(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)。
-
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;
endmodulemodule 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;
endendmodule
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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