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EDA实验之在FPGA上设计一个DDS模块

2018年12月08日 09:18 次阅读

一、实验内容

FPGA上设计一个DDS模块,在DE0 开发板上运行,在FPGA芯片内部合成出数字波形即可。不用输出模拟信号,本模块满足以下条件:

使用板载晶振的50MHz时钟,合成以下频率的信号

- 1 、500KHz 正弦波信号。 2、1MHz 正弦波信号。 3、3MHz 正弦波信号。

-频率字字长32位,波表ROM尺寸为 10比特地址,1024个word

- 波形格式为2补码格式,12比特量化

- 每个CLK输出一个有效样点。

- 输入信号为频率字和频率字输入使能信号

- 使用板载的拨码开关(Switch)控制生成的波形信号的不同频率。

二、设计思路RTL电路图

EDA实验之在FPGA上设计一个DDS模块

设计中根据DDS输出波形频率的计算公式:

确定输出频率。

上式中为输出频率,为输入频率,即为系统基准时钟频率50MHz。m为地址加法器的宽度,K为频率控制字。设计中通过控制K的大小控制输出频率,由于K只能取整数,输出频率可能会有一定偏差。

三、Quartus扫描生成的RTL电路图

EDA实验之在FPGA上设计一个DDS模块

四、实验相关程序代码

1、地址加法器模块

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、顶层设计模块

module Sine_Signal (Dout,ROMaddr,CLK,CLR,En,sel_K); //顶层模块

output [11:0] Dout; //离散的正弦波形输出

output [9:0] ROMaddr; //ROM的地址

input CLK /* synthesis chip_pin=“G21” */ ; //50MHz时钟

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” */; //输出频率控制字选择SW2、SW1

addr_cnt U0_inst( //实例引用地址计数器模块

.CLK(CLK),

.CLR(CLR),

.En(En),

.sel_K(sel_K),

.ROMaddr(ROMaddr)

);

myROM myROM_inst( //实例引用上面定制的ROM模块

.address(ROMaddr), //ROM的地址输入端

.clken(En),

.clock(CLK), //时钟输入端

.q(Dout) //数据输出端

);

endmodule123456789101112131415161718192021

3、正弦波形存储模块C语言程序

#include《stdio.h》

#include《math.h》

#define PI 3.141593

#define DEPTH 1024 /* 数据深度,即存储单元的个数 */

#define WIDTH 12 /* 存储单元的宽度 */

int main(void)

{

int n,temp;

float v;

FILE * fp;

/* 建立文件名为sine1024.mif新文件,允许写入数据,

文件名随意,但扩展名必须为.mif */

fp = fopen(“sine1024.mif”,“w+”);

if(NULL==fp)

printf(“Can not creat file!\r\n”);

else

{

printf(“File created successfully!\n”);

/* 生成文件头,注意不要忘了“;” */

fprintf(fp,“DEPTH=%d;\n”,DEPTH);

fprintf(fp,“WIDTH=%d;\n”,WIDTH);

fprintf(fp,“ADDRESS_RADIX = HEX;\n”);

fprintf(fp,“DATA_RADIX = HEX;\n”);

fprintf(fp,“CONTENT\n”);

fprintf(fp,“BEGIN\n”);

/* 以十六进制输出地址和数据 */

for(n=0;n《DEPTH;n++)

{

/* 周期为1024个点的正弦波 */

v=sin(2*PI*n/DEPTH);

/* 将-1~1之间的正弦波的值扩展到0~4095之间 */

temp=(int)((v+1)*4095/2); //v+1将数值平移到0~2之间

/* 以十六进制输出地址和数据 */

fprintf(fp,“%x\t:\t%x;\n”,n,temp);

}

fprintf(fp,“END;\n”);

fclose(fp); //关闭文件

}

}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839

4、matlab正弦波频谱分析程序

将signal tap采集的正弦波数据生成.txt文件保存,导入到matlab中分析频谱。

clear all; close all;

varnum; %调用signal tap 采集的正弦波数据,列矢量

signal=transpose(VarName); %转置

fs=50E6; %采样频率

N=1024; %采样点数

t=[0:1/fs:(N-1)/fs]; %采样时刻

figure(1);plot(t,signal);

title(‘正弦波信号’);

xlabel(‘TIme (s)’);

ylabel(‘Magnitude’);

Y = fft(signal,N); %做FFT变换

Ayy = abs(Y); %取模

Ayy=Ayy/(N/2); %换算成实际的幅度

Ayy(1)=Ayy(1)/2;

F=([1:N]-1)*fs/N; %换算成实际的频率值,Fn=(n-1)*Fs/N

figure(2);

stem(F(1:N/2),Ayy(1:N/2)); %显示换算后的FFT模值结果

axis([0 5E6 0 2500]);

TItle(‘正弦信号频谱图’);

xlabel(‘Frequency (Hz)’);

ylabel(‘Magnitude’);12345678910111213141516171819202122

五、实验结果

1、signal tap 数据截图

(1)f1=500kHz正弦波,地址位宽m=10,频率控制字K=10

EDA实验之在FPGA上设计一个DDS模块

EDA实验之在FPGA上设计一个DDS模块

(2)f2=1MHz正弦波,地址位宽m=10,频率控制字K=20

EDA实验之在FPGA上设计一个DDS模块

EDA实验之在FPGA上设计一个DDS模块

(2)f2=3MHz正弦波,地址位宽m=10,频率控制字K=61

EDA实验之在FPGA上设计一个DDS模块

EDA实验之在FPGA上设计一个DDS模块

2、matlab频谱分析

EDA实验之在FPGA上设计一个DDS模块

由频谱图可以看出DDS输出的频率略小于实验要求的频率。这是由于实验中频率控制字只能取整数,略去了小数位,实际取值小于理论计算值。实验结果与理论推算结果是一致的。

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TMP411设备是一个带有内置本地温度传感器的远程温度传感器监视器。远程温度传感器,二极管连接的晶体管通常是低成本,NPN或PNP型晶体管或二极管,是微控制器,微处理器或FPGA的组成部分。 远程精度为±1 °C适用于多个设备制造商,无需校准。双线串行接口接受SMBus写字节,读字节,发送字节和接收字节命令,以设置报警阈值和读取温度数据。 TMP411器件中包含的功能包括:串联电阻取消,可编程非理想因子,可编程分辨率,可编程阈值限制,用户定义的偏移寄存器,用于最大精度,最小和最大温度监视器,宽远程温度测量范围(高达150°C),二极管故障检测和温度警报功能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封装。 特性 ±1°C远程二极管传感器 ±1°C本地温度传感器 可编程非理想因素 串联电阻取消 警报功能 系统校准的偏移寄存器 与ADT7461和ADM1032兼容的引脚和寄存器 可编程分辨率:9至12位 可编程阈值限...

发表于 2018-09-19 16:35 8次阅读
TMP411 ±1°C Programmable...

TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远...

TMP468器件是一款使用双线制SMBus或I 2 C兼容接口的多区域高精度低功耗温度传感器。除了本地温度外,还可以同时监控多达八个连接远程二极管的温度区域。聚合系统中的温度测量可通过缩小保护频带提升性能,并且可以降低电路板复杂程度。典型用例为监测服务器和电信设备等复杂系统中不同处理器(如MCU,GPU和FPGA)的温度。该器件将诸如串联电阻抵消,可编程非理想性因子,可编程偏移和可编程温度限值等高级特性完美结合,提供了一套精度和抗扰度更高且稳健耐用的温度监控解决方案。 八个远程通道(以及本地通道)均可独立编程,设定两个在测量位置的相应温度超出对应值时触发的阈值。此外,还可通过可编程迟滞设置避免阈值持续切换。 TMP468器件可提供高测量精度(0.75°C)和测量分辨率(0.0 625°C)。该器件还支持低电压轨(1.7V至3.6V)和通用双线制接口,采用高空间利用率的小型封装(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在计算系统中轻松集成。远程结支持-55°C至+ 150°C的温度范围。 特性 8通道远程二极管温度传感器精度:±0.75&...

发表于 2018-09-18 16:05 6次阅读
TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远...