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逐步搞定波形發生器,手把手如何實現任意波形發生器

2019-10-28

波形發生器是當前討論熱點之一,因此諸多朋友投入波形發生器的學習大軍之中。對于波形發生器,分類眾多。本文主要講解任意波形發生器,闡述基于Verilog實現的DDS任意波形發生器。如果你對本文內容存在一定興趣,不妨繼續閱讀正文部分哦。

DDS是從相位的概念直接合成所需波形的一種頻率合成技術。不僅可以產生不同頻率的正弦波,而且可以控制波形的初始相位。

一、總體方案實現及系統框圖

在該DDS電路組成上,包括基準時鐘、頻率累加器、相位累加器、幅度/相位轉換電路。頻率累加器對輸入信號進行累加運算,產生頻率控制數據,相位累加器對代表頻率的M位二進制碼進行累加運算,產生后面波形存儲器所需的查表地址,幅度/相位轉換電路實際上就是一個波形存儲器,供查表使用,讀出數據送人D/A轉換器和低通濾波器。

系統設計原理框圖如下:


系統設計原理框圖

68c482befc1d4ffcf2eb3c4d87eed1d7.jpg

二、系統組成模塊簡介

1、頂層模塊

頂層模塊是系統程序的主模塊,它負責將fom查找表、相位累加等模塊組裝在一起,通過調用的關系使它們組合成為一個有機的整體。在頂層模塊中,定義了參考時鐘的輸入,復位端口,波形輸出、頻率控制字等。

2、相位累加器模塊

相位累加器是決定系統性能的關鍵部分,主要是利用頻率控制字和相位控制字來累加出尋址地址。相位累加器在基準頻率信號clk的控制下以頻率控制字data為步長進行累加運算,產生需要的頻率控制數據,在時鐘的控制下把累加的結果作為波形存儲器ROM的地址,實現對波形存儲器ROM的尋址。由于相位累加模塊通過C語言實現比較容易,故我們沒有單獨成立一個模塊,而是將它集成到了頂層模塊的一個always語句塊中:

case(choose_wave) 2‘b00:begin

sin_ena <= 1’b1;

cos_ena <= 1‘b0;

sawtooth_ena <= 1’b0;

triangle_ena <= 1‘b0;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //關鍵代碼,實現相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

2’b01:begin

cos_ena <= 1‘b1;

sin_ena <= 1’b0;

sawtooth_ena <= 1‘b0;

triangle_ena <= 1’b0;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //關鍵代碼,實現相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

2‘b10:begin

sin_ena <= 1’b0;

cos_ena <= 1‘b0;

sawtooth_ena <= 1’b1;

triangle_ena <= 1‘b0;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //關鍵代碼,實現相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

2’b11:begin

sin_ena <= 1‘b0;

cos_ena <= 1’b0;

sawtooth_ena <= 1‘b0;

triangle_ena <= 1’b1;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //關鍵代碼,實現相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

default:begin

ADD_B <= 9‘b0;

sin_ena <= 1’b0;

cos_ena <= 1‘b0;

sawtooth_ena <= 1’b0;

triangle_ena <= 1‘b0;

end

endcase

在程序中還出現了一個變量(wave_choose)這是一個用來選擇所要輸出波形的一個變量,通過它可以控制輸出的波形種類(正弦波,余弦波,三角波,鋸齒波)。但是由于在設計的時候沒有考慮到存在負值的影響,導致最后綜合的結果不正確,經過詢問老師知道修改方法是將rom查找表中所有采樣點的電壓負值全部抬高,消除負值,但是由于時間的原因沒有來得及修改,也不知道方案修改的結果。

3、查找表

本模塊實現的是一個rom存貯器,用于存儲采樣的波形數據,并提供地址查找的功能。具體實現的過程:

1) 首先使用數學工具計算得到波形采樣點,生成mif文件

2) 導入數據采樣點,給每一個采樣點分配地址,并提供外部尋址的接口,此過程可以通過Quartas Ⅱ來輔助完成

由于我們組的設計時在modelsim下進行的,modelsim面向的是仿真,它不會產生所謂的“rom”這種實際的電路,所以我們沒有采用這樣的方法,而是簡單的使用case語句來實現。雖然這樣也能得到預期的效果,但是它卻沒有真正的生成一個“rom”,根據我組的綜合結果來看,使用case語句生成的是一個與輸入相關的復雜的邏輯網絡,而不是rom那樣有一定規則的電路結構。一下是我們使用C語言產生采樣點的程序:

void main(){ int i,j = 0;;

FILE *fp;

fp=fopen(“data.txt”,“w”);

for(i=0;i<=256;i++){

//j=255*sin(2*3.14159/256*i)+0.5;//四舍五入

fprintf(fp,“i=%d,\tj=%d\n”,i,j); }

fclose(fp); }

以上便是小編此次帶來的有關“波形發生器”的所有相關內容,通過本文,希望大家學會基于Verilog實現的DDS任意波形發生器的所有細節。最后,十分感謝大家的閱讀。如果你想了解更多波形發生器相關內容,不妨在本網站進行檢索哦。


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