直接數(shù)字頻率合成器的PFGA實(shí)現(xiàn)
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2．2 波形存儲(chǔ)器
以相位累加器輸出數(shù)據(jù)作為波形存儲(chǔ)器的取樣地址，進(jìn)行波形的相位—幅碼轉(zhuǎn)換，即可在給定的時(shí)間上確定輸出的波形的抽樣幅碼。N位的尋址ROM相當(dāng)于把0～2π的正弦信號(hào)離散成具有2N個(gè)樣值的序列。若波形存儲(chǔ)器有D位數(shù)據(jù)位，則各樣值的幅碼以D位二進(jìn)制數(shù)值保存在該模擬ROM中，按照不同地址輸出相應(yīng)相位的正弦信號(hào)的幅碼數(shù)值。為了更加有效的表示波形，當(dāng)然期望波形存儲(chǔ)器輸出的二進(jìn)制值位數(shù)越多越好。但是查找表的設(shè)計(jì)和D／A轉(zhuǎn)換器的選擇是相關(guān)的，因此需要選擇位數(shù)高的D／A轉(zhuǎn)換器。本文設(shè)計(jì)的正弦表，具有16b輸出，采樣點(diǎn)為256。
2．3 D／A轉(zhuǎn)換電路的實(shí)現(xiàn)
D／A轉(zhuǎn)換單元是繼波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元之后，將數(shù)字量形式的波形幅值轉(zhuǎn)換成所要求的合成頻率的模擬量形式信號(hào)。DAC輸出信號(hào)實(shí)際上是階梯模擬信號(hào)，需在D／A轉(zhuǎn)換后利用低通濾波器對(duì)波形進(jìn)行平滑處理。在此，用Maxim公司生產(chǎn)的A／D換器MAX5885芯片。該芯片需要將輸入時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分輸入，且由外部芯片MAX6161提供1．2 V的參考電壓，D／A轉(zhuǎn)換后的差分輸出經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換后即可得到所需的信號(hào)：
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3．1 累加控制模塊的設(shè)計(jì)
相位累加器主要完成相位累加，實(shí)現(xiàn)輸出波形頻率可調(diào)的功能。該模塊采用Verilog HDL語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，若要求DDS系統(tǒng)精度高，相位累加器的位數(shù)N需較大。這里取N=8，它的Verilog HDL關(guān)鍵代碼如下：
其中，data信號(hào)為8位的頻率控制字，通過(guò)改變data的值可以實(shí)現(xiàn)不同頻率波形的輸出。
3．2 波形存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)
針對(duì)不同的可編程器件，ROM查找表的設(shè)計(jì)采用的方法也不相同。主要是基于IP核Single Port BlockMemory和Verilog選擇語(yǔ)句這兩種方法。使用SinglePort Block Memory的波形存儲(chǔ)表只需要產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件*．mif或*．coe，然后直接在定制Single Port BlockMemory時(shí)，添加數(shù)據(jù)文件即可。不過(guò)這種方法在FPGA支持內(nèi)部嵌入式陣列塊(EAB)時(shí)才可以使用；使用Verilog選擇語(yǔ)句比較直觀，但當(dāng)輸入數(shù)據(jù)量大的
這種方法是比較繁瑣的。此次設(shè)計(jì)采用第一種方法。
coe文件是在編譯和仿真過(guò)程中作為存儲(chǔ)器(ROM或RAM)初始化輸入的文件，即memory initializationfile。創(chuàng)建coe文件的方式有很多種，在這次設(shè)計(jì)中，在Matlab中采用C語(yǔ)言來(lái)生成coe文件。coe文件編寫(xiě)格式如下：
將生成的cos．txt文件的后綴該為．coe，打開(kāi)文件并將最后一行的逗號(hào)改為分號(hào)，并在文件的最開(kāi)始添加下面兩行：
最后保存文件退出，并加載到Single Port BlockMemory所生成的ROM中。加載時(shí)要特別注意數(shù)據(jù)基數(shù)和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的參數(shù)設(shè)置。
4 系統(tǒng)的功能仿真和驗(yàn)證分析
累加控制器、ROM查找表組成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基本的DDS系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)以原子鐘(33 MHz)為基準(zhǔn)頻率輸入，取累加器為32位，實(shí)現(xiàn)輸出頻率為700 kHz的信號(hào)。
評(píng)論