DEV Community: Alexey Bolshakov

AD9833 DDS Generator Board

Alexey Bolshakov — Thu, 19 Mar 2026 16:52:05 +0000

A frequency generator board based on the AD9833 chip. Purchased as a frequency-tunable clock signal source. The board is equipped with a 25 MHz oscillator. It can generate signals from 0 to 12.5 MHz (though waveform quality may not be satisfactory across the entire range). The waveform can be switched between sine, sawtooth, and square wave. All necessary signals are brought out to pin headers. Controlled via SPI interface.

Architecturally, it contains one 28-bit phase accumulator register, two frequency tuning registers, and two phase offset registers. Only one pair (frequency/phase) can be active at a time. This allows for frequency modulation without phase discontinuity or phase modulation, if needed. However, there is no dedicated hardware input for selecting the register pair – switching is possible only via SPI commands.

Oscilloscope waveforms follow below.

Test setup

To control the DDS, commands must be sent via SPI. I am using an STM8 (STM8S105K4T6) with its hardware SPI. It was crucial to find the correct SPI operating mode. For the STM8 (and likely for STM32 as well), this is Mode 2 (CPOL = 1, CPHA = 0). For more details, refer to the documentation.(RM0016 - STM8S Series and STM8AF Series 8-bit microcontrollers (20.4 SPI registers)). Oscilloscope: C1-112A, 10 MHz bandwidth; probe: generic Chinese P6100 type, rated for 100 MHz. Multimeter: Aneng M20, used as a frequency counter.

I did not write firmware for the microcontroller in the conventional sense. Instead, I flashed the STM8 with the eForth system and connected to it via a serial console. From the console, I sent SPI commands directly, after pre-defining the necessary intermediate words. It looked roughly like this:

...

: word.hi $0100 / ;
: word.lo $00ff and ;

: spi_wr8 SPI_DR c! TXE? ;
: spi_wr16  dup word.lo swap word.hi spi_wr8 spi_wr8 ;
: spi_wr16n dup word.lo swap word.hi nss.lo spi_wr8 spi_wr8 BSY? nss.hi ;
: spi_wr32n nss.lo spi_wr16 spi_wr16 bsy? nss.hi ;

...

$2100 spi_wr16n         // reset
$5c20 $4a3d spi_wr32n   // freq0
%0111111111111111 %0100000000000000 spi_wr32n   // freq0
%0111111111111111 spi_wr16n %0100000000000000 spi_wr16n
$9c29 $8a3d spi_wr32n   // freq1
$c000 spi_wr16n         // phase0f
$e000 spi_wr16n         // phase1
$2000 spi_wr16n         // sine
$2020 spi_wr16n         // square
$2002 spi_wr16n         // saw

It turned out that I used the system interactively, rather than reflashing the firmware each time. This approach reminds me of working with the Erlang virtual machine, where you can debug and modify running code on the fly on production.

Oscilloscope Waveforms

Sine 1 KHz

10 KHz, 50 KHz, 100 KHz, 500 KHz, 2 MHz, 4 MHz, 8 MHz
10 KHz

50 KHz

100 KHz

500 KHz

2 MHz

4 MHz

8 MHz

Saw 1 KHz

10 KHz, 50 KHz, 100 KHz, 500 KHz, 2 MHz, 4 MHz, 8 MHz
10 KHz

50 KHz

100 KHz

500 KHz

2 MHz

4 MHz

8 MHz

At 2 MHz, floating peaks on the sawtooth waveform are already visible. At 4 MHz, they become very pronounced. And at 8 MHz, we end up with 25/8 = 3.125 samples per period.

Purely to explore my oscilloscope and probes, I also tried the square wave mode. However, I couldn't be bothered to recalculate the frequency grid. In square wave mode, the period is twice as long, so the resulting frequencies were different.

5 kHz

25 KHz, 250 KHz, 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz
25 KHz

250 KHz

1 MHz

2 MHz

4 MHz

4 MHz more wide

Starting from 1 MHz, jitter is obviously present; at 2 MHz, it becomes visible on the oscilloscope waveform.

By the way (for those who aren't aware), it's important to note that at high frequencies, to avoid degrading signal edges, you should use the probe in 10:1 attenuation mode. This reduces the probe's loading effect on the circuit (and it's even better to avoid using alligator clips altogether). However, this will require increasing the oscilloscope's input amplifier gain by a factor of 10 to compensate for the attenuation.

Also, don't forget to adjust the probe compensation for accurate waveform display, using a small dielectric (non-metallic) screwdriver.

For comparison, here's a photo showing the same signal — a 2 MHz square wave — captured with the probe set to 1X versus 10X attenuation.

2 MHz - 1х

2 MHz - 10х

By the way, the original probe that came with the C1-112A is also quite decent.

2 MHz - 10х

Conclusions

I acquired this board for experiments in the field of hybrid sound synthesis for my synthesizer project. In the future, I plan to use it for a DCO (Digitally Controlled Oscillator) module — but not with a fixed Master Clock frequency; rather, with a frequency that is a multiple of the generated note frequency. This way, the DAC in the DCO can utilize its full scale and DAC resolution without skipping steps. All of this is part of the effort to combat generation accuracy loss and aliasing... But that's a whole different story.

Links

1 The original version of this article

https://mysku.club/blog/aliexpress/79168.html

2 My Telegram channel "Programmer's Tips": https://t.me/ProProgs

3 eForth - Forth for microcontrollers

https://github.com/TG9541/stm8ef/wiki/STM8-eForth-Programming

4 Links about my synth project

https://github.com/UA3MQJ/fpga-synth/wiki

https://github.com/VitaSound/hdl-modules

https://soundcloud.com/vitasynth

http://www.youtube.com/channel/UCGi-A9KGhKhKzVT_baVw3HA

https://vk.com/vitasound

https://boosty.to/vitasound

Плата DDS генератора AD9833

Alexey Bolshakov — Thu, 19 Mar 2026 16:35:39 +0000

Плата с DDS генератором частоты на базе микросхемы AD9833. Приобретена в качестве источника тактового сигнала, перестраиваемого по частоте. На плате установлен генератор на 25 МГц. Может генерировать сигналы от 0 до 12.5 МГц (но не во всем диапазоне вас устроит форма сигнала). Можно переключать форму сигнала: синус, пила, меандр. Всё, что нужно, выведено на штыревые контакты. Управляется по SPI. Архитектурно содержит один 28-битный регистр аккумулятора, два регистра приращения, два регистра фазы. В один момент времени может быть выбрана только одна из двух пар. Это позволит, если необходимо, сформировать частотную модуляцию сигнала без разрыва фазы или фазовую модуляцию. Однако, отдельного входа выбора пары нет, переключение возможно только командами по SPI.

Далее осциллограммы

Стенд

Для управления DDS нужно подавать команды по SPI. Использую STM8 (STM8S105K4T6) и его аппаратный SPI. Очень важно было найти правильный режим работы SPI. Для STM8 (и наверняка для STM32) это будет mode 2 (CPOL = 1 and CPHA = 0). Подробнее, см. документацию(RM0016 - STM8S Series and STM8AF Series 8-bit microcontrollers (20.4 SPI registers)). Осциллограф С1-112А полоса 10 МГц, щуп китайский на 100 китайских МГц (P6100). Мультиметр Aneng M20 в качестве частотомера.

Прошивку для микроконтроллера в привычном для всех виде я не писал. Просто поставил на микроконтроллер STM8 систему eForth и далее подключался к нему через консоль. И уже в консоли отправлял команды через SPI, задав перед этим необходимые промежуточные слова. Выглядело это примерно вот так

...

: word.hi $0100 / ;
: word.lo $00ff and ;

: spi_wr8 SPI_DR c! TXE? ;
: spi_wr16  dup word.lo swap word.hi spi_wr8 spi_wr8 ;
: spi_wr16n dup word.lo swap word.hi nss.lo spi_wr8 spi_wr8 BSY? nss.hi ;
: spi_wr32n nss.lo spi_wr16 spi_wr16 bsy? nss.hi ;

...

$2100 spi_wr16n         // reset
$5c20 $4a3d spi_wr32n   // freq0
%0111111111111111 %0100000000000000 spi_wr32n   // freq0
%0111111111111111 spi_wr16n %0100000000000000 spi_wr16n
$9c29 $8a3d spi_wr32n   // freq1
$c000 spi_wr16n         // phase0f
$e000 spi_wr16n         // phase1
$2000 spi_wr16n         // sine
$2020 spi_wr16n         // square
$2002 spi_wr16n         // saw

Получилось, что я пользовался системой интерактивно, а не перепрошивая каждый раз. Мне такой подход напоминает работу с Erlang виртуальной машиной, когда можно на ходу отлаживать и менять работающий код.

Осциллограммы

Синус 1 КГц

10 КГц, 50 КГц, 100 КГц, 500 КГц, 2 МГц, 4 МГц, 8 МГц
10 КГц

50 КГц

100 КГц

500 КГц

2 МГц

4 МГц

8 МГц

Пила 1 КГц

10 КГц, 50 КГц, 100 КГц, 500 КГц, 2 МГц, 4 МГц, 8 МГц
10 КГц

50 КГц

100 КГц

500 КГц

2 МГц

4 МГц

8 МГц

На 2 МГц уже видно плавающие пики пилы. На 4 МГц видно уже очень отчетливо. Ну и на 8 МГц у нас получается 25/8 = 3,125 отсчета на период.

Исключительно ради изучения своего осциллографа и щупов, попробовал меандр. Правда сетку частот пересчитывать было лень. В режиме меандра, период в 2 раза длиннее, поэтому частоты получились другие.

5 КГц

25 КГц, 250 КГц, 1 МГц, 2 МГц, 4 МГц
25 КГц

250 КГц

1 МГц

2 МГц

4 МГц

4 МГц более развернуто

Начиная с 1 МГц, ясное дело - джиттер, на 2 МГц его видно на осциллограмме.

Кстати (для тех, кто не в курсе), важно, что на высоких частотах, чтобы не портить фронты, нужно использовать щуп в режиме 1:10, чтобы он меньше влиял на схему (а еще лучше не использовать крокодил). Но потребуется усилить сигнал в 10 раз уже на входном усилителе осциллографа.

Так же, не стоит забывать подстраивать делитель для правильного отображения, диэлектрической отверточкой.

Для сравнения, фото, как выглядит один и тот же сигнал - меандр 2 МГц, но 1Х или 10Х

2 МГц - 1х

2 МГц - 10х

Кстати, родной щуп от С1-112А тоже неплох

2 МГц - 10х

Выводы

Эту плату я брал для экспериментов в области создания гибридного синтеза звука своего синтезаторного проекта. В дальнейшем планируется использовать для модуля генератора DCO (Digital VCO) но не с фиксированной частотой Master Clock а с частотой, кратной частоте генерации, для того, чтобы DAC в DCO использовал всю свою шкалу и разрядность, не пропускал шаги. Все это в рамках борьбы с потерей точности генерации, борьбы с алиасингом... Но это уже совсем другая история

Ссылки

1 Исходная версия этой статьи

https://mysku.club/blog/aliexpress/79168.html

2 Мой канал в TG "Советы программиста" https://t.me/ProProgs

3 eForth - язык Forth для микроконтроллеров

https://github.com/TG9541/stm8ef/wiki/STM8-eForth-Programming

4 Ссылки по моему синтезаторному проекту

https://github.com/UA3MQJ/fpga-synth/wiki

https://github.com/VitaSound/hdl-modules

https://soundcloud.com/vitasynth

http://www.youtube.com/channel/UCGi-A9KGhKhKzVT_baVw3HA

https://vk.com/vitasound

https://boosty.to/vitasound