一種基于FPGA的正弦波信號發生器的設計

2 系統關鍵技術
DDS(Direct Digital Synthesis)是一種應用直接數字合成技術來產生信號波形的方法。DDS技術建立在采樣定理的基礎上，它首先對需要的信號波形進行采樣、量化，然后存入存儲器作為待產生信號的數據查詢表。在輸出信號波形時，從數據表依次讀出數據，產生數字信號。
輸入時鐘頻率和輸出波形信號的頻率關系如圖4所示。在圖4中To表示輸出波形的周期，Tc為采樣周期，2N為ROM查詢表尋址范圍，K為頻率控制字。由圖可知To=Tc*2N／K，轉換為頻率可表示為fo=fc*K／2N，fc為時鐘信號clk的頻率。

在本設計中N=8，因此信號的輸出頻率fo=fc*K／256。

3 軟件設計
軟件設計主要是在FPGA中通過Verilog硬件語言進行相位累加器和ROM查詢表的編程實現，這兩部分采用Quartus軟件和Matlab軟件并行開發。
3．1 相位累加器的實現
相位累加器主要用于產生ROM查詢表所需的地址信息。圖5為在Quartus軟件中編程生成的相位累加器符號，相位累加器的輸入信號包括時鐘信號clk、復位信號clr和頻率控制字K。輸出信號addr[7…0]為ROM查詢表的輸入地址信號。

相位累加器類似一個計數器。首先，軟件設置相位累加器的基數為0，并通過時鐘信號clk上升沿觸發，基數與頻率控制字K相加，相加后的值反饋到相位累加器的輸入端作為下一次的基數。當相位累加器的溢出時，—個完整的階梯正弦信號就從ROM查詢表的輸出端輸出。因此，相位累加器的溢出率就是正弦波信號的輸出頻率。相位累加器的仿真波形如圖6所示。