頻率可變的任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、深圳大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)： Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng):頻率可變?nèi)我獠ㄐ伟l(fā)生器的設(shè)計(jì)學(xué)院：電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè);彳散由，千指導(dǎo)教師:劉春平報(bào)告人： 潘志鐘 學(xué)號(hào)：2007160051 班級(jí):07級(jí)微電1班實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2009-12-8 2010-1-11實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間：2010-1-4教務(wù)處制這里可加前言摘要之類(lèi)的東西 自己想來(lái)寫(xiě) ）1設(shè)計(jì)原理DDS是一種把數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的合成 技術(shù)。直接數(shù)字頻率合成技術(shù) （DDS）是一種以采樣定理為基礎(chǔ)的全 數(shù)字化頻率合成波形的方法。DDS頻率合成器主要由頻率寄存器 相位寄存器（需要時(shí)可加入）制位累加器、波形存儲(chǔ)表（R

2、OM ）, DAC轉(zhuǎn)換 器和模擬低通濾波器（LPF ）等組成。在系統(tǒng)時(shí)鐘 （SYSCLK）輸入一定的情況下，頻率寄存器中的頻率控制字決定系 統(tǒng)輸出頻率，而相位累加器的位數(shù)決定了系統(tǒng)頻率分辨率 。n恁潤(rùn)屬彭瘞歌楊尻賴(lài)?？傮w設(shè)計(jì)方案及其原理說(shuō)明:添彩拓出圖1-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案相位累加器由N位加法器和 N位累加寄存器級(jí)聯(lián)而成。每當(dāng)系統(tǒng) 時(shí)鐘SYSCL KT生一個(gè)上升沿，N位加法器將頻率寄 存器中的頻率控制字（FR EQDA TA）與上一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，相加后的結(jié)果送累加寄存器。這樣在系統(tǒng)時(shí)鐘的 作用下，不斷對(duì)頻率控制字進(jìn)行線性相位累加，相位累加器的溢出率就是DD S任意

3、波形發(fā)生器的輸出頻率 。溝熠金富愛(ài)建譴凈。2設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)際上DD S就是通過(guò)改變地址增量來(lái)達(dá)到控制輸出頻率的目的，而波形存儲(chǔ)器（ROM ）是以相位為地址，存有一個(gè)或多個(gè)按相位劃 分幅值的波形幅度信息 。殘鴦樓靜鑄瀚湃淑參考頻率f_clk為整個(gè)合成器的工作頻率，輸入的頻率字保存在 頻率寄存器中，經(jīng)N位相位累加器，累加一次，相位步進(jìn)增加，經(jīng)過(guò)內(nèi) 部RO順形表得到相應(yīng)的幅度值，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換和低通濾波器得到合 成的波形（數(shù)模轉(zhuǎn)換在這里不作要求）。4P為頻率字，即相位增量； 參考頻率為f _clk;相位累加器的長(zhǎng)度為N位，輸出頻率f _out為：r 鋼極鎮(zhèn)檜豬錐。Ff QUt二一7 * f elk 泗

4、式中F_out為輸出信號(hào)的頻率；F_clk為基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。N為相位累 加器的位數(shù)； P為頻率控制字（步長(zhǎng)）。理論上通過(guò)設(shè)定F_clk、N 和4P就可以得到各種頻率波形的輸出。在本設(shè)計(jì)中，相位累加器位 數(shù)N =6, f_clk位長(zhǎng)為32,系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為27M HZ彈貿(mào)攝爾霽斃挪專(zhuān)鹵尻。3各模塊實(shí)現(xiàn)3. 1相位累加器在設(shè)計(jì)波形發(fā)生器時(shí),要實(shí)現(xiàn)頻率可變，相位累加器是關(guān)鍵的一 個(gè)部分。在modelsim開(kāi)發(fā)環(huán)境下，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變 P的值來(lái)變換 輸出頻率f_out。假設(shè)初值為0,每個(gè)波形（正弦波、方波、正 三角波、反三角波）的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的仿真數(shù)值輸出，P累加一次，即PH p + n , n = 16;當(dāng)

5、AP = 56時(shí)，zP置零，依此循環(huán)累加。頻率的不同，即波形周期的不同，函數(shù)單周期內(nèi)輸出波形的量化 數(shù)據(jù)的寬度也不一樣。（正弦波為例）如下圖所示： is養(yǎng)拾篋飆鱗志類(lèi)蔣薔。i| 陽(yáng)牌-defautpiTCOOO式吧，怕老師為難）（你用自己時(shí)方式表本, 一我的是以這種方式, ,你用其他方B/娜忖D帆刷p*帆毗&0J觸測(cè)n0000010C圖1-2正弦波的仿真輸出APE_oTit=卞. f_clk如圖，當(dāng)P=16時(shí)，將P值代入公式2,在本設(shè)計(jì)中，相位累加器位數(shù)N = 6, f_clk位長(zhǎng)為32,系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f_clk為27M H z,貝阿射出輸出頻 率f_out=16/64*27000000=6.7

6、5MHZ ;同理可求出當(dāng) P=32、48或64時(shí)對(duì)應(yīng)的輸 出頻率f_out 0廈礴懇蹣駢日寺翥繼騷。3. 2模9計(jì)數(shù)器本實(shí)驗(yàn)各個(gè)波形一個(gè)周期內(nèi)采取9個(gè)量化數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以用模9計(jì)數(shù)器。 八位段寄存器D的低四位D【3: 0】用于計(jì)數(shù)，高四位D【7: 4用 于波形選擇。D【7: 4=DH當(dāng)DH=0000寸，輸出為正弦波；DH=0001 時(shí)，輸出為方波；DH=0010寸，輸出為正三角波；DH=0011時(shí)，輸出 為反三角波。 煢楨廣鯽獻(xiàn)選塊網(wǎng)踴淚。累加器部分和計(jì)數(shù)器部分的主要程序代碼如下：always (posedge f_clk)beginD7:4=DH;beginif(p=56)beginp=n;be

7、ginif(D3:0=4b1000)D3:0=0;elseD3:0=D3:0+4b0001;endendelsep=p+n;endend3. 3 ROM波形存儲(chǔ)表本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè) ROMS順序間隔存放所有波形的量化數(shù)據(jù)，并在modelsim開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行波形數(shù)字仿真輸出 。鵝婭盡揖偶慘屣蘢各波形的量化數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)如下:00100110600100111700110000000110001-100110010-200110011-300110100-400110101-500110110-600110111-7圖1-3函數(shù)查找表的設(shè)計(jì)四種波形單周期的取樣示意圖如下：圖1-4四種波形單周期的取樣示意圖

8、程序編寫(xiě)用function函數(shù)來(lái)對(duì)RO帔形函數(shù)存儲(chǔ)表存儲(chǔ)各波形的量化數(shù)據(jù)。各波形量化數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)程序代碼如下：K叢媽趣為瞻債蛭練浮。function 7:0 ROM;input 7:0 D;case(D)/正弦波的量化采樣數(shù)據(jù)/8b00000000: ROM = 0;8b00000001: ROM = 7;8b00000010: ROM = 10;8b00000011: ROM = 7;8b00000100: ROM = 0;8b00000101: ROM = -7;8b00000110: ROM = -10;8b00000111: ROM = -7;8b00001000: ROM =0;/方波

9、的量化采樣數(shù)據(jù)/ 8b00010000: ROM = 10;8b00010001: ROM = 10;8b00010010: ROM = 10;8b00010011: ROM = 10;8b00010100: ROM = 10;8b00010101: ROM = -10;8b00010110: ROM = -10;8b00010111: ROM = -10;8b00011000: ROM = -10;/正三角波的量化采樣數(shù)據(jù)/8b00100000: ROM = 0;8b00100001: ROM = 1;8b00100010: ROM = 2;8b00100011: ROM = 3;8b001

10、00100: ROM = 4;8b00100101: ROM = 5;8b00100110: ROM = 6;8b00100111: ROM = 7;8b00101000: ROM = 8;/反三角波的量化采樣數(shù)據(jù)/8b00110000: ROM = 0;8b00110001: ROM = -1;8b00110010: ROM = -2;8b00110011: ROM = -3;8b00110100: ROM = -4;8b00110101: ROM = -5; 8b00110110: ROM = -6; 8b00110111: ROM = -7; 8b00111000: ROM = -8;

11、default : ROM = 8bx; endcase endfunction assign date= ROM(D);4仿真試驗(yàn)在modelsim開(kāi)發(fā)環(huán)境下，編寫(xiě)一個(gè)仿真程序，并可仿真輸出各波形的量化數(shù)據(jù)。仿真程序如下：、includeDDS.vmodule 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;initialbeginf_clk =0;DH=0;n=16;720 DH = 1;720 DH = 2;720 DH= 3;endtest w4 (.p

12、(p),.D(D),.date(date),.f_clk(f_clk),.n(n),.DH(DH);建直圣僮蕨齦訝驊汆。endmodule下面是所設(shè)計(jì)的DD S任意波形發(fā)生器在 modelsim中的時(shí)序仿真。（圖你自己找其他的，這些圖我刪了一些，這部分你自己想辦法修一下 ）l|e defaultOJMODlIQDOOIOIoomoio m堰二一Un4足4-HD-IrJ一.1TkA 舊圖1-5正弦波的仿真輸出如圖所示，當(dāng)段地址DH=000耐，單周期內(nèi)輸出正弦波采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的仿真數(shù)據(jù)date對(duì)應(yīng)的數(shù)值依此為0、7、10、7、0、-7、-10、-7、0滲彰嗆儼勻謂鱉調(diào)硯金帛。httn:/ HYPERL

13、INK http:/Www.sfc Www.sfc: ;g| wave - defaultMessages1 -J /twdve/date0TiTd/帆咻64正神曲柳加加旗11曲曲姐：16觀陶解病研加UeB謂廂h的小曲F5超加正4坨2睡忖岫碘OOllOffttaoooo I fiooioioi tooiooio而加叫瞰血taOEEEOboiom.蝴i o1 /幀幗/（生0一 一i .一1JWWpjihnwa訓(xùn)眥00111圖1-6方波的仿真輸出如圖所示，當(dāng)段地址DH=0001時(shí)，單周期內(nèi)輸出方波采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的仿真數(shù)據(jù)date對(duì)應(yīng)的數(shù)值依此為10、-10 ; 錢(qián)臥瀉噬圣騁睨u（廉。如圖所示，當(dāng)段地址DH=001耐，單周期內(nèi)輸出正三角波采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的仿真