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上一節(jié)我們用簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)了幾種常見(jiàn)的波形 - 方波,、鋸齒波和三角波，這幾種波形都是可以用簡(jiǎn)單的邏輯表達(dá)式來(lái)生成的,。但對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的波形,，無(wú)法用邏輯表達(dá)式來(lái)生成的波形,，如何產(chǎn)生呢？這一節(jié)就以正弦波為例講述一下通過(guò)FPGA的數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)查找表的方法生成任意波形的機(jī)制,，用這種機(jī)制,，可以生成任意一種形狀的波形。 為了產(chǎn)生任意波形,，DDS依賴的第一個(gè)技巧就是LUT - Lookup Table（查找表） - 把“任意形狀”的波形樣點(diǎn)保存在一個(gè)LUT（查找表,，類似組織有序的倉(cāng)庫(kù)）中，通過(guò)查找表格的方式來(lái)實(shí)現(xiàn),。
用這種方法可以實(shí)現(xiàn)任何一種形狀的波形,，比如下面的心型波形,，就是通過(guò)DDS的方式產(chǎn)生并在示波器上觀察到的實(shí)際電信號(hào),。
基于正弦波的對(duì)稱性，在波表中我們只保存了1/4個(gè)周期的波形,，其它3個(gè)1/4周期的波形可以基于對(duì)稱性來(lái)實(shí)現(xiàn),，周期的選擇采用地址的高兩位 - 示例中的phase[7:6]。 module lookup_tables(phase, sin_out);input [7:0] phase;output [9:0] sin_out;wire [9:0] sin_out;reg [5:0] address;wire [1:0] sel;wire [8:0] sine_table_out;reg [9:0] sine_onecycle_amp; assign sin_out = sine_onecycle_amp[9:0];assign sel = phase[7:6]; sin_table u_sin_table(address,sine_table_out);always @(sel or sine_table_out)begin case(sel) 2'b00: begin sine_onecycle_amp = 9'h1ff + sine_table_out[8:0]; address = phase[5:0]; end 2'b01: begin sine_onecycle_amp = 9'h1ff + sine_table_out[8:0]; address = ~phase[5:0]; end 2'b10: begin sine_onecycle_amp = 9'h1ff - sine_table_out[8:0]; address = phase[5:0]; end 2'b11: begin sine_onecycle_amp = 9'h1ff - sine_table_out[8:0]; address = ~ phase[5:0]; end endcaseend endmodule1/4周期正弦波的波表代碼：
使用cnt[7:0]作為查找表的地址,，可以得到同上述方波一樣周期（頻率為46.875KHz）的正弦波，因?yàn)閏nt[7:0]遍歷一個(gè)周期,，也就正好輸出一個(gè)周期的正弦波出來(lái),。 lookup_tables u_lookup_table(.phase(cnt[7:0]), .sin_out(dac_data));這樣我們就可以在DAC輸出端獲得一個(gè)非常漂亮的正弦波信號(hào):
在上面的示例中我們采用了地址長(zhǎng)度為8bit（一個(gè)周期的波形共256個(gè)點(diǎn)）、幅度量化分辨率為10位的波表,，這兩個(gè)參數(shù)究竟如何選取呢,？可以參見(jiàn)關(guān)于DDS的技術(shù)文章匯總 - DDS的原理、技術(shù)文章及常用器件 - https://www./doc/detail/47
信號(hào)幅度的量化精度對(duì)波形的影響 在一個(gè)FPGA里面,，LUT可以使用組合邏輯資源來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)其內(nèi)部的BlockRAM（成塊的RAM）來(lái)存儲(chǔ),。在我們的幾款小腳丫FPGA平臺(tái)中,，用到Lattice XO2-4000HC系列和Intel的MAX10M02/MAX10M08系列，這些器件內(nèi)部的BlockRAM都足夠保存很大容量的波形數(shù)據(jù),。 Lattice XO2 FPGA內(nèi)部的資源,，小腳丫用的是XO2-4000HC系列，內(nèi)部有92kbit的BlockRam
Intel的MAX10 FPGA內(nèi)部的資源,，小腳丫用的是MAX10M02和MAX10M08,，內(nèi)部分別有108Kbit和378Kbits的BlockRam FPGA的廠商在其工具中也都提供了用于產(chǎn)生正弦波表的IP核，可以直接調(diào)用來(lái)使用,，比如：
Lattice的工具Diamond中帶的正弦波,、余弦波生成IP 2 Intel/Altera在其Quartus_prime中的NCO（數(shù)字控制振蕩器）
Intel/Altera的工具Quartus帶的NCO生成IP 其它形狀的波形，乃至調(diào)制波形都可以通過(guò)一些工具（比如Matlab等）來(lái)生成數(shù)據(jù)，在編譯的時(shí)候存儲(chǔ)在例化好的ROM中,，當(dāng)成一個(gè)波形庫(kù)來(lái)使用,。 我們會(huì)在下一次的文章中講述 - “任意頻率”是如何實(shí)現(xiàn)的。 |
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