频率可变的任意波形发生器的设计.doc

深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称： Verilog数字系统设计教程

实验项目名称： 频率可变任意波形发生器的设计

学院： 电子科学与技术

专业： 微电子

指导教师： 刘春平

报告人： 潘志钟 学号： 2007160051 班级： 07级微电1班

实验时间： 2009-12-8 ~ 2010-1-11

实验报告提交时间： 2010-1-4

教务处制

（·····这里可加前言摘要之类的东西····自己想来写···）

1 　设计原理
DDS是一种把数字信号通过数/模转换器转换成模拟信号的合成技术。直接数字频率合成技术 (DDS)是一种以采样定理为基础的全数字化频率合成波形的方法 。DDS频率合成器主要由频率寄存器 、相位寄存器 (需要时可加入 ) 、相位累加器 、波形存 储表 ( ROM ) , DAC转换器和模拟低通滤波器 ( LPF ) 等组成 。在系统时钟 ( SYSCLK)输入一定的情况下 ,频率寄存器中的频 率控制字决定系统输出频率 , 而相位累加器的位数决定了系统频率分辨率 。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
总体设计方案及其原理说明：
FPGA

图 1-1 系统总体设计方案
相位累加器由 N 位加法器和 N 位累加寄存器级联而成 。每当系统时钟 SYSCL K产生一个上升沿 , N 位加法器将频率寄 存器中的频率控制字 ( FR EQDA TA )与上一个系统时钟累加寄 存器输出的累加相位数据相加 ,相加后的结果送累加寄存器 。 这样在系统时钟的作用下 , 不断对频率控制字进行线性相位 累加 ,相位累加器的溢出率就是 DD S任意波形发生器的输出 频率 。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
2 　设计与实现
实际上 DD S就是通过改变地址增量来达到控制输出频率 的目的 ,而波形存储器 ( ROM )是以相位为地址 ,存有一个或多个按相位划分幅值的波形幅度信息 。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
参考频率f_clk为整个合成器的工作频率,输入的频率字保存在频率寄存器中,经Ｎ位相位累加器,累加一次,相位步进增加,经过内部ROM波形表得到相应的幅度值,经过D/A转换和低通滤波器得到合成的波形（数模转换在这里不作要求）。△P为频率字,即相位增量;参考频率为ｆ_clk;相位累加器的长度为Ｎ位,输出频率ｆ_out为：酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

式中F_out为输出信号的频率；F_clk为基准时钟频率。N为相位累加器的位数；△P为频率控制字（步长）。理论上通过设定F_clk、N和△P就可以得到各种频率波形的输出。在本设计中 , 相位累加器位数 N =6, f_clk位 长 为 32, 系 统 时 钟 频 率 为 27M H z。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
3 　各模块实现
3. 1相位累加器
在设计波形发生器时 , 要 实 现 频 率 可 变 ，相位累加器是关键的一个部分 。在 modelsim 开发环境下，本实验通过改变△P的值来变换输出频率f_out。假设△P初值为0，每个波形（正弦波、方波、正三角波、反三角波）的采样数据点的仿真数值输出，△P累加一次，即△P=△P + n , n = 16 ；当△P >= 56时，△P置零，依此循环累加。频率的不同，即波形周期的不同，函数单周期内输出波形的量化数据的宽度也不一样。 （正弦波为例）如下图所示：謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。

（····你用自己的方式表示····我的是以这种方式··你用其他方式吧，怕老师为难）

图1-2 正弦波的仿真输出
如图，当P=16时，将P值代入公式，在本设计中 , 相位累加器位数 N = 6, f_clk位 长 为 32, 系 统 时 钟 频 率f_clk为 27M H z，则可计出输出频率f_out=16/64*27000000=6.75MHZ；同理可求出当P=32、48或64时对应的输出频率f_out。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
3. 2模9计数器
本实验各个波形一个周期内采取9个量化数据点，所以用模9计数器。八位段寄存器D的低四位D【3：0】用于计数，高四位D【7：4】用于波形选择。D【7：4】=DH，当DH=0000时，输出为正弦波；DH=0001时，输出为方波；DH=0010时，输出为正三角波；DH=0011时，输出为反三角波。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
累加器部分和计数器部分的主要程序代码如下：
always @(posedge f_clk)
begin
D[7:4]=DH;
begin
if(p>=56)
begin
p=n;
begin
if(D[3:0]>=4'b1000)
D[3:0]<=0;
else
D[3:0]<=D[3:0]+4'b0001;
end
end
else
p=p+n;
end
end

3. 3 ROM波形存储表
本实验设计一个ROM按顺序间隔存放所有波形的量化数据，并在 modelsim 开发环境下进行波形数字仿真输出。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
各波形的量化数据表设计如下：
段地址 基地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
0000 0000 0
0000 0001 7
0000 0010 10
0000 0011 7
0000 0100 0
0000 0101 -7
0000 0110 -10
0000 0111 -7
0001 0000 10
0001 0001 10
0001 0010 10
0001 0011 10
0001 0100 10
0001 0101 -10
0001 0110 -10
0001 0111 -10
0010 0000 0
0010 0001 1
0010 0010 2
0010 0011 3
0010 0100 4
0010 0101 5
0010 0110 6
0010 0111 7
0011 0000 0
0011 0001 -1
0011 0010 -2
0011 0011 -3
0011 0100 -4
0011 0101 -5
0011 0110 -6
0011 0111 -7
图1-3 函数查找表的设计
四种波形单周期的取样示意图如下：

图1-4 四种波形单周期的取样示意图
程序编写用function函数来对ROM波形函数存储表存储各波形的量化数据。各波形量化数据表设计程序代码如下：籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。

function [7:0] ROM;
input [7:0] D;
case(D)

//正弦波的量化采样数据//
8'b00000000: ROM = 0;
8'b00000001: ROM = 7;
8'b00000010: ROM = 10;
8'b00000011: ROM = 7;
8'b00000100: ROM = 0;
8'b00000101: ROM = -7;
8'b00000110: ROM = -10;
8'b00000111: ROM = -7;
8'b00001000: ROM =0;

//方波的量化采样数据//
8'b00010000: ROM = 10;
8'b00010001: ROM = 10;
8'b00010010: ROM = 10;
8'b00010011: ROM = 10;
8'b00010100: ROM = 10;
8'b00010101: ROM = -10;
8'b00010110: ROM = -10;
8'b00010111: ROM = -10;
8'b00011000: ROM = -10;

//正三角波的量化采样数据//
8'b00100000: ROM = 0;
8'b00100001: ROM = 1;
8'b00100010: ROM = 2;
8'b00100011: ROM = 3;
8'b00100100: ROM = 4;
8'b00100101: ROM = 5;
8'b00100110: ROM = 6;
8'b00100111: ROM = 7;
8'b00101000: ROM = 8;

//反三角波的量化采样数据//
8'b00110000: ROM = 0;
8'b00110001: ROM = -1;
8'b00110010: ROM = -2;
8'b00110011: ROM = -3;
8'b00110100: ROM = -4;
8'b00110101: ROM = -5;
8'b00110110: ROM = -6;
8'b00110111: ROM = -7;
8'b00111000: ROM = -8;
default : ROM = 8'bx;
endcase
endfunction
assign date= ROM(D);

4 　仿真试验
在modelsim 开发环境下，编写一个仿真程序，并可仿真输出各波形的量化数据。仿真程序如下：
`include"DDS.v"
module test;
wire [7:0] date,D;
wire [27:0] p;
reg f_clk;
reg [27:0] n;
reg [3:0] DH;

always #10 f_clk = ~f_clk;
initial
begin
f_clk =0;
DH=0;
n=16;
#720 DH = 1;
#720 DH = 2;
#720 DH= 3;

end
test w4 (.p(p),.D(D),.date(date),.f_clk(f_clk),.n(n),.DH(DH));預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
endmodule

下面是所设计的 DD S任意波形发生器在 modelsim 中的时序仿真。

（·········图你自己找其他的，这些图我删了一些，这部分你自己想办法修一下···）

图1-5 正弦波的仿真输出
如图所示，当段地址DH=0000时，单周期内输出正弦波采样数据点的仿真数据date对应的数值依此为0、7、10、7、0、-7、-10、-7、0。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。

图1-6 方波的仿真输出

如图所示，当段地址DH=0001时，单周期内输出方波采样数据点的仿真数据date对应的数值依此为10、-10；铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。

图1-8 正三角波的仿真输出

如图所示，当段地址DH=0010时，单周期内输出正三角波采样数据点的仿真数据date对应的数值依此为0、1、23、4、5、6、7、8； 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。

图1-10 反三角波的仿真输出
如图所示，当段地址DH=001时，单周期内输出反三角波采样数据点的仿真数据date对应的数值依此为0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8；贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
5 体会（这部分你要自己写）
················

指导教师批阅意见：

成绩评定：

指导教师签字：
年 月 日
备注：