基于FPGA 程序的DDS IP配置和調(diào)試

DDS簡介:

DDS 同 DSP（數(shù)字信號處理）一樣，是一項關鍵的數(shù)字化技術。DDS 是直接數(shù)字式頻率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文縮寫。與傳統(tǒng)的頻率合成器相比，DDS 具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時間等優(yōu)點，廣泛使用在電信與電子儀器領域，是實現(xiàn)設備全數(shù)字化的一個關鍵技術。DDS 芯片的功能主要包括頻率控制寄存器、高速相位累加器和正弦計算器三個部分。頻率控制寄存器可以串行或并行的方式裝載并寄存用戶輸入的頻率控制碼；而相位累加器根據(jù)頻率控制碼在每個時鐘周期內(nèi)進行相位累加，得到一個相位值；正弦計算器則對該相位值計算數(shù)字化正弦波幅度（芯片一般通過查表得到）。DDS 芯片輸出的一般是數(shù)字化的正弦波，因此還需經(jīng)過高速 D/A 轉(zhuǎn)換器和低通濾波器才能得到一個可用的模擬頻率信號。關于想了解更多的 DDS 的相關知識, 大家可以到百度直接搜索。下面主要來給大家介紹FPGA 程序的設計, DDS IP 的配置和調(diào)試。

編寫 dds_wave 的 verilog 程序

`timescale 1ns / 1ps

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// Company:?

// Engineer:?

//?

// Create Date: ? ?1033 07/17/2018?

// Design Name:?

// Module Name: ? ?dds_wave?

// Project Name:?

// Target Devices:?

// Tool versions:?

// Description:?

//

// Dependencies:?

//

// Revision:?

// Revision 0.01 - File Created

// Additional Comments:?

//

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module dds_wave(clk, key1,data,da_clk

);

input clk, key1;

output [7:0] data;

output da_clk;

reg [15:0] key1_cout;

reg [7:0] data_o;

reg dds_we;

reg [28:0] dds_data;

reg [3:0] dds_freq = 0;

reg dds_we_req;

wire [7:0] sine;

assign sine_reg = sine[6:0];

assign da_clk = clk;

assign data = data_o;

//有符號數(shù)轉(zhuǎn)化為無符號輸出到DA

always @(posedge clk)

begin

if(sine[7] == 1'b1)

data_o <= sine - 128;

else

data_o <= sine + 128;

end

//控制DDS輸出不同

always @(negedge clk)

begin

dds_we <= dds_we_req;

case(dds_freq)

4'd0:

dds_data <= 29'd107;//10Hz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd1:

dds_data <= 29'd1074;//100Hz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd2:

dds_data <= 29'd10737;//1kHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd3:

dds_data <= 29'd53687;//5kHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd4:

dds_data <= 29'd107374;//10kHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd5:

dds_data <= 29'd536871;//50kHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd6:

dds_data <= 29'd1073742;//100Hz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd7:

dds_data <= 29'd5368709;//500Hz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd8:

dds_data <= 29'd10737418;//1mHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd9:

dds_data <= 29'd21474836;//2mHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd10:

dds_data <= 29'd32212255;//3mHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd11:

dds_data <= 29'd42949672;//4mHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd12:

dds_data <= 29'd53687091;//5mHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd13:

dds_data <= 29'd64424509;//6mHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd14:

dds_data <= 29'd75161928;//7mHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

4'd15:

dds_data <= 29'd85899346;//8mHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

default:

dds_data <= 29'd107;// 1kHz:(dds_data*2^29/50*1000000)

endcase

end

//按鈕處理程序，改變DDS的輸出頻率

always @(posedge clk)

begin

if(key1 == 1'b0)

key1_cout <= 0;

else if((key1 == 1'b1) & (key1_cout <= 16'hc350))

key1_cout <= key1_cout + 1'b1;

if(key1_cout == 16'hc349)

begin

dds_freq <=dds_freq + 1'b1;

dds_we_req <= 1'b1;

end

else begin

dds_freq <=dds_freq;

dds_we_req <= 1'b0;

end

end

//DDS IP產(chǎn)生sin/cos波形

sin_cos sin_cos_inst(

.clk(clk),

.we(dds_we),

.data(dds_data),

.cosine(cosine),

.sine(sine),

.phase_out()

);

endmodule

程序通過檢測開發(fā)板上按鍵 KEY1 ,如果按鍵 KEY1 每按下一次，寄存器 dds_freq 的值就會加 1， 程序就會對 DDS IP 寫入一個 data 數(shù)據(jù)來改變相位的增加量，從而改變輸出波形的頻率。程序中設置了 16 種相位的增加量，所以可以讓 DDS 產(chǎn)生 16 個不同頻率的正弦波。在本實驗的 DDS IP 的配置中，相位增加的數(shù)據(jù)寬度為 29 位，所以最小的頻率輸出為50Mhz/2^29， 約 0.093Hz。如果想讓 DDS 輸出 1Khz 的波形，就需要寫入相位增加值10737 。相位增加值和頻率的計算公式如下：

相位增加值=( fhz * 2^29 )/( 50 * 1000000)

仿真圖如下：

編輯：黃飛

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