1、前言

採用 Verilog 設計了一個簡單的訊號發生器，可輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波這 4 種頻率、相位和幅值可調的波形。

2、具體功能

module dds(

		input		wire				clk,
		input		wire				rst_n,
		input		wire	[19:0]	    freq,
		input		wire	[1:0]		wave_sel,
		input		wire	[1:0]		amp_adj,
		output	    wire	[9:0]		wave_adj
		
	);
	
	wire	[31:0]	    step_val;
	wire	[9:0]		addr;
	wire	[7:0]		q;
	
	freq_ctrl_v2 freq_ctrl_inst(

				.clk		(clk),
				.rst_n		(rst_n),
				.wave_sel	(wave_sel),
				.freq		(freq),
				.step_val	(step_val)
		
			);

	phase_adder phase_adder_inst(

				.clk		(clk),
				.rst_n		(rst_n),
				.wave_sel	(wave_sel),
				.step_val	(step_val),
				.addr		(addr)
				
			);
	
	rom_ip	rom_ip_inst (
				.address ( addr ),
				.clock 	( clk ),
				.q 	( q )
			);
	
	amp_adj amp_adj_inst(
	
				.clk		(clk),
				.rst_n		(rst_n),
				.wave		(q),
				.amp_factor	(amp_adj),
				.wave_adj	(wave_adj)
		
			);
			
endmodule
 

在設計的模組中，包含以下功能：

（1）通過 freq 訊號輸入需要的頻率的值；

（2）通過 wave_sel 訊號選擇所需的波形；

（3）通過 amp_adj 訊號選擇波形放大的倍數。

在該設計中，包含 3 個模組：頻率控制器，根據輸入的頻率值輸出步進值 step_val 。

                                                     相位累加器，根據步進值 step_val 控制對應地址的變化。

                                                    波形放大器，對 rom 輸出的資料進行放大。

3、設計實現

1、由於正弦波無法直接通過 FPGA 直接產生，因此在 FPGA 中例化一個位寬為 10bit、深度為 1024 的 rom ip核，採用 matlab 產生一個由 256 個取樣點構成的正弦波形、一個由 256 個取樣點構成的方波波形、一個由 256 個取樣點構成的三角波波形、一個由 256 個取樣點構成的鋸齒波的資料點作為該 rom 的初始化檔案。FPGA只需要從 ROM 中讀取相應地址中的資料即可輸出對應波形。

2、在產生正弦波的過程中，FPGA 讀取 ROM 地址中的資料速率決定了正弦波的週期，例如，當 FPGA 的主時鐘為 50MHz，在每個時鐘上升沿讀取完地址 0~255 這 256 個地址的資料後輸出一個完整的正弦波，即經過了一個正弦波週期，此時波形週期為 20ns x 256  = 5120ns。如果每 2 個上升沿讀取的地址才加 1， 則週期為 40ns x 256 = 10240ns 。如果每個上升沿讀取的地址加 2， 則週期為 40ns x128= 2560ns 。因此通過這種改變方法可以改變輸出波形的週期。

但是，此時只能輸出某些頻率的波形，因此在這裡使用了 32 位的計數器cnt[31:0]，把高 8 位給 addr[7:0]，這樣一來，如果 cnt 在上升沿加 1 ，需要 2^32 個時鐘週期才能產生一個週期的正弦波，此時頻率為 50MHz /(2^32)，約為 0.01164Hz，即可以產生的正弦波最小頻率為 0.01164Hz，通過增大 cnt 在每隔上升沿加的值 step_val 即可改變頻率。

3、amp_adj[1:0] 訊號可改變波形，將其賦給 addr[9:8]，即可改變 rom 的基地址，通過這種方式改變波形。

4、amp_adj[1:0] 訊號對波形進行放大，只要將得到的波形訊號與該訊號加 1 的值相乘即可。

4、總結

以上是 DDS 的設計思想，具體的實現原始碼可關注我的公眾號：深入淺出玩兒轉FPGA（fpgafun）即可獲取。