《DDS信号源的设计与实现.docxVIP

实验报告实验题目：实验三DDS信号源的设计与实现姓名：学号：指导老师：地点与时间：2012.5.25 科研楼A座3042012.5.18 科研楼A座304【摘要】：本次实验先利用MATLAB软件制作coe文件，然后利用ISE软件以两种思路编写VHDL程序实现DDS信号源的的设计，在生成bit文件后下载到FPGA板，用Chipsgope软件进行硬件仿真验证，最终生成了正确的波形。一、任务要求1.1实验目的利用FPGA完成DDS信号源的设计与实现。1.2实验任务利用FPGA平台调用IP core产生DDS正弦波，并用chipscope抓生成的正弦波信号1.3实验要求（1）采用IP设计方法实现DDS信号源的设计；（2）用chipscope显示正弦波形，频率在给定范围内可调，用7段数码管显示生成正弦波的频率值，频率控制字通过拨码开关输入（3）记录数据，撰写实验报告二、实验方案及原理2.1设计原理DDS全称Direct Digital Frequency Synthesizer（直接数字频率合成），是根据奈奎斯特采样定律，从连续信号的相位出发将一个正弦信号取样、量化、编码，形成一个正弦函数表，存于ROM中。 合成时，通过改变相位累加器的频率控制字来改变相位增量。相位增量（步长）不同，一个正弦周期内的采样点数不同。在时钟频率即采样频率不变的情况下，通过相位增量的改变来实现输出频率的改变。 对于DDS信号源，它的正弦信号发生器的输出可以用下式来描述：其中是指该信号发生器的输出信号波形，指输出信号对应的频率。上式的表述对于时间是连续的，为了用数字逻辑实现该表达式，必须进行离散化处理。用采样时钟进行抽样，令正弦信号的相位：在一个周期内，相位的增量为：其中指的频率，为了相位增量对其进行数字量化，把切割成份，由此每个周期的相位增量可用量化值来表述：且为整数，称为频率控制字，与前式联合：由上公式可得，所输出信号的频率为：为ROM的深度，储存正弦波对于一个周期的图案。为频率控制字，可以计算得输出频率控制字，送入FPGA中，通过调试，将输出chipscope显示出来。图1 频率控制字与频率关系图图1中横坐标是时间轴，纵坐标表示输出信号幅度。红线所取频率控制字是蓝线的2倍，对于固定深度的查找表，红线取得采样点集合是蓝线的1/2。从上图可知，红线所示正弦波频率是蓝线的2倍。2.2DDS设计方案1、总原理图图2 DDS的总体原理图2、累加器图2 累加器示意图以上是一个相位累加器的示意图，相位累加器的组成= 位加法器+位寄存器，其作用是在采样时钟的控制下，以相位增量来完成相位的累加。当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出保留低位，完成一个周期性的动作。3、波形存储器ROM图4 ROM结构示意图这个部分的作用是进行波形的相位—幅值转换。对于ROM的位地址，是把—的正弦角度离散成具有2个样值的序列；而ROM的D位数据位则是2个样值的对应幅值量化为D位二进制数据。三、具体实验代码先利用matlab生成相应的coe文件，将matlab生成的正弦波数据导入ipcore中，使用查找表，通过输入不同的频率控制字，生成相应的正弦信号。再利用Xilinx ISE Design Suite中的ISE新建一个Project ，选择好相应的端口与硬件，既可以开始编写top文件。3.1未进行分频的实验代码------------------------------------------------------------------------------------ Company: -- Engineer: -- -- Create Date: 21:34:56 05/25/2012 -- Design Name: -- Module Name: top - Behavioral -- Project Name: -- Target Devices: -- Tool versions: -- Description: ---- Dependencies: ---- Revision: -- Revision 0.01 - File Created-- Additional Comments: ------------------------------------------------------------------------------------library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL;-- Uncomment the following library declaration if using-- arithmetic functions