = (freq_word & 0x3FFF) | (reg_sel ? AD9834_REG_FREQ1 : AD9834_REG_FREQ0); uint16_t high14 = ((freq_word >> 14) & 0x3FFF) | (reg_sel ? AD9834_REG_FREQ1 : AD9834_REG_FREQ0) | 0x4000; AD9834_Write(hspi, low14); AD9834_Write(hspi, high14); // 更新PS引脚状态 HAL_GPIO_WritePin(AD9834_PS_PORT, AD9834_PS_PIN, reg_sel ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); } /* 设置波形 */ void AD9834_SetWaveform(SPI_HandleTypeDef *hspi, WaveformType type) { uint16_t ctrl_cmd = AD9834_REG_CTRL; switch(type) { case AD9834_SINE: // MODE=0, OPBITEN=0 ctrl_cmd |= 0x0000; break; case AD9834_TRIANGLE: // MODE=1, OPBITEN=0 ctrl_cmd |= 0x0020; break; case AD9834_SQUARE: // MODE=0, OPBITEN=1, DIV2=0 ctrl_cmd |= 0x000A; break; } AD9834_Write(hspi, ctrl_cmd); } ``` --- ### 步骤3：主函数调用示例 ```c int main(void) { // HAL初始化 HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_SPI1_Init(); // AD9834初始化 AD9834_Init(&hspi1); // 设置1kHz正弦波（MCLK=25MHz） AD9834_SetFrequency(&hspi1, 0, 1000.0, 25000000); while (1) { // 主循环 } } ``` --- ### 关键注意事项 1. **SPI模式**：必须使用模式3（CPOL=1, CPHA=1），符合AD9834在SCLK下降沿采样的时序要求[^1]。 2. **频率计算**：频率字计算公式为 $f_{out} = \frac{f_{reg} \times f_{MCLK}}{2^{28}}$，其中 $f_{reg}$ 为28位频率字。 3. **复位时序**：RST引脚低电平保持至少10ns（建议1ms以上）。 4. **寄存器选择**：PS引脚电平决定当前使用的频率寄存器（0=FREQ0, 1=FREQ1）。 [^1]: AD9834数据手册，Analog Devices Inc. ---