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一、实验内容
在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
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
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！ ”）;
else
{
printf（“File created successfully！ ”）;
/* 生成文件头，注意不要忘了“;” */
fprintf（fp，“DEPTH=%d; ”，DEPTH）;
fprintf（fp，“WIDTH=%d; ”，WIDTH）;
fprintf（fp，“ADDRESS_RADIX = HEX; ”）;
fprintf（fp，“DATA_RADIX = HEX; ”）;
fprintf（fp，“CONTENT ”）;
fprintf（fp，“BEGIN ”）;
/* 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 ： %x; ”，n，temp）;
}
fprintf（fp，“END; ”）;
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
（2）f2=1MHz正弦波，地址位宽m=10，频率控制字K=20
（2）f2=3MHz正弦波，地址位宽m=10，频率控制字K=61
2、matlab频谱分析
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。
工商网监
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