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简介：面向STM32F103VCT6微控制器与AD9106数字合成芯片的完整驱动工程，适用于生成正弦波、三角波、上下锯齿波、直流输出、噪声及自定义波形的嵌入式开发者或测试平台。工程基于标准外设库，模块划分清晰，含初始化、寄存器配置、波形计算发送、串口按键交互及异常处理，可直接编译验证。压缩包共75个文件，以33个C源文件和35个头文件为主，辅以Keil工程文件、启动文件、hex固件及JLink配置，整体大小292KB，目录按硬件、系统、用户等区域组织，便于查阅。已有170人学习，适合电子爱好者、学生及工程师快速上手DDS信号发生器设计。研读代码可掌握SPI时序、波形存储装载及多输出模式切换流程，为工业自动化、通信、医学仪器等领域的信号生成提供可复用工程样例，显著缩短开发周期并降低入门门槛。

1. 第一批板子拿到手，我花了三天才让AD9106输出一个正弦波

如果你手里同时有STM32F103VCT6和AD9106，那你大概率不是想做一块普通DAC，而是想要一个四通道、频率可实时改、还能放任意波形的信号源。AD9106是一颗四通道DDS芯片，内置12位DAC，SPI配置，输出频率和波形类型都由寄存器决定。常见的用途是便携信号发生器、激光振镜扫描、生物电刺激波形，甚至给下一级电路做频标。很多人以为难点在SPI能不能通，实际上SPI从机模型很简单，真正让人卡住的是寄存器初始化顺序、SRAM波形加载格式，以及输出端被各种隐藏状态位卡住。

我最初照着“先用DDS模式出个正弦”的经验去写，结果读回寄存器全是0xFF，输出却一直停在直流电平上。后来把数据手册的寄存器映射表摊开，逐位对照改了四版代码才跑通。这套工程我已经整理成一套可直接搬用的驱动结构：SPI读写、初始化、正弦/三角波下载、触发输出和调试方法都在里面。本文会用完整代码片段讲清楚每一步，也会把无波形、频率乱跳、多通道不一致这些排查过程写出来。适合正在做板级调试的开发者，也适合刚拿到芯片还不确定该用DDS模式还是SRAM模式的新手。

2. 理解AD9106的驱动体系：SPI寄存器读写与波形生成模式选型

2.1 AD9106的SPI帧结构：24位命令字如何读写寄存器

AD9106看着像普通SPI从机，但它的帧不是常见的“地址一字节、数据一字节”，而是固定24位：先8位命令字，再16位数据。命令字最高位是读写标志，低7位放寄存器地址。也就是说，你每次操作至少要连续发3个字节，时钟空闲电平、相位也不能搞反，否则读出来的东西就是0xFF，让你误以为芯片没跑起来。

我一般把底层读写在ad9106_spi.c里这样写：

/* ad9106_spi.c */ #define AD9106_CMD_WRITE 0x00 /* bit7 = 0: 写寄存器 */ #define AD9106_CMD_READ 0x80 /* bit7 = 1: 读寄存器 */ static void AD9106_CsLow(void) { HAL_GPIO_WritePin(AD9106_CS_GPIO_Port, AD9106_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET); } static void AD9106_CsHigh(void) { HAL_GPIO_WritePin(AD9106_CS_GPIO_Port, AD9106_CS_Pin, GPIO_PIN_SET); } void AD9106_WriteReg(uint8_t addr, uint16_t data) { uint8_t buf[3]; buf[0] = (addr & 0x7F) | AD9106_CMD_WRITE; buf[1] = (uint8_t)(data >> 8); buf[2] = (uint8_t)(data & 0xFF); AD9106_CsLow(); HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 3, 10); AD9106_CsHigh(); } uint16_t AD9106_ReadReg(uint8_t addr) { uint8_t txBuf[3] = { (uint8_t)((addr & 0x7F) | AD9106_CMD_READ), 0x00, 0x00 }; uint8_t rxBuf[3] = { 0x00, 0x00, 0x00 }; uint16_t value = 0; AD9106_CsLow(); HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, txBuf, rxBuf, 3, 10); AD9106_CsHigh(); value = (uint16_t)(rxBuf[1] << 8) | rxBuf[2]; return value; }

这里有几个参数值得说明。HAL_SPI_Transmit的第三个参数是发送字节数，必须是3，因为SPI外设只认识字节流，24位帧要拆成三个字节按顺序发。超时设10毫秒足够，SPI波特率不高时这个值很宽裕，但如果你在RTOS里跑，建议改成带信号量的超时版本。片选信号不是简单的拉高拉低，AD9106要求CS在SCLK停止后维持一段时间再释放，否则最后一拍数据会写入失败。我加了两个空的占空指令来保证时序稳定，这个细节就是后面“读回全0xFF”的常见来源。

读寄存器的逻辑要特别注意：第一个字节发出后，从机不会立刻返回数据，而是在同一帧的后面16位把结果放到MISO上。所以我用TransmitReceive而不是先发后收，这样能确保读操作在一个CS低电平周期内完成。如果你先HAL_SPI_Transmit再HAL_SPI_Receive，中间片选会拉高，读回来的永远是0xFF。

2.2 DDS模式还是SRAM模式：按波形类型选工作方式

AD9106的核心是内置DDS，但它不是只能用DDS。两种模式的使用边界很容易被忽略：DDS模式适合正弦波，频率字由寄存器给定，软件改一次频率字就能连续调频；SRAM模式适合任意波形，比如三角波、自定义包络、多谐波叠加，但需要你先把波形数据通过SPI下载到片内SRAM。我见过不少人在DDS模式下去改波形幅值数组，改完发现输出纹丝不动，原因是这条路根本没走，数据压根没进SRAM。

实际工程里我采用了一个混合策略：上电先走DDS模式，保证立刻有输出能测试链路；确认SPI和DAC都正常后，再切到SRAM模式下载波表。这样隔离了“SPI没通”和“波表格式不对”两个变量，排错效率高很多。DDS模式的频率字计算方法不复杂：输出频率等于DAC采样时钟乘以频率字除以一个固定位宽的模数。你只需要按手册里的频率字格式写入，同时确认DAC时钟引脚确实有时钟输入。很多板子为了省电把CLK悬空，DDS模式自然就没有输出翻转。

2.3 给STM32F103VCT6接AD9106的硬件连接与电源树

软件之前的硬件连接是第一个翻车点。我在这块板上用SPI1，引脚分配是：PA5做SCLK，PA6接MISO，PA7做MOSI，PA4做CS，另外用PB0做复位引脚。AD9106的SPI接口可以承受3.3V逻辑电平，STM32F103VCT6也是3.3V，不需要电平转换。但要注意，AD9106的模拟电源AVDD和数字电源DVDD如果分开供电，必须遵循先数字后模拟的上电顺序，否则DAC输出会出现不确定的毛刺。

时钟输入是另一个常见盲区。AD9106的DDS时钟不是从STM32过来的，而是独立提供。我在这套工程里用有源晶振产生一个40MHz信号送到CLK引脚，晶振输出最好串一个22欧电阻，靠近芯片管脚放置。DAC参考电压没有用芯片内部REF，而是外部高精度基准，这样四通道一致性更好。硬件连接表我整理下来大致是这样：

上电之后我建议先量电源管脚，AD9106的DVDD和AVDD即使都用3.3V，也要各自接0.1uF去耦电容，并且电容要靠近芯片。不要因为模块上只有一个电源灯亮了就认为正常，模拟供电纹波会直接体现在波形毛刺上。这类问题你从示波器上看到的现象是“频率对，但幅度不稳定”，其实不是代码问题，而是电源树没走对。

3. 搭建完整工程：SPI底层和AD9106寄存器初始化顺序

3.1 用HAL库配置STM32F103VCT6的SPI外设

STM32F103VCT6的SPI外设本身不难，难在选择人畜无害的初始参数。我建议用8位数据帧，因为AD9106的24位帧需要按字节拆分；如果直接配16位模式，你反而要自己拼半个字节，复杂度更高。主模式、软件NSS、MSB先行、空闲电平低、第一沿采样，这套组合在AD9106上是最稳的。

/* spi.c */ SPI_HandleTypeDef hspi1; void MX_SPI1_Init(void) { hspi1.Instance = SPI1; hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT; hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT; hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16; hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; HAL_SPI_Init(&hspi1); }

预分频选16倍，APB2时钟72MHz，SPI时钟就是4.5MHz，对AD9106来说完全够用。为什么不选更快的2分频？因为我的PCB走线不算长，但SPI从机对上升沿要求有限制，过快会在时钟线质量不好时出现“寄存器写入成功、读回却不对”的玄学问题。稳定压倒一切，2分频留给板上只有几厘米线的情况，我做验证板一律16分频。

GPIO配置也很关键，尤其CS引脚必须用推挽输出，不能开漏。开漏引脚在片选拉低时如果上拉电阻不够强，CS电平会被AD9106拉得软绵绵，写寄存器随机失败。

/* gpio.c */ void MX_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct); }

MISO引脚配置成输入，不要使能上拉或下拉。AD9106在SPI不活跃时可能驱动SDO到高阻，外部上拉会改变读回数据的电平。这里唯一的例外是如果你只写不读，MISO可以空着，但那样你永远不知道寄存器写没写进去，排错时少了一条路。

3.2 寄存器初始化顺序：复位、PLL、DAC上电、波形模式

AD9106的寄存器里，我最不喜欢的就是“上电默认值看起来合理，实际输出被关着”这一项。DAC输出使能、DDS模式使能、功率控制，几个寄存器分散在不同地址，初始化顺序错了，后面所有配置都白写。我采用的顺序是先复位，再配置DAC电源，再设置DDS模式，最后写频率字并触发。

/* ad9106_init.c */ void AD9106_Init(void) { /* 1. 复位引脚拉低至少50us */ HAL_GPIO_WritePin(AD9106_RST_GPIO_Port, AD9106_RST_Pin, GPIO_PIN_RESET); HAL_Delay(1); HAL_GPIO_WritePin(AD9106_RST_GPIO_Port, AD9106_RST_Pin, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(2); /* 2. 把DAC上电，具体位段按数据手册填写 */ AD9106_WriteReg(AD9106_REG_DAC_PWR, 0x000F); /* 四通道全部上电 */ /* 3. DAC工作模式：这里是DDS模式使能 */ AD9106_WriteReg(AD9106_REG_DDSMODE, 0x0001); /* 4. 输出幅度控制，先调到一半量程 */ AD9106_WriteReg(AD9106_REG_DAC_CTRL, 0x0800); /* 5. 设置频率字：期望输出1MHz，按公式换算好写进去 */ AD9106_WriteReg(AD9106_REG_DDS_TW, 0x12345678); }

这段代码里AD9106_REG_DDS_TW的低位和高位地址我没有拆开写，实际驱动中你会在头文件里明确拆成频率字LSB/MSB两段。频率字的换算公式看起来简单，坑主要在端序上：STM32是低字节在低位，AD9106的频率字可能是大端。我第一次调频率时把LSB和MSB写反了，输出频率直接乱了套。养成写完频率字后读回并对比的习惯，能省一下午。

初始化完成后不要马上看波形，先读几个寄存器验证。比如读DAC_PWR，确认写入的值还在；读DDSMODE，确认没有因为片选毛刺丢掉高字节。把这些验证做成AD9106_VerifyInit()函数，每次上电自动检查，能提前暴露硬件虚焊。

3.3 写读函数的同步与异步：片选留出建立时间

前面写的AD9106_WriteReg是阻塞方式，适合初始化阶段。但工程里如果加入RTOS或DMA，片选时序和互斥就要重新考虑。我建议把“CS低电平内部延隔两个周期”做成固定行为，而不是依赖主循环延时。

/* ad9106_spi.c 改进版 */ void AD9106_WriteRegWait(uint8_t addr, uint16_t data) { uint8_t buf[3]; buf[0] = (addr & 0x7F); buf[1] = (uint8_t)(data >> 8); buf[2] = (uint8_t)(data & 0xFF); AD9106_CsLow(); /* 留出CS到SCLK的建立时间，约200ns */ for (volatile int i = 0; i < 8; i++); HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, 3, 10); HAL_SPI_Receive(&hspi1, buf, 0, 1); /* 空操作，制造SCLK间隔 */ /* 释放CS前等最后一位移完 */ for (volatile int i = 0; i < 8; i++); AD9106_CsHigh(); }

这个版本比简单版多做了两件事：片选后的建立时间循环和释放前的保持时间循环。空HAL_SPI_Receive调用只是为了多打一拍时钟，让CS释放时SCLK确实已经空闲。你可以用逻辑分析仪验证这段时序，如果发现CS和SCLK之间仍有毛刺，把循环次数从8提高到16。SPI从机对建立时间的要求通常在几十纳秒，但这个循环实际还能起到“让电源波动平复”的作用，特别是CS线上有长走线时。

4. 下载波形到SRAM并输出正弦波：完整可抄的驱动代码

4.1 构造波形表：12位无符号格式与符号位坑

SRAM模式的核心是把波形数据按照芯片要求的格式填入。AD9106是12位DAC，波形表每个点是12位无符号数，范围0到4095，中点2048对应模拟0电压。如果你用数字信号处理里常见的“中心零”有符号数，直接把-2048到2047发进去，输出会在满量程和零点之间乱跳，看起来就像波形失真。这个坑我踩过，当时还以为是SRAM地址不对。

构造正弦波表很简单，但要注意浮点转整数的舍入方式。我建议加0.5后取整，避免均值偏到2047以下。

/* wave_gen.c */ #include <math.h> #define WAVE_POINTS 128 uint16_t wave_table[WAVE_POINTS]; void AD9106_GenerateSine(uint16_t *table, uint32_t points, int amplitude) { uint32_t i; for (i = 0; i < points; i++) { float phase = 2.0f * 3.1415926f * (float)i / (float)points; float value = 2047.5f + ((float)amplitude / 4095.0f) * 2047.5f * sinf(phase); table[i] = (uint16_t)(value + 0.5f) & 0x0FFF; } }

amplitude参数是峰值幅度，最大建议不要超过4095，否则会削波。AD9106输出端是电流型DAC，通常外接跨阻放大器，你看到幅度的大小还取决于外部电阻。所以代码里给满幅，实际波形幅度用电阻网络调整，这样才能保证波形THD不被软件削波搞坏。

生成完波表后我还会做一次简单的统计检查：最小值大于0，最大值小于4095，均值在2048附近。这个检查可以写成断言，在调试版本里开启，生产版本关掉，免得每次下载都被浮点拖慢。

4.2 批量写SRAM：连续写与地址边界对齐

下载波表是SRAM模式最容易出问题的地方。AD9106的SRAM通常支持自动地址递增，但前提是你写入的地址寄存器要落在正确的边界上。我这边工程里封装的批量写函数是这样的：

/* ad9106_sram.c */ bool AD9106_WriteSRAM(uint16_t start_addr, uint16_t *data, uint32_t len) { uint32_t i; if (start_addr + len > AD9106_SRAM_SIZE) return false; /* 设置写入起始地址，具体寄存器名按数据手册定义 */ AD9106_WriteReg(AD9106_REG_SRAM_ADDR, start_addr); for (i = 0; i < len; i++) { /* 连续模式下每次写数据后地址自加 */ AD9106_WriteReg(AD9106_REG_SRAM_DATA, data[i]); } return true; }

这里AD9106_SRAM_SIZE要根据你用的具体芯片封装来定。有的工程师喜欢一次性写几百个点，但SPI每帧都要3字节，再加上片选释放重拉的时间，下载几百点花不了多少时间，问题不大。真正需要注意的是最后地址是否越界，越界后写进去的数据可能会覆盖到别的通道，导致多通道串扰。

地址对齐也影响后续触发。比如触发输出从任意地址开始，如果起始地址不是偶数，可能出现半个波形点被截断。我一般会要求波形点数能被4整除，起始地址也对齐到4的倍数，这样DAC回放时不会因为RAM读取跨bank产生毛刺。这种现象用示波器看是“输出波形最后边沿有细小台阶”，容易误判成DAC建立时间不够。

4.3 触发输出：软件触发、外部触发与即时保持

SRAM模式下载完波表后，还要给一个触发信号让DAC开始循环回放。AD9106的触发可以来自软件寄存器，也可以来自外部引脚。软件触发适合调试，外部触发适合需要和系统时钟同步的场合。

void AD9106_SwTrigger(void) { AD9106_WriteReg(AD9106_REG_FRAME_REQUEST, 0x0001); }

这个函数不要在循环里反复写，只要在需要开始输出时调用一次即可。外部触发我一般用STM32的定时器TIM2生成一个脉冲，接到AD9106的TRIG引脚。定时器频率决定波形是否重复触发，如果你想让波形单次输出，就把定时器改成OnePulse模式。触发边沿极性也能在寄存器里配，如果看到波形相位不对，检查是上升沿还是下降沿触发。

触发之后的输出保持也是常见的坑。某些寄存器字段控制“回放结束后输出保持最后一刻电平”还是“立刻归零”。在振镜扫描场景里，归零会导致镜片回跳，留下一条亮线；在信号源场景里，保持反而更合理。这个字段藏在帧控制寄存器里，初始化时就要决定清楚。我把软件触发和外部触发各封装一层，主程序只需调用AD9106_StartWave()和AD9106_StopWave()，细节全部隔离在驱动里，上层代码不会被寄存器语义绕晕。

5. AD9106驱动调试避坑：从无波形到波形失真的排查方法

5.1 SPI读回全0xFF：接线与模式的不匹配

现象：写完寄存器，马上读回，数据全是0xFF。原因几乎每次都是SPI模式或片选时序没对上。我见过三种具体场景：一是MISO没接或虚焊，读引脚悬空被上拉改成高电平，于是读到全1；二是SPI时钟极性相位和AD9106要求相反，数据位移不对位；三是CS释放太快，最后一拍数据没锁存到芯片内部。解决方法是先拿逻辑分析仪抓三根线，确认MOSI上发送的24位字节顺序正确，然后用一个最简单的只读寄存器反复读，读到预期值再继续往下写。不要靠猜，先抓波形。

5.2 输出一直直流，没有波形翻转

现象：DAC输出电压有值，但无论怎么改频率字，示波器上都是平线。原因大概率是DDS模式没有真正使能，或者DAC被配置成静态输出。另一个可能原因是CLK引脚没时钟输入，DDS核没有时钟自然没有翻转数据。解决方法是先量CLK引脚有没有波形，没有就先修硬件；有波形就回读DDSMODE寄存器确认模式位，确认后再写一个最慢频率的正弦波，比如1kHz，这样一眼就能看出有没有翻转。如果仍然是直流，再查DAC_PWR里的上电字段，某些位默认是关的。

5.3 波形频率比预期高/低，频率字看似正常

现象：频率公式算出来应该输出1MHz，实际示波器看到500kHz或2MHz。原因通常是频率字的位段被拆错，或者DAC采样时钟不是你以为的那个值。我做过一次频率字LSB/MSB端序反了的情况，低端序时频率字恰好是对称，所以结果不对但不离谱。解决方法是先不纠结频率字，把输出设为最大下限，比如写一个极端慢的频率，然后示波器数周期，确定实际频率和采样时钟的比值。这样能反推出位宽到底是多少，比一遍遍试寄存器快得多。还有一种情况是时钟源本身有分频，AD9106内部PLL没锁定，也会让频率成倍偏移。

5.4 多通道输出电压不一致

现象：四个通道用完全相同的配置，输出正弦波幅度不同，偏置也不同。原因不全是芯片一致性，更多是外部电路差异。AD9106多个DAC输出公用参考电压，但每个通道都有独立增益和失调校准寄存器。还有，如果某个通道的跨阻放大器输入偏置电流不同，直流电平也会偏差。解决方法是先测所有通道的静态输出，确认偏置差多少，然后通过增益寄存器拉平幅度，再用失调寄存器把直流偏置校准到同一个值。这个步骤被很多驱动代码忽略，但它才是四通道信号发生器能不能用的关键。校准逻辑我会放到生产自检程序里，上电后自动执行，不让用户手工调。

6. 进阶玩法：DMA批量更新波表和用示波器验证波形质量

6.1 用DMA把波表从Flash搬到SPI

SRAM模式下如果波形点很多，阻塞式逐点写会占用CPU。STM32F103VCT6有DMA1，可以把波表从内存搬到SPI1的发送寄存器。我封装了一个非阻塞下载接口：

bool AD9106_DMA_LoadWave(uint16_t *table, uint32_t len) { if (len > AD9106_SRAM_SIZE) return false; /* 把每3字节的SPI帧提前拼到缓冲区里 */ volatile uint8_t spiBuf[3]; AD9106_WriteReg(AD9106_REG_SRAM_ADDR, AD9106_START_ADDR); HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, (uint8_t *)table, len * 2); // 注意：实际DMA传输时应拼接帧字节，这里是示例 return true; }

这个功能调通后，你可以在波形切换时先准备新表，再等DMA完成回调里发起触发。STM32F103没有Cache，不存在DMA缓存一致性问题，但要注意DMA缓冲区必须放在SRAM里，不能直接指向Flash。若波形表很大，可以考虑放在外部RAM，但访问速度会拖慢下载。DMA方式适合“预先准备多组波表，快速切换”的场景，调频扫频模式也可以用。

6.2 我用示波器验证波形的三个习惯

验证波形质量不能只看一个周期。我现在会做三件事：先看整体幅度和频率，再用示波器的FFT功能看谐波分量，最后把输出接一个精确的电阻负载测带载能力。FFT里如果有明显的二次谐波，说明波表中心电平偏了；如果有奇怪的非整数次谐波，多半是PLC触发问题。带载测试能发现DAC驱动能力不足或输出电阻过大，这类问题温度敏感性很高。测量时探头一定要用短地线，夹子地线会造成几十纳伏级噪声叠加，让波形看起来比实际差很多。

做这套驱动的过程中，我最大的教训是把它当“数据手册的软件翻译”而不是“黑匣子”。每次遇到灵异现象，重新对照寄存器映射表，基本都能在半小时内定位。现在新板子调试，我的第一动作永远是先点亮SPI回读，再谈波形。希望帮到你。

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