(DDS)正弦波形发生器——幅值、频率、相位可调(二)
(DDS)正弦波形发生器——幅值、频率、相位可调(二)
主要关于调相方面
一、项目任务：
- 设计一个幅值、频率、相位均可调的正弦波发生器。
- 频率每次增加10kHz
- 相位每次增加 PI/2
- 幅值每次增加两倍
- ROM的深度为1024、宽度为8
二、文章内容：
- 完成调相模块并验证功能
- 完成调幅模块
- 按结构图来连接各个模块并仿真验证
1、调相
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从图像上来理解调整相位就是原函数在X轴上进行水平移动。
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在本项目中函数的波形图按照顺序存在ROM中，我们只要按照比例调整读取ROM的地址，即可调相。
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前文中我们使用32位寄存器的高8位用做ROM的地址，因此只要有按键按下，我们按照相位同比例的调整读取ROM的地址即可。
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ROM的深度为1024、宽度为8储存标准正弦函数，那么可知其式为：
\[% MathType!MTEF!2!1!+- % feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbWexLMBbXgBd9gzLbvyNv2CaeHbl7mZLdGeaGqiVu0Je9sqqr % pepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs % 0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-xfr-xb9adbaqaaeGaciGaai % aabeqaamaabaabauaakeaacaqGMbGaaiikaiaadIhacaGGPaGaeyyp % a0JaaGymaiaaikdacaaI4aGaci4CaiaacMgacaGGUbGaaiikamaala % aabaGaamiEaaqaaiaaiwdacaaIXaGaaGOmaaaacqaHapaCcaGGPaaa % aa!4ECD! {\rm{f}}(x) = 128\sin (\frac{x}{{512}}\pi )+128 \]这里x对应的是ROM地址、y对应的是ROM中数据也即幅值。范围取x从0到1023、y从0到255。
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若按键一次，相位增加PI/2，则有：
\[% MathType!MTEF!2!1!+- % feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbWexLMBbXgBd9gzLbvyNv2CaeHbl7mZLdGeaGqiVu0Je9sqqr % pepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs % 0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-xfr-xb9adbaqaaeGaciGaai % aabeqaamaabaabauaakqaabeqaaiaadEgacaGGOaGaamiEaiaacMca % cqGH9aqpcaaIXaGaaGOmaiaaiIdaciGGZbGaaiyAaiaac6gacaGGOa % WaaSaaaeaacaWG4baabaGaaGynaiaaigdacaaIYaaaaiabec8aWjab % gUcaRmaalaaabaGaeqiWdahabaGaaGOmaaaacaGGPaGaey4kaSIaaG % ymaiaaikdacaaI4aaabaGaaGjbVlaaysW7caaMe8UaaGjbVlaaysW7 % caaMe8UaaGjbVlaaysW7caaMe8Uaeyypa0JaaGymaiaaikdacaaI4a % Gaci4CaiaacMgacaGGUbGaaiikaiaacIcadaWcaaqaaiaadIhaaeaa % caaI1aGaaGymaiaaikdaaaGaey4kaSYaaSaaaeaacaaIXaaabaGaaG % OmaaaacaGGPaGaeqiWdaNaaiykaiabgUcaRiaaigdacaaIYaGaaGio % aaqaaiaaysW7caaMe8UaaGjbVlaaysW7caaMe8UaaGjbVlaaysW7ca % aMe8UaaGjbVlabg2da9iaaigdacaaIYaGaaGioaiGacohacaGGPbGa % aiOBaiaacIcacaGGOaWaaSaaaeaacaWG4bGaey4kaSIaaGOmaiaaiw % dacaaI2aaabaGaaGynaiaaigdacaaIYaaaaiaacMcacqaHapaCcaGG % PaGaey4kaSIaaGymaiaaikdacaaI4aaaaaa!9896! \begin{array}{l} g(x) = 128\sin (\frac{x}{{512}}\pi + \frac{\pi }{2}) + 128\\ \;\;\;\;\;\;\;\;\; = 128\sin ((\frac{x}{{512}} + \frac{1}{2})\pi ) + 128\\ \;\;\;\;\;\;\;\;\; = 128\sin ((\frac{{x + 256}}{{512}})\pi ) + 128 \end{array} \] -
其中绿色为f(x)，紫色为调整相位后的g(x)。
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即每次按下按键后相当于将图像向左平移256，那么也就是按下按键后，提前读取256个地址之后的数据。
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module phase_ctrl( input clk, input rst_n, input f_phase, output [9:0] initiala_address ); assign initiala_address = 10'd256; endmodule module addr_ctrl( input clk, input rst_n, input [31:0] freq_num, input [9:0] initiala_address, input f_phase, output [9:0] address ); reg [31:0] cnt; always @(posedge clk,negedge rst_n) begin if(rst_n == 0) cnt <= 32'd0; else if(f_phase == 1) cnt[31:22] <= cnt[31:22] + initiala_address; else cnt <= cnt + freq_num; end assign address = cnt[31:22]; endmodule -
验证：选取三个变频前后的点将其与理论计算的值进行对比
重点关注在f_phase拉高前后，正弦波上3个点(address,data)的大小
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（43,161） (43+256,251)=(299,251)
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(754,0) (754+256)=(1010,117)
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(856,18) (856+256-1024,193)=(88,193)
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理论计算：
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（43,161）（43,251） （754,0）（754,117） (856,18) (856,193)
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可以看到调相模块准确的完成了每次按键按下，相移PI/2的任务。
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2、调幅
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这一部分在代码方面比较简单，实际验证还需要数模转换和示波器的配合，限于条件无法达到，因此只展仿真结果。
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在程序上要注意位宽的变化，由于不断的放大，因此将输出data设计为32位。
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每次按键按下。幅值放大两倍。
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module amplitude_ctrl( input clk, input rst_n, input f_ampli, input [7:0] data_in, output [31:0] data ); reg [23:0] ampli_num; always @(posedge clk,negedge rst_n) begin if(rst_n == 0) ampli_num <= 24'd1; else if(f_ampli == 1) ampli_num <= ampli_num * 24'd2; else ampli_num <= ampli_num; end assign data = ampli_num * data_in; endmodule -
3、模块连接及总体功能验证
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系统结构图为：
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ModelSim仿真:
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频率变化：
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相位变化：
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幅值变化：
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测试代码：
`timescale 1ns/1ns module key_dds_tb(); reg clk; reg rst_n; reg key_freq; reg key_phase; reg key_ampli; wire [31:0] data; key_dds key_dds_inst( .clk (clk), .rst_n (rst_n), .key_freq (key_freq), .key_phase(key_phase), .key_ampli(key_ampli), .data (data) ); initial clk = 1; always #10 clk = !clk; initial begin rst_n = 0; key_freq = 1; key_phase = 1; key_ampli = 1; #200 rst_n = 1; #200 key_freq = 1; #10000000 key_freq = 0; #2000 key_freq = 1; #10000000 key_freq = 0; #1000000 key_freq = 1; #10000000 key_phase = 1; #2000000 key_phase = 0; #70000 key_phase = 1; #11500 key_phase = 0; #70000 key_phase = 1; #25000 key_phase = 0; #23333 key_phase = 1; #1000000 key_ampli = 1; #10000000 key_ampli = 0; #2000 key_ampli = 1; #1000000 #10000 $stop; end endmodule
备注：
- 之后有时间我想试着在屏幕上输出DDS产生的波形，看看效果。
- mif文件
- 按键部分的功能是进行消陡然后输出一个同系统时钟的标志信号flag。
作者：13tree
出处：https://www.cnblogs.com/13tree/
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