FPGA实现dds（ISE实现）

发表于 7/7/2014 4:35:37 PM 阅读（7668）

上次说了dds的原理，这次我们用FPGA来实现dds。

因为dds在da之前都是数字器件，所以我们可以用FPGA来实现dds的前两个部分。

首先要先规定一下：rom的地址输入是12位，输出时8位。

对于第一部分：

这里看出，功能是将寄存器输出的值与频率控制字M的值相加，然后在时钟的上升沿，将相加后的数据通过寄存器输出。所以这里的verilog代码也很简单。

module frequency_tiaozhi(
input clk, //输入时钟
input rst_n, //复位信号，用来给寄存器初始复位
input [11:0] k, //频率控制字k
output reg [11:0] result //相加后的寄存器输出结果
);
wire [11:0] sum; //相加后的值
assign sum = k + result;
always@( posedge clk or negedge rst_n) begin
if( !rst_n )
result <= 0;
else
result <= sum;
end
endmodule

第二部分：

可以看出，就是将第一部分的输出值加上一个相位控制字。所以代码也很简单：

module phase_tiaozhi(
input clk, //输入时钟
input rst_n, //输入复位信号，给寄存器复位
input [11:0] phase, //相位控制字
input [11:0] result, //第一部分的输出结果的输入
output [11:0] address //输出给rom的地址
);
reg [11:0] phase_reg;
always@( posedge clk or negedge rst_n ) begin
if( !rst_n )
phase_reg <= 0;
else
phase_reg <= phase;
end
assign address = result + phase_reg;
endmodule

第三部分：

这里就只实现查找表，因为da是模拟器件，FPGA实现不了。

查找表其实是一个rom。所以这里用ISE自带的rom的ip核。既然用到了rom，那么就要对rom里面的值要写入我们需要的值。这里就用ise的rom的ip核的固定初始化文件coe文件。

Coe文件格式是：

第一行是： MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=10; 后面的10表示数据是以什么进制表示，这里是10进制，所以是10.如果是16就是16进制表示。

第二行是：MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR= 这个是固定的。

接下来第三行就是数据，数据以逗号相隔，最后一个数据以分号结束。

这里我们是要产生正弦波，方波，三角波，所以需要三个rom。这里方便统一，直接将方波的数据也放进rom里面。

那就要对正弦波，方波，三角波分别生成rom初始化文件coe。用matlab来生成。

这里要注意，由于da只能转换正数值，所以要将sin的负值部分要处理一下，使之数据范围在0到1之间。

生成正弦波matlab代码：

t=0:2*pi/2^12:2*pi
y=0.5*sin(t)+0.5;
r=ceil(y*(2^8-1)); %将小数转换为整数，ceil是向上取整。
fid = fopen('sin.coe','w'); %写到sin.coe文件，用来初始化sin_rom
fprintf(fid,'MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=10;\n');
fprintf(fid,'MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR=\n');
for i = 1:1:2^12
fprintf(fid,'%d',r(i));
if i==2^12
fprintf(fid,';');
else
fprintf(fid,',');
end
if i%15==0
fprintf(fid,'\n');
end
end
fclose(fid);

生成方波matlab代码：

t=1:1:2^12;
y=(t<=2047);
r=ceil(y*(2^8-1));
fid = fopen('square.coe','w'); %写到square.coe，用来初始化rom_square
fprintf(fid,'MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=10;\n');
fprintf(fid,'MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR=\n');
for i = 1:1:2^12
fprintf(fid,'%d',r(i));
if i==2^12
fprintf(fid,';');
else
fprintf(fid,',');
end
if i%15==0
fprintf(fid,'\n');
end
end
fclose(fid);

最后是生成三角波matlab

t=1:1:2^12;
y=[0.5:0.5/1024:1-0.5/1024, 1-0.5/1024:-0.5/1024:0, 0.5/1024:0.5/1024:0.5];
r=ceil(y*(2^8-1));
fid = fopen('triangular.coe','w'); %写到triangular.coe，初始化三角波rom
fprintf(fid,'MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=10;\n');
fprintf(fid,'MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR=\n');
for i = 1:1:2^12
fprintf(fid,'%d',r(i));
if i==2^12
fprintf(fid,';');
else
fprintf(fid,',');
end
if i%15==0
fprintf(fid,'\n');
end
end
fclose(fid);

生成coe文件后，接下来，就要调用ise的rom ip，进行rom的创建。这里，就不说明怎么创建rom了。可自行百度。

这下，我们的模块就都做好了。但是发现，我们没有编写波形选择的模块。输出的波形有三种，所以要选择输出是哪一种。

代码如下：

module wave_select(
input [1:0] wave, //波形选择
input [7:0] sin_data,
input [7:0] square_data,
input [7:0] triangular_data,
output reg [7:0] dds_data
);
parameter sin = 2'b00;
parameter square = 2'b01;
parameter triangular = 2'b10;
always@(*) begin
case(wave)
sin: dds_data = sin_data;
square: dds_data = square_data;
triangular: dds_data = triangular_data;
default: dds_data = sin_data;
endcase
end
endmodule

接下来，就是将刚刚设计好的模块连接在一起即可。顶层top代码如下：

module dds_top(
input clk, //clock
input rst_n, //reset
input [1:0] wave, //wave select 00 sin 01 square 10 triaangular
input [11:0] k, //adjust frequency
input [11:0] phase, //adjust phase
output [7:0] dds_data //dds output data
);
wire [11:0] result; //frequency add result
wire [11:0] address; //phase add result
wire [7:0] sin_data; //sin data output
wire [7:0] square_data; //square data output
wire [7:0] triangular_data; //triangular data output
frequency_tiaozhi u1
(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.k(k),
.result(result[11:0])
);
phase_tiaozhi u2
(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.phase(phase[11:0]),
.result(result[11:0]),
.address(address[11:0])
);
wave_select u3
(
.wave(wave),
.sin_data(sin_data[7:0]),
.square_data(square_data[7:0]),
.triangular_data(triangular_data[7:0]),
.dds_data(dds_data[7:0])
);
loop_up_table_sin u4
(
.clk(clk),
.address(address[11:0]),
.sin_data(sin_data[7:0])
);
look_up_table_square u5
(
.clk(clk),
.address(address[11:0]),
.square_data(square_data[7:0])
);
look_up_table_triangular u6(
.clk(clk),
.address(address[11:0]),
.triangular_data(triangular_data[7:0])
);
endmodule

文件结构如上所示：

dds_top为顶层文件。U4到u6为正弦波，方波，三角波的rom例化模块。

接下来就是测试了：

module dds_top_tb;
// Inputs
reg clk;
reg rst_n;
reg [1:0] wave;
reg [11:0] k;
reg [11:0] phase;
// Outputs
wire [7:0] dds_data;
// Instantiate the Unit Under Test (UUT)
dds_top uut (
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.wave(wave),
.k(k),
.phase(phase),
.dds_data(dds_data)
);
always #1 clk = ~clk;
integer i;
initial begin
// Initialize Inputs
clk = 0;
rst_n = 0;
wave = 0;
i = 0;
k = {$random}%256; //随机产生频率控制字
phase = 0;
// Wait 100 ns for global reset to finish
#100 rst_n = 1;
repeat(300) begin
@(uut.address >3800) //。可以是引用模块内部信号
i = i+1;
if(i==40) begin
k = {$random}%256;
end
if(i==80) begin
k = {$random}%256;
end
if(i==120) begin
k = {$random}%256;
wave = 1;
end
if(i==160) begin
k = {$random}%256;
end
if(i==200) begin
k = {$random}%256;
wave = 2;
end
if(i==250) begin
k = {$random}%256;
end
end
end
endmodule

用modelsim仿真。采用模拟显示波形。