雾盈FPGA笔记之（四）：基于FPGA实现频率相位可调的DDS波形发生器（Verilog）
本帖最后由 雾盈 于 2016-8-28 13:39 编辑基于FPGA实现频率相位可调的DDS波形发生器（Verilog） 雾盈 2016-08-02
雾盈FPGA笔记汇总目录
一、原理
让我们先理解以下几个概念：
1）何为DDS？
DDS是直接数字式频率合成器(Direct Digital Synthesizer)的英文缩写。与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。
2）什么是波形发生器？
波形发生器是一种数据信号发生器，在调试硬件时，常常需要加入一些信号，以观察电路工作是否正常。加入的信号有：正弦波、三角波、方波和任意波形等等。
3）什么是相位可调？
相位(phase)是对于一个波，特定的时刻在它循环周期中的位置：一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度。相位描述信号波形变化的度量，通常以度（角度）作为单位，也称作相角。 当信号波形以周期的方式变化，波形循环一周即为360°。那么相位可调也可以简单的理解为：改变初始相位。4）什么是频率可调？
频率，是单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量，常用符号f或ν表示，单位为秒分之一，符号为s-1。频率可调也就是改变单位时间内完成周期性变化的次数。
二、系统框架
理解了几个概念后，我们来看一下框图，对系统整体有个初步的了解
由框图可以看出，这个系统分为两个模块，dds_ctrl控制地址输出模块和存储有波形数据mif文件的rom（调用IP核）。
三、载有波形数据的mif文件制作
首先，我们先来制作载有波形数据的mif文件，这里会使用一个小软件———mifmake，是专门用来生成mif文件的，软件压缩包我会挂在后面。
打开mifmake ，点击全局参数，如图：
弹出全局参数设置窗口，如图：
选择想要的长度和宽度，格式选择无符号10进制。
点击设定波形，选择想要生成的波形，我这里选择正弦波，
出现波形后，点击保存。
至此，这样就生成了一个载有正弦波数据的mif文件，打开mif文件，里面是这样的，如下图：这时，这个mif文件还不能直接被使用，我们先通过quartus新建一个空白mif文件，随意输入数据后保存，然后打开这个新的mif文件。
把之前我们生成的载有波形数据mif的内容，全选复制粘贴替换掉新mif文件相应的部分。如图部分：
最后，在调用IP核ROM的使用，将这个mif文件包含进去。一个载有正弦波数据的ROM存储器就制作完了。
四、相位可调，频率可调
相位可调实际是改变波形的初相，也就是改变复位时的初始地址。
if(!rst_n)
begin
cnt_addr <= 1'b0;
addr_out <= PWORD;
end
这里，改变PWORD的值就能改变初相。PWORD的值在0—255之间。
频率可调一个完整周期的正弦波形里系统时钟计数了256次，可计算地址输出频率公式：
如果想要改变输出的频率，我们可以选择改变时钟或者输出点的个数！显而易见，我们的设计不能够时时刻刻去改变时钟的频率，那么想要输出别的频率，我们只能改变输出的点的个数，也就是改变有效地址的数量。
我们可以定义一个位宽为N（N>8）的地址计数器，让地址计数器每次增加一定的值，然后把高八位当作有效地址输送给rom，这样的话，就实现了降低地址改变的频率，进而达到降低输出波形的频率。
我们使用的是50MHz的晶振，周期为20ns，假设fword为1，地址计数器的输出为N位的，那么每20ns，地址计数器加1，要加到2^N，需要20ns x 2^N 时间，这个时间就是输出.一个完整信号的周期，那么我们可以知道，输出信号的频率为 Fout = Fclk/2^N，其中，Fclk为我们的晶振频率，再假如，fword= B的时候，地址间隔提高 B 倍，因此计满一个周期的时间缩小了 B 倍，频率提高的 B 倍。综上所述，我们得出了输出信号的频率计算公式：
由此公式，可以计算出任意频率值所对应的B值。其实，不想费心理解，只要熟记这个公式就可以了。
再然后，我们取地址计数器的前八位，相当于把一个波形的相位分成了256个点，每个点对应一个数据，正好和我们的波形数据点的个数是一样的。
仿真波形如下图：
经测试得输出波形频率确为5KHZ。
初相地址为128。
附：源代码
module dds_ctrl(
// system signal
input clk,
input rst_n,
// 输出地址
output reg addr_out
);
/*=========================================================================================================
************************** Define parameter and internal signals *********************************
=========================================================================================================*/
parameter PWORD = 8'd128; // 可调相位初值
parameter FWORD = 20'd105; // B=21 可调频率控制字
parameter CNT_MAX = 20'hf_ffff;
reg cnt_addr; // 地址计数器fout = B * ( fclk / 2^N)N=20 目标频率fout=5000hz 得B=21
/*=========================================================================================================
************************** Main code *********************************
=========================================================================================================*/
// 地址计数器
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
cnt_addr <= 1'b0;
addr_out <= PWORD;
end
elsebegin
if( cnt_addr < CNT_MAX )
begin
cnt_addr <= cnt_addr + FWORD;// 改变频率控制字来改变计数器达到最大值的时间，从而改变输出波形的频率
addr_out <= cnt_addr; // 让输出的地址取地址计数器的高八位，刚好256个点
end
else begin
cnt_addr <= 1'b0;
addr_out <= PWORD;
end
end
end
endmodule
:time:第二第三有空再发 很棒 很好，不错！！！！！！！:lol:lol 那个软件压缩包呢？ chenchunqi 发表于 2016-8-3 20:26
那个软件压缩包呢？
贴出来了，帖子后面 非常感谢，支持你多写一点这些东西对于初学者很有帮助， 学习了 资料写的很基础很全面 基础入门资料 谢谢 不错。 支持
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