前言：
DDS：直接数字频率合成，正弦波0-2pi周期内，相位到幅度是一一对应的（这里我们使用放大后的整数幅度）。
主要思路：
个人理解，FPGA不擅长直接做数字信号计算，那样太占用片上逻辑资源，所以需要事先建立 正弦波相位-幅度 表，然后在时钟下，通过相位累加并用相位作为地址索引来查询正弦波信号表。
正弦波相位-幅度 表：
存储的是量化的正弦波在一个周期的幅度信息（幅度的地址即相位）。
幅度的地址数目决定了相位量化的误差。
而存储每一个幅度的比特数决定了幅度的量化误差。
可以通过matlab以及Xilinx的IP核向导创建。
Verilog编写的DDS模块主要由三部分组成，
- 相位累加器，用于决定输出信号频率的范围和精度；
- 正弦函数模块，用于存储经量化和离散后的正弦函数的幅值；
- 查表模块，对相位累加器的输出地址查表。
两种方法可以改变输出信号的频率：
- 改变查表寻址的时钟频率，从而改变输出波形的频率。
- 改变寻址的步长来改变输出信号的频率。
步长即为相位增量。
由累加器对相位增量进行累加，
累加器的值作为查表地址。
相位累加器是 DDS 的核心所在，前面在低于时钟频率的任意频率生成(相位累加器)中我们已经进行了叙述。
正弦函数模块包含一个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0-2pi范围的一个相位点。查表模块把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号。相位寄存器每经过 2^N/K 个时钟后回到初始状态，相应地正弦查询表经过一个循环回到初始位置，输出一个正弦波。
输出正弦波周期为fo=fc* K/2^N ，最小分辨率为f=fc/2^N。(通过fc和K控制正弦波频率精度) 其中，N 为累加器位宽，K 为步长，fc 为时钟频率。计数模（最大值）：M=2^N。
一般正弦波表幅度地址位宽与累加的查表地址位宽不同，按前者位宽取后者对应高位的位宽即可。（具体见实例）
先用matlab生成1024点的正弦波数据：
clc;clear;
N = 10; %储存单元地址线
depth=2^N; %存储单元;
widths=N; %数据宽度为8位;
index = linspace(0,pi*2,depth);
sin_value = sin(index);
sin_value = sin_value * (depth/2 -1); %扩大正弦幅度值
sin_value = fix((sin_value)+0.5);
plot(sin_value);
number = [0:depth];
fid=fopen('sin_table.coe','w+');
fprintf(fid,'memory_initialization_radix=10;
');
fprintf(fid,'memory_initialization_vector=
');
for i = 1 : depth - 1
fprintf(fid, '%d,
', sin_value(i));
end
fprintf(fid, '%d;', sin_value(depth));
fclose(fid);
Verilog程序
1、adder.v文件，相位累加模块
`timescale 1ns/1ps
/***************************************
晶振频率 fc = 100MHz
输出频率 fo = 1kHz（根据需要可以设为任意值）
控制参数 K = (fo*2^N)/fc = 42950
参数 N = 2^32,(32为计数器的位宽)
****************************************/
module PHASE_ADDER(
input clk,
input rst,
output reg [31:0] cnt,
output reg clk_out
);
always @(posedge clk or posedge rst)
if(rst)
cnt <= 0;
else
cnt <= cnt + 32'd42950; //计数器步长K
always @(posedge clk or posedge rst)
if(rst)
clk_out <= 1'b0;
else if(cnt < 32'h7FFF_FFFF)
clk_out <= 1'b0;
else
clk_out <= 1'b1;
endmodule
2、dds_top.v顶层设计
`timescale 10ns /1ns
module dds_top(
input rst,
input clk,
output signed [15:0] sine_o
);
wire [31:0] phase; //32bit内部连接线，传递相位增量
wire clk_out;
wire [9:0] addr; //10bit相位信息
PHASE_ADDER U_PHASE_ADDER(
.clk (clk ),
.rst (rst ),
.cnt (phase ),
.clk_out(clk_out)
);
assign addr = phase[31:22];//addr 10bit
DDS_Table U_DDS_Table(
.clka(clk), // input wire clka
.addra(addr), // input wire [9 : 0] addra
.douta(sine_o) // output wire [15 : 0] douta
);
endmodule
3、仿真测试文件
`timescale 1ns/1ps
module TB;
reg clk;
reg rst;
wire clk_out;
dds_top U_dds_top(
.clk (clk ),
.rst (rst )
);
initial begin
clk = 0;
rst = 0;
#4 rst = 1;
#3 rst = 0;
end
always #5 clk = ~clk;
endmodule
matlab生成正弦数据：
vivado和Modelsim联合仿真结果：
