基于FPGA的DDS设计

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了基于FPGA的DDS设计。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1. 简介

        DDS(direct digital synthesizer),直接数字合成器,实现快速频率切换,容易实现频率、相位、幅度的数控调制。DDS在通信领域应用尤为广泛。

2.DDS原理

        基于FPGA的DDS设计

                                                           图2.1 基本DDS结构

        

        基本公式: 

         是输出信号频率,是相位增量,为时钟频率,N是相位累加器的数据位宽,也是频率输入字的数据位宽。

        下面采用更形象的方式理解这个公式。

基于FPGA的DDS设计

                                                        图2.1 32个采样点的正弦波形

        

        

        假设=1,即=1000

        (1)若取点间隔为1,输出频率?

        要输出整个正弦波需要32ms(),则

        (2)若取点间隔为2,输出频率?

        ,则

        (3)若取点间隔为0.5(同一个值取样两次),输出频率?

        ,则

        

        由上面分析和规律,清晰得到基本公式。

        又称频率控制字(在上述形象的分析中,为取点间隔,也就是增量),也是相位增量。只要对相位的量化值进行简单的累加运算,就可以得到正弦信号当前的相位值。相位累加器是整个DDS的核心。在图2.1中,频率控制字输入还经过了一组同步寄存器(将频率控制字延迟一拍),使得频率控制字改变时不会干扰相位累加器正常工作。

        波形数据表ROM完成相位-幅度的转换,图2.1中相位累加寄存器和相位控制字相加后作为ROM的地址。

3.Verilog代码

module DDS_Module(
	Clk,
	Reset_n,
	Fword,//频率控制字
	Pword,//相位控制字
	Data
    );
	
	input Clk;
	input Reset_n;
	input [31:0]Fword;
	input [11:0]Pword;
	output [13:0]Data;
	
	//频率控制字同步寄存器
	reg [31:0]Fword_r;
	always@(posedge Clk	)
	begin
		Fword_r <= Fword;
	end
	//
	
	//相位控制字同步寄存器
	reg [11:0]Pword_r;
	always@(posedge Clk	)
	begin
		Pword_r <= Pword;
	end
	//
	
	//相位累加器
	reg [31:0]Freq_ACC;
	always@(posedge Clk or negedge Reset_n)
	begin
		if(!Reset_n)
			Freq_ACC <= 0;
		else
			Freq_ACC <= Fword_r + Freq_ACC;
	end
	/
	
	
	//波形数据表地址
	wire [11:0]Rom_Addr;
	assign Rom_Addr = Freq_ACC[31:20] + Pword_r;
	
	rom rom_inst1(
		  .clka(Clk),
		  .addra(Rom_Addr),
		  .douta(Data)
		);
	
endmodule

注意:相位累加器的高12位与相位控制字(Pword)相加作为ROM的地址。

rom数据宽度为14位,深度为4096(12位),用来存放正弦波数据。

4.testbench

`timescale 1ns / 1ps
module DDS_Module_tb(

    );
	
	reg Clk;
	reg Reset_n;
	reg [31:0]FwordA,FwordB	;
	reg [11:0]PwordA,PwordB;
	wire [13:0]DataA,DataB;
	DDS_Module DDS_Module_inst0(
	Clk,
	Reset_n,
	FwordA,//频率控制字
	PwordA,//相位控制字
	DataA
    );
	
	DDS_Module DDS_Module_inst1(
	Clk,
	Reset_n,
	FwordB,//频率控制字
	PwordB,//相位控制字
	DataB
    );
	
	initial Clk = 1;
	always #10 Clk = ~Clk;
	
	initial begin
		Reset_n = 0;
		FwordA = 65536;
		PwordA = 0;
		FwordB = 65536;
		PwordB = 1024;
		#201;
		Reset_n = 1;
		#5000000;
		FwordA = 65536 * 1024;
		FwordB = 65536 * 1024;
		PwordA = 0;
		PwordB = 2048;
		#1000000;
		$stop;
	end
endmodule

5.仿真波形、

基于FPGA的DDS设计


        输出频率验证:测量仿真正弦波的周期,计算输出频率;与用公式计算出的输出频率比较。若相等,则设计正确。

        输出相位验证:ROM深度为4096,图中PwordB=1024,理论上DataB的相位为90度。从图中可以看出DataB的相位确实为90度,所以设计正确。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-473874.html

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