波形发生器如何构建?基于Verilog打造自己的DDS任意波形发生器

波形发生器在各大行业中均有使用，带来了诸多便利。对于波形发生器，小编在往期文章中做过很多介绍。本文中，主要在于探讨波形发生器的实现过程。具体而言，将介绍基于Verilog实现DDS任意波形发生器。如果你是波形发生器的爱好者，疑惑想要了解本文的探讨内容，都不妨继续往下阅读哦。

一、总体方案实现及系统框图

在该DDS电路组成上，包括基准时钟、频率累加器、相位累加器、幅度/相位转换电路。频率累加器对输入信号进行累加运算，产生频率控制数据，相位累加器对代表频率的M位二进制码进行累加运算，产生后面波形存储器所需的查表地址，幅度/相位转换电路实际上就是一个波形存储器，供查表使用，读出数据送人D/A转换器和低通滤波器。

系统设计原理框图如下：

系统设计原理框图

二、系统组成模块简介

1、顶层模块

顶层模块是系统程序的主模块，它负责将fom查找表、相位累加等模块组装在一起，通过调用的关系使它们组合成为一个有机的整体。在顶层模块中，定义了参考时钟的输入，复位端口，波形输出、频率控制字等。

2、相位累加器模块

相位累加器是决定系统性能的关键部分，主要是利用频率控制字和相位控制字来累加出寻址地址。相位累加器在基准频率信号clk的控制下以频率控制字data为步长进行累加运算，产生需要的频率控制数据，在时钟的控制下把累加的结果作为波形存储器ROM的地址，实现对波形存储器ROM的寻址。由于相位累加模块通过C语言实现比较容易，故我们没有单独成立一个模块，而是将它集成到了顶层模块的一个always语句块中：

case(choose_wave) 2‘b00:begin

sin_ena <= 1’b1;

cos_ena <= 1‘b0;

sawtooth_ena <= 1’b0;

triangle_ena <= 1‘b0;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //关键代码，实现相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

2’b01:begin

cos_ena <= 1‘b1;

sin_ena <= 1’b0;

sawtooth_ena <= 1‘b0;

triangle_ena <= 1’b0;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //关键代码，实现相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

2‘b10:begin

sin_ena <= 1’b0;

cos_ena <= 1‘b0;

sawtooth_ena <= 1’b1;

triangle_ena <= 1‘b0;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //关键代码，实现相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

2’b11:begin

sin_ena <= 1‘b0;

cos_ena <= 1’b0;

sawtooth_ena <= 1‘b0;

triangle_ena <= 1’b1;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //关键代码，实现相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

default:begin

ADD_B <= 9‘b0;

sin_ena <= 1’b0;

cos_ena <= 1‘b0;

sawtooth_ena <= 1’b0;

triangle_ena <= 1‘b0;

end

endcase

在程序中还出现了一个变量(wave_choose)这是一个用来选择所要输出波形的一个变量，通过它可以控制输出的波形种类(正弦波，余弦波，三角波，锯齿波)。但是由于在设计的时候没有考虑到存在负值的影响，导致最后综合的结果不正确，经过询问老师知道修改方法是将rom查找表中所有采样点的电压负值全部抬高，消除负值，但是由于时间的原因没有来得及修改，也不知道方案修改的结果。

3、查找表

本模块实现的是一个rom存贮器，用于存储采样的波形数据，并提供地址查找的功能。具体实现的过程：

1) 首先使用数学工具计算得到波形采样点，生成mif文件

2) 导入数据采样点，给每一个采样点分配地址，并提供外部寻址的接口，此过程可以通过Quartas Ⅱ来辅助完成

由于我们组的设计时在modelsim下进行的，modelsim面向的是仿真，它不会产生所谓的“rom”这种实际的电路，所以我们没有采用这样的方法，而是简单的使用case语句来实现。虽然这样也能得到预期的效果，但是它却没有真正的生成一个“rom”，根据我组的综合结果来看，使用case语句生成的是一个与输入相关的复杂的逻辑网络，而不是rom那样有一定规则的电路结构。一下是我们使用C语言产生采样点的程序：

void main(){ int i，j = 0;;

FILE *fp;

fp=fopen(“data.txt”，“w”);

for(i=0;i<=256;i++){

//j=255*sin(2*3.14159/256*i)+0.5;//四舍五入

fprintf(fp，“i=%d，\tj=%d\n”，i，j); }

fclose(fp); }