m基于FPGA的多功能信号发生器verilog实现,包含testbench,可以调整波形类型,幅度,频率,初始相位等
1.算法仿真效果
vivado2019.2仿真结果如下:
输出正弦,并改变幅度,频率等。
输出方波,并改变幅度,频率等。
输出锯齿波,并改变幅度,频率等。
输出三角波,并改变幅度,频率等。
2.算法涉及理论知识概要
DDS(Direct Digital Synthesis,直接数字频率合成)技术是一种通过高性能数字计数器和查找表技术生成高精度、灵活可控的模拟信号的手段。DDS多功能信号发生器可以输出正弦波、方波、锯齿波、三角波等多种波形,并能够方便地调整波形类型、幅度、频率和初始相位。以下是DDS信号发生器的详细原理及其相关数学公式。
2.1 DDS基本原理
DDS信号发生器的核心部件包括高速累加器、波形存储器(查找表)和数模转换器(DAC)。
高速累加器:每次时钟周期,累加器都会将输入的频率控制字(Frequency Control Word, FCW)与前一周期的累加结果相加。频率控制字决定了输出信号的频率。
ACCUMULATOR:N(t)=N(t−1)+FCW
其中,N(t) 是在时间t 时刻的累加器输出,FCW 是频率控制字,决定了输出信号的频率。
波形存储器(查找表):累加器的输出值会被当作地址,用于查询预先存储在波形存储器中的幅度数据。对于正弦波,存储器中的数据是对正弦函数的离散采样;对于方波、锯齿波、三角波等其他波形,存储的是这些波形在固定区间内的离散值。
LUT:X[N(t)]
其中,X 是波形存储器,N(t) 作为地址,取出对应的幅度值。
2.2 波形参数调整
DDS多功能信号发生器利用高速累加器、波形存储器和数模转换器,通过调整频率控制字、波形存储器的内容以及累加器的初始值,可以灵活地生成各种波形,并精确控制其幅度、频率和初始相位。这项技术因其高度的灵活性和优异的频率分辨率,在通信、测量仪器、雷达、声纳等诸多领域有着广泛应用。
3.Verilog核心程序
`timescale 1ns / 1ps // // Company: // Engineer: // // Create Date: 2024/04/01 15:42:00 // Design Name: // Module Name: TEST // Project Name: // Target Devices: // Tool Versions: // Description: // // Dependencies: // // Revision: // Revision 0.01 - File Created // Additional Comments: module TEST(); reg i_clk; reg i_rst; reg[1:0]i_sel;//信号选择00,01,10,11 reg[7:0]i_amp;//调整幅度,设置1~16,小于8缩小,大于8放大,等于8不变 reg[7:0]i_FK; //调整频率,1最慢,逐渐增加 reg[13:0]i_phase;//初始相位 wire signed[15:0]o_dout; tops uut( .i_clk (i_clk), .i_rst (i_rst), .i_sel (i_sel),//信号选择00,01,10,11 .i_amp (i_amp), .i_FK (i_FK), .i_phase (i_phase), .o_dout (o_dout) ); initial begin i_clk = 1'b1; i_rst = 1'b1; i_sel = 2'b11; i_amp = 5'd10; i_FK = 8'd1; i_phase = 14'd0; #1000 i_rst = 1'b0; #500000 i_amp = 5'd15; i_FK = 8'd4; end always #5 i_clk=~i_clk; endmodule