DDS任意波形发生器

0.目录

1. 项目需求
2. 实现功能
3. 项目分析
4. 程序流程

 

1.项目需求

（1）通过板上的高速DAC（10bits/125Msps）配合FPGA内部DDS的逻辑，生成波形可调（正弦波、三角波、方波）、频率可调（DC-）、幅度可调的波形

（2）生成模拟信号的频率范围为DC-20MHz，调节精度为1Hz

（3）生成模拟信号的幅度为最大1Vpp，调节范围为0.1V-1V

（4）在OLED上显示当前波形的形状、波形的频率以及幅度

（5）利用板上旋转编码器和按键能够对波形进行切换、进行参数调节

 

2.实现功能

使用2个按键与1个旋转编码器实现波形参数设置。

K1控制波形转换，按照正弦波-三角波-方波的顺序切换，且通过RGB指示灯显示，分别对应红色、绿色和蓝色。

K2控制幅度，幅度范围从0.1V-1Vpp，默认为0.1Vpp，每次按下后增大0.1Vpp。

旋转编码器控制频率，频率范围最大为20MHz，按下旋转编码器后可以调整频率步进值，每次按下步进值x10。

（1）0.5Vpp 1kHz正弦波

（2）0.5Vpp 1kHz三角波

（3）0.5Vpp 1kHz方波

（4）0.8Vpp 100kHz 正弦波

（5）1.0Vpp 1MHz 正弦波

频率到达10MHz时由于示波器性能有限已无法观测。

 

3.实现思路

主要分为输入模块、输出模块和显示模块。

3.1 输入模块

输入模块内主要为按键防抖与旋转编码器解码ip核，对输入信息进行整合，得当设置的波形、幅度、频率以及频率步进。

3.1.1 按键

根据上面的原理描述，我们可以对按键的输入管脚进行边沿检测，当检测到输入信号变化后计数清零并开始计数，计数到20ms时进行采样，然后再对每次采样的值进行下降沿检测，检测的结果作为按键消抖的脉冲输出，然后每次检测到下降沿时让状态输出进行翻转并输出。

3.1.2 旋转编码器

旋转编码器给出两相方波，它们的相位差90°，通常称为A通道和B通道。其中一个通道给出与转速相关的信息，与此同时，通过两个通道信号进行顺序对比，得到旋转方向的信息。

3.2 输出模块

输出模块分为DAC驱动和ROM（存储波形数据）。

3.2.1 DAC

DAC使用基于3Peaks的3PD5651制作的高速DAC模块，驱动简单，仅需10位数据位与时钟信号。

波形数据使用Guagle_wave软件生成mif格式文件，如下图所示。需要注意保存时不能使用另存为，不然会保存空文件，直接使用文件-保存即可。

3.2.2 ROM

通过ROM的ip核可以完成ROM初始化，为节约空间将波形设置为256位，如有需要可以自行修改。

利用相位累加器实现对波形频率的调整，更详细的DDS教程可以查看dds_verilog [电子森林] (eetree.cn)。

3.2.3 PLL

但由于板载晶振频率较低仅为12M，使用PLL进行倍频，可以得到200MHz时钟作为DAC的时钟信号。

3.3 显示模块

显示模块使用0.96寸单色OLED，非常常见，使用FPGA驱动较为繁琐，使用状态机来进行初始化寄存器的写入以及屏幕刷新。

OLED为6线，从左到右依次为GND、VCC、SCL、SDA、RES、DC，使用3.3V供电。使用时可以参考中景园电子的教程，按照其单片机驱动时的代码，对OLED模块编写寄存器，初始化时的寄存器命令不同版本数量不等，使用查找表实现存储器，可以优化成调用官方RAM或ROM IP存储。为节省空间去除了中文字库等，仅保留5*8点阵字库数据，亦可删除掉大写字母或小写字母部分以进一步节省空间。

OLED分为4行，分别显示波形、幅值、频率以及频率步进。

更详细教程参见如何用FPGA驱动OLED屏？ (qq.com)。

 

4.程序流程

RTL图如下所示。

输入模块为WaveControl中，输出模块为DAC，显示模块为OLED12864。

上方FreqStep的部分对频率步进的led灯进行设置。

 

5.资源占用

资源占用报告如下图所示：