一、實驗內(nèi)容

在FPGA上設(shè)計一個DDS模塊，在DE0 開發(fā)板上運行，在FPGA芯片內(nèi)部合成出數(shù)字波形即可。不用輸出模擬信號，本模塊滿足以下條件：

使用板載晶振的50MHz時鐘，合成以下頻率的信號

- 1 、500KHz 正弦波信號。 2、1MHz 正弦波信號。 3、3MHz 正弦波信號。

-頻率字字長32位，波表ROM尺寸為 10比特地址，1024個word

- 波形格式為2補碼格式，12比特量化

- 每個CLK輸出一個有效樣點。

- 輸入信號為頻率字和頻率字輸入使能信號

- 使用板載的撥碼開關(guān)（Switch）控制生成的波形信號的不同頻率。

二、設(shè)計思路RTL電路圖

設(shè)計中根據(jù)DDS輸出波形頻率的計算公式：

確定輸出頻率。

上式中為輸出頻率，為輸入頻率，即為系統(tǒng)基準時鐘頻率50MHz。m為地址加法器的寬度，K為頻率控制字。設(shè)計中通過控制K的大小控制輸出頻率，由于K只能取整數(shù)，輸出頻率可能會有一定偏差。

三、Quartus掃描生成的RTL電路圖

四、實驗相關(guān)程序代碼

1、地址加法器模塊

module addr_cnt（CLK，sel_K，CLR，En，ROMaddr）;

input CLK;

input ［1:0］ sel_K;

input En，CLR;

output ［9:0］ ROMaddr;

reg ［9:0］ cnt_out;

assign ROMaddr=cnt_out;

always @ （posedge CLK or negedge CLR）

if（~CLR）

cnt_out《=10‘d0;

else if（~En）

cnt_out《=cnt_out;

else begin

case（sel_K）

2’b00:cnt_out《=cnt_out+10‘b00000_01010;

2’b01:cnt_out《=cnt_out+10‘b00000_10100;

default:cnt_out《=cnt_out+10’b00001_11101;

endcase

end

endmodule123456789101112131415161718192021222324

2、頂層設(shè)計模塊

module Sine_Signal （Dout，ROMaddr，CLK，CLR，En，sel_K）; //頂層模塊

output ［11:0］ Dout; //離散的正弦波形輸出

output ［9:0］ ROMaddr; //ROM的地址

input CLK /* synthesis chip_pin=“G21” */ ; //50MHz時鐘

input CLR /* synthesis chip_pin=“H2” */ ; //清零KEY0

input En /* synthesis chip_pin=“J6” */; //使能SW0

input ［1:0］ sel_K /* synthesis chip_pin=“H6，H5” */; //輸出頻率控制字選擇SW2、SW1

addr_cnt U0_inst（ //實例引用地址計數(shù)器模塊

.CLK（CLK），

.CLR（CLR），

.En（En），

.sel_K（sel_K），

.ROMaddr（ROMaddr）

）;

myROM myROM_inst（ //實例引用上面定制的ROM模塊

.address（ROMaddr）， //ROM的地址輸入端

.clken（En），

.clock（CLK）， //時鐘輸入端

.q（Dout） //數(shù)據(jù)輸出端

）;

endmodule123456789101112131415161718192021

3、正弦波形存儲模塊C語言程序

#include《stdio.h》

#include《math.h》

#define PI 3.141593

#define DEPTH 1024 /* 數(shù)據(jù)深度，即存儲單元的個數(shù) */

#define WIDTH 12 /* 存儲單元的寬度 */

int main（void）

{

int n，temp;

float v;

FILE * fp;

/* 建立文件名為sine1024.mif新文件，允許寫入數(shù)據(jù)，

文件名隨意，但擴展名必須為.mif */

fp = fopen（“sine1024.mif”，“w+”）;

if（NULL==fp）

printf（“Can not creat file！ ”）;

else

{

printf（“File created successfully！ ”）;

/* 生成文件頭，注意不要忘了“;” */

fprintf（fp，“DEPTH=%d; ”，DEPTH）;

fprintf（fp，“WIDTH=%d; ”，WIDTH）;

fprintf（fp，“ADDRESS_RADIX = HEX; ”）;

fprintf（fp，“DATA_RADIX = HEX; ”）;

fprintf（fp，“CONTENT ”）;

fprintf（fp，“BEGIN ”）;

/* 以十六進制輸出地址和數(shù)據(jù) */

for（n=0;n《DEPTH;n++）

{

/* 周期為1024個點的正弦波 */

v=sin（2*PI*n/DEPTH）;

/* 將-1~1之間的正弦波的值擴展到0~4095之間 */

temp=（int）（（v+1）*4095/2）; //v+1將數(shù)值平移到0~2之間

/* 以十六進制輸出地址和數(shù)據(jù) */

fprintf（fp，“%x ： %x; ”，n，temp）;

}

fprintf（fp，“END; ”）;

fclose（fp）; //關(guān)閉文件

}

}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839

4、matlab正弦波頻譜分析程序

將signal tap采集的正弦波數(shù)據(jù)生成.txt文件保存，導入到matlab中分析頻譜。

clear all; close all；

varnum; %調(diào)用signal tap 采集的正弦波數(shù)據(jù)，列矢量

signal=transpose（VarName）; %轉(zhuǎn)置

fs=50E6; %采樣頻率

N=1024; %采樣點數(shù)

t=［0:1/fs：（N-1）/fs］; %采樣時刻

figure（1）;plot（t，signal）;

title（‘正弦波信號’）;

xlabel（‘Time （s）’）;

ylabel（‘Magnitude’）;

Y = fft（signal，N）; %做FFT變換

Ayy = abs（Y）; %取模

Ayy=Ayy/（N/2）; %換算成實際的幅度

Ayy（1）=Ayy（1）/2;

F=（［1:N］-1）*fs/N; %換算成實際的頻率值，F(xiàn)n=（n-1）*Fs/N

figure（2）;

stem（F（1:N/2），Ayy（1:N/2））; %顯示換算后的FFT模值結(jié)果

axis（［0 5E6 0 2500］）;

title（‘正弦信號頻譜圖’）;

xlabel（‘Frequency （Hz）’）;

ylabel（‘Magnitude’）;12345678910111213141516171819202122

五、實驗結(jié)果

1、signal tap 數(shù)據(jù)截圖

（1）f1=500kHz正弦波，地址位寬m=10，頻率控制字K=10

（2）f2=1MHz正弦波，地址位寬m=10，頻率控制字K=20

（2）f2=3MHz正弦波，地址位寬m=10，頻率控制字K=61

2、matlab頻譜分析

由頻譜圖可以看出DDS輸出的頻率略小于實驗要求的頻率。這是由于實驗中頻率控制字只能取整數(shù)，略去了小數(shù)位，實際取值小于理論計算值。實驗結(jié)果與理論推算結(jié)果是一致的。