使用Xilinx CORDIC IP核生成正、余弦波

本文介绍如何调用Xilinx的CORDIC IP核生成某一频率的正弦波和余弦波。

主要是CORDIC IP核的设置，下面对其具体参数的设置进行了说明。

标注1：选择函数的类型，这里选择sin和cos。

标注2：选择CORDIC的结构，是字串行还是并行，这里选择并行。

标注3：选择输出流水线类型，这里选择不要流水线。

标注1：选择相位角格式，其中Radians单位为弧度，Scaled Radians单位为多少PI弧度，这里选择Scaled Radians。

标注2：选择输入相位角的数据位宽，我们选择16位。

标注3：舍位模式，选择近似值。

对于相位角的格式这里做具体详细说明：

当相位角设置为Radians时，相位角的取值范围为：-PI<=PHASE_IN<=PI;

当相位角设置为Scaled Radians时，相位角的取值范围为：-I<=PHASE_IN<=1。

数据有效值的定义：

相位角：第一位为符号位，第二、三位为整数位，其余为小数位；

X_out：第一位是符号位，第二位是整数位，其余为小数位；

Y_out：第一位是符号位，第二位是整数位，其余为小数位。

对于有符号数，整数部分为二进制补码。

标注1：选择阶乘和精度，0表示根据数据来自动选择。

标注2：选择CORDIC算法的范围，将输出值控制在-PI/4~+PI/4之间还是-PI~+PI之间。

标注3：选择输出，此处选择RDY来查看什么时候输出数据有效。

如果要生成正余弦波，Coarse Rotation 必须选上，让输出数据是整个圆平面。

由于我们设置的数据为16位的Scaled Radians模式，所以PHASE_IN的取值范围从-1.0到+1.0对应的16进制为：

16'he000和16'h2000。假如我们的相位角从0开始以16‘h00c0自增，Modelsim仿真结果如图4所示：

这是因为当phase_in的值大于+1.0或小于-1.0时，CORDIC IP核会当作+1和-1计算，一直保持相同的值。

从上述仿真结果可以看出，分段出现的波形是完整的，只是没有很好的衔接上。对此我们采用下面的方法使波形衔接。我们选取X_OUT的两个波谷做一个周期，找到两个波谷所对应的PHASE_IN，使两个波谷之间对应的PHASE_IN值不断重复，即可得到完美的正弦波。

为了方便查看，我们增加了cnt计数器。在第一个波谷附近我们找到正弦输出信号的最值点所对应的相位值。方法如下所示：先在仿真波形上选取一段完整的正弦波，如图6.1所示。然后，找出第一个波谷所对应的cnt值，大概在301左右，如图6.2所示。再将正弦输出信号转换为16进制有符号数，在301附近找到最值点-16379，找出此值对应的相位16'helc0。

第二个波谷所对应的相位值的查找如下图所示：

第二个波谷所对应的cnt值大概为389，对应的正弦输出信号的最值为：-16384，对应的相位值为：16’h2180。

修改程序中的phase赋值部分，如下所示：

修改程序后，仿真得到的波形，如下图所示：

下板子测试得到的波形：

16'h00C0 -> 0000 0000 1100 0000，按照datasheet的phase数据格式：000,0 0000 1100 0000，也就是十进制的0.0234375。而这个数的角度值为：0.0234375 * 180° = 4.21875°，也就是每个clk步进4.21875°。