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一、實驗內容
在FPGA上設計一個DDS模塊，在DE0 開發板上運行，在FPGA芯片內部合成出數字波形即可。不用輸出模擬信號，本模塊滿足以下條件：
使用板載晶振的50MHz時鐘，合成以下頻率的信號
- 1 、500KHz 正弦波信號。 2、1MHz 正弦波信號。 3、3MHz 正弦波信號。
-頻率字字長32位，波表ROM尺寸為 10比特地址，1024個word
- 波形格式為2補碼格式，12比特量化
- 每個CLK輸出一個有效樣點。
- 輸入信號為頻率字和頻率字輸入使能信號
- 使用板載的撥碼開關（Switch）控制生成的波形信號的不同頻率。
二、設計思路RTL電路圖
設計中根據DDS輸出波形頻率的計算公式：
確定輸出頻率。
上式中為輸出頻率，為輸入頻率，即為系統基準時鐘頻率50MHz。m為地址加法器的寬度，K為頻率控制字。設計中通過控制K的大小控制輸出頻率，由于K只能取整數，輸出頻率可能會有一定偏差。
三、Quartus掃描生成的RTL電路圖
四、實驗相關程序代碼
1、地址加法器模塊
module addr_cnt（CLK，sel_K，CLR，En，ROMaddr）;
input CLK;
input ［1:0］ sel_K;
input En，CLR;
output ［9:0］ ROMaddr;
reg ［9:0］ cnt_out;
assign ROMaddr=cnt_out;
always @ （posedge CLK or negedge CLR）
if（~CLR）
cnt_out《=10‘d0;
else if（~En）
cnt_out《=cnt_out;
else begin
case（sel_K）
2’b00:cnt_out《=cnt_out+10‘b00000_01010;
2’b01:cnt_out《=cnt_out+10‘b00000_10100;
default:cnt_out《=cnt_out+10’b00001_11101;
endcase
end
endmodule123456789101112131415161718192021222324
2、頂層設計模塊
module Sine_Signal （Dout，ROMaddr，CLK，CLR，En，sel_K）; //頂層模塊
output ［11:0］ Dout; //離散的正弦波形輸出
output ［9:0］ ROMaddr; //ROM的地址
input CLK /* synthesis chip_pin=“G21” */ ; //50MHz時鐘
input CLR /* synthesis chip_pin=“H2” */ ; //清零KEY0
input En /* synthesis chip_pin=“J6” */; //使能SW0
input ［1:0］ sel_K /* synthesis chip_pin=“H6，H5” */; //輸出頻率控制字選擇SW2、SW1
addr_cnt U0_inst（ //實例引用地址計數器模塊
.CLK（CLK），
.CLR（CLR），
.En（En），
.sel_K（sel_K），
.ROMaddr（ROMaddr）
）;
myROM myROM_inst（ //實例引用上面定制的ROM模塊
.address（ROMaddr）， //ROM的地址輸入端
.clken（En），
.clock（CLK）， //時鐘輸入端
.q（Dout） //數據輸出端
）;
endmodule123456789101112131415161718192021
3、正弦波形存儲模塊C語言程序
#include《stdio.h》
#include《math.h》
#define PI 3.141593
#define DEPTH 1024 /* 數據深度，即存儲單元的個數 */
#define WIDTH 12 /* 存儲單元的寬度 */
int main（void）
{
int n，temp;
float v;
FILE * fp;
/* 建立文件名為sine1024.mif新文件，允許寫入數據，
文件名隨意，但擴展名必須為.mif */
fp = fopen（“sine1024.mif”，“w+”）;
if（NULL==fp）
printf（“Can not creat file！ ”）;
else
{
printf（“File created successfully！ ”）;
/* 生成文件頭，注意不要忘了“;” */
fprintf（fp，“DEPTH=%d; ”，DEPTH）;
fprintf（fp，“WIDTH=%d; ”，WIDTH）;
fprintf（fp，“ADDRESS_RADIX = HEX; ”）;
fprintf（fp，“DATA_RADIX = HEX; ”）;
fprintf（fp，“CONTENT ”）;
fprintf（fp，“BEGIN ”）;
/* 以十六進制輸出地址和數據 */
for（n=0;n《DEPTH;n++）
{
/* 周期為1024個點的正弦波 */
v=sin（2*PI*n/DEPTH）;
/* 將-1~1之間的正弦波的值擴展到0~4095之間 */
temp=（int）（（v+1）*4095/2）; //v+1將數值平移到0~2之間
/* 以十六進制輸出地址和數據 */
fprintf（fp，“%x ： %x; ”，n，temp）;
}
fprintf（fp，“END; ”）;
fclose（fp）; //關閉文件
}
}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839
4、matlab正弦波頻譜分析程序
將signal tap采集的正弦波數據生成.txt文件保存，導入到matlab中分析頻譜。
clear all; close all；
varnum; %調用signal tap 采集的正弦波數據，列矢量
signal=transpose（VarName）; %轉置
fs=50E6; %采樣頻率
N=1024; %采樣點數
t=［0:1/fs：（N-1）/fs］; %采樣時刻
figure（1）;plot（t，signal）;
title（‘正弦波信號’）;
xlabel（‘Time （s）’）;
ylabel（‘Magnitude’）;
Y = fft（signal，N）; %做FFT變換
Ayy = abs（Y）; %取模
Ayy=Ayy/（N/2）; %換算成實際的幅度
Ayy（1）=Ayy（1）/2;
F=（［1:N］-1）*fs/N; %換算成實際的頻率值，Fn=（n-1）*Fs/N
figure（2）;
stem（F（1:N/2），Ayy（1:N/2））; %顯示換算后的FFT模值結果
axis（［0 5E6 0 2500］）;
title（‘正弦信號頻譜圖’）;
xlabel（‘Frequency （Hz）’）;
ylabel（‘Magnitude’）;12345678910111213141516171819202122
五、實驗結果
1、signal tap 數據截圖
（1）f1=500kHz正弦波，地址位寬m=10，頻率控制字K=10
（2）f2=1MHz正弦波，地址位寬m=10，頻率控制字K=20
（2）f2=3MHz正弦波，地址位寬m=10，頻率控制字K=61
2、matlab頻譜分析
由頻譜圖可以看出DDS輸出的頻率略小于實驗要求的頻率。這是由于實驗中頻率控制字只能取整數，略去了小數位，實際取值小于理論計算值。實驗結果與理論推算結果是一致的。
工商網監
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