一种基于FPGA的正弦波信号发生器的设计

2 系统关键技术
DDS(Direct Digital Synthesis)是一种应用直接数字合成技术来产生信号波形的方法。DDS技术建立在采样定理的基础上，它首先对需要的信号波形进行采样、量化，然后存入存储器作为待产生信号的数据查询表。在输出信号波形时，从数据表依次读出数据，产生数字信号。
输入时钟频率和输出波形信号的频率关系如图4所示。在图4中To表示输出波形的周期，Tc为采样周期，2N为ROM查询表寻址范围，K为频率控制字。由图可知To=Tc*2N／K，转换为频率可表示为fo=fc*K／2N，fc为时钟信号clk的频率。

在本设计中N=8，因此信号的输出频率fo=fc*K／256。

3 软件设计
软件设计主要是在FPGA中通过Verilog硬件语言进行相位累加器和ROM查询表的编程实现，这两部分采用Quartus软件和Matlab软件并行开发。
3．1 相位累加器的实现
相位累加器主要用于产生ROM查询表所需的地址信息。图5为在Quartus软件中编程生成的相位累加器符号，相位累加器的输入信号包括时钟信号clk、复位信号clr和频率控制字K。输出信号addr[7…0]为ROM查询表的输入地址信号。

相位累加器类似一个计数器。首先，软件设置相位累加器的基数为0，并通过时钟信号clk上升沿触发，基数与频率控制字K相加，相加后的值反馈到相位累加器的输入端作为下一次的基数。当相位累加器的溢出时，—个完整的阶梯正弦信号就从ROM查询表的输出端输出。因此，相位累加器的溢出率就是正弦波信号的输出频率。相位累加器的仿真波形如图6所示。