設計背景：

DDS（Direct Digital Synthesizer）直接數字式頻率合成器，是一種新型頻率合成技術，具有低成本、低功耗、高分辨率、相對帶寬大和頻率轉換時間短等優點。較容易實現頻率、相位以及幅度的數控調制，廣泛應用在電信與電子儀器和通信領域。波形發生器是一種數據信號發生器，在調試硬件時，常常需要加入一些信號，以觀察電路工作是否正常。加入的信號有：正弦波、三角波、方波和任意波形等。

設計原理:

相位(phase)是對于一個波，特定的時刻在它循環周期中的位置：一種它是否在波峰、波谷或它們之間的某點的標度。相位描述信號波形變化的度量，通常以度 （角度）作為單位，也稱作相角。 當信號波形以周期的方式變化，波形循環一周即為360°。那么相位可調也可以簡單的理解為：改變初始相位。

頻率，是單位時間內完成周期性變化的次數，是描述周期運動頻繁程度的量，常用符號f或ν表示，單位為秒分之一，符號為s-1。頻率可調也就是改變單位時間內完成周期性變化的次數。

本設計采用DDS技術設計相位頻率可調的波形發生器，已經知道了相位和頻率可調分別代表什么，那么接下來就要知道怎樣依靠DDS技術實現波形發生器，并且相位和頻率可以調控。DDS的基本結構如下圖所示：

根據上圖可以看出：DDS主要由相位累加器、波形數據表（ROM）、D/A轉換器構成，本設計暫時不涉及D/A轉換部分。相位累加器位寬為N，波形數據表的大小為2^P,累加器的高P位則用于尋址波形數據表，即ROM，從ROM中輸出的數據則是產生的波形。如果累加器在系統時鐘（CLOCK）的作用下，以步進為M累加直至溢出，則M為頻率控制字（即圖中的FWORD），相位控制字（PWORD）則作為累加器的輸入初始值。這里的累加器，也可以理解為ROM的地址發生器。

上段所述我們可具體理解為：改變地址的初值（PWORD）就可以改變初始的相位，由于我們設計中，ROM的數據為256，所以PWORD的值在0~255之間，PWORD= 256*（初始相位/360度）。

我們設計的系統時鐘（CLOCK）為50MHz，周期為20ns,而正弦波被分成了256個點，波形發生器的頻率就是195.31KHz。若想要輸出別的頻率，則可通過改變輸出的點的個數，即改變有效地址的數量。我們用位寬為N位的累加器，假設FWORD為1，要產生一個完整波形的周期則為20ns*2^N,則產生波形的頻率=系統時鐘/2^N，即Fout = Fclk/2^N,如果FWORD為B，每次步進的間隔提高了B倍，所以計滿一個波形周期的時間就縮小了B倍，即頻率就提高了B倍。則波形頻率的公式為：Fout = B*(Fclk/2^N)。之后我們取累加器的高8位，去尋址波形數據，對應點的還是個數一樣的。本設計中我們將N取為32，當B=1，Fout約為0.012Hz，0.012就相當于最小精度，所以我們就實現了頻率為0.012倍數的調制，但因為0.012值很小了，所以可以說基本實現了所有頻率的調制。

設計架構圖:

根據上述的原理圖分析，本設計的架構如下圖：

架構圖中的端口功能描述如下表：

dds_addr模塊是實現相位累加器的模塊，這里用參數來調制FWORD和PWORD的值，累加之后，將地址高八位（addr_out）輸出到rom模塊，從而產生波形數據。

設計代碼:

在具體寫代碼之前，我們需要先制作載有波形數據的mif文件，這時需要一個小軟件（Mif_Maker2010）,軟件的鏈接如下：

鏈接：http://pan.baidu.com/s/1gfzcOzL密碼：ietw

具體操作步驟如下：

打開Mif_Maker2010，在查看中點擊全局參數，如下圖：

將全局參數設置如下圖：數據長度為256，數據位寬為8，數據格式為無符號10進制，采樣頻率為1000。

點擊設定波形，選擇想要生成的波形，這里我們以正弦波為例，如需要其他波形，都可進行修改：

之后點擊保存，則可生成mif文件，這里我們命名為sin.mif。打開sin.mif后，如下圖所示：

dds_addr模塊代碼：

這里我們以初始相位為180度，頻率為5KHz為例：

0moduledds_addr (clk,rst_n,addr_out);

1

2inputclk,rst_n;//系統時鐘復位

3output[7:0]addr_out;//輸出的地址，對應到ROM內的數據

4

5parameterN =32;

6parameterPWORD =128;//相位控制字 (x/360)*256

7parameterFWORD =429497;//頻率控制字F_out=B*(F_clk/2**32)，fword=B

8//5KHZ

9reg[N-1:0]addr;//32位累加器

10

11always@(posedgeclk ornegedgerst_n)

12begin

13if(!rst_n)

14begin

15addr <=0;

16end

17else

18begin

19/*每隔fword的大小，輸出一位地址，若頻率控制字FWORD等于2，那么地址計數器輸出的就依次是0，2，4.....*/

20addr <=addr +FWORD;

21end

22end

23/*將累加器器的地址的高八位賦值給輸出的地址（ROM的地址*/

24assignaddr_out =addr[N-1:N-8]+ PWORD;

25

26endmodule

rom模塊為調用的IP核，該rom IP核中存儲了sin.mif的數據。

dds頂層模塊代碼：

0moduledds (clk,rst_n,q);

1

2inputclk,rst_n;//系統時鐘復位

3output[7:0]q;//輸出波形數據

4

5wire[7:0]addr_out;//8位地址，對應到ROM內的數據

6

7/*****相位累加器模塊*****/

8dds_addr dds_addr_inst(

9.clk(clk),

10.rst_n(rst_n),

11.addr_out(addr_out)

12);

13

14/*****波形數據模塊*****/

15rom rom_inst (

16.address (addr_out ),

17.clock (clk ),

18.q (q )

19);

20

21endmodule

dds_tb頂層模塊的測試模塊：

0`timescale1ns/1ps

1

2moduledds_tb;

3

4regclk,rst_n;

5wire[7:0]q;

6

7initialbegin

8clk =1;

9rst_n =0;

10#200.1

11rst_n =1;

12

13#50_000_000$stop;

14end

15

16dds dds_dut(

17.clk(clk),

18.rst_n(rst_n),

19.q(q)

20);

21

22always#10clk =~clk;

23

24endmodule

仿真圖:

根據上圖可知，我們的設計正確。并且可以實現相位和頻率可調。