(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
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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
-
(43,161) (43+256,251)=(299,251)
-
(754,0) (754+256)=(1010,117)
-
(856,18) (856+256-1024,193)=(88,193)
-
理论计算:
-
(43,161)(43,251) (754,0)(754,117) (856,18) (856,193)
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。
-
2、调幅
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。
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。
每次按键按下。幅值放大两倍。
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
系统结构图为:
ModelSim仿真:
频率变化:
相位变化:
幅值变化:
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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