第一次学，查询了很多CSDN网页，也问了组里的技术专家，得到了很多指导。把我的个人学习笔记在这里保存记录分享，如果有问题欢迎大家批评指正。也欢迎大家点赞评论收藏，一起进步！

1 DDS IP核的配置

创建工程，在IP核配置页面选择DDS compiler 6.0。对IP核进行配置。

如图所示配置参数。

Configuration（配置）页面，Configuration Options 有三个选项，分别是相位产生器和SIN COS查找表、单独的相位产生器、单独的sin/cos，一般选择第一个，利用IP核生成一个频率相位可调的正余弦发生器。

将System Clock系统时钟设置为250MHz，Number of Channels通道数设为1，Parameter Selection（参数选择）主要分为Hardware Parameter 和 System Parameter两种。

在System Parameter模式下，配置页面需要配置系统参数设置。共有Spurious Free Dynamic Range(SFDR)、Frequency Resolution（频率分辨率）、Noise Shaping(需不需要整形噪声选择自动模式就行)三项。其中SFDR与输出数据位宽相关，见手册表格。

Hardware Parameter模式下，Noise Shaping噪声整形选项一般选择None。Phase width指的是输出的相位宽度信息，output width 指的是输出的数据位宽；相位位宽选择32位，数据位宽采用16位。

Implementation页面，Phase Increment Programmability与Phase Offset Programmability，相位增量(即频率控制字)和相位偏移量（即相位控制字）控制模式选择，一般选择可编程模式，该模式下在valid有效时可对相位增量和相位偏移量进行配置；Output sin、cos、sin&cos根据需要选择即可。如图所示：

在Summary中检查配置无误：

2 单路正弦信号的产生

事实上，任何周期信号都可以分解为一系列正弦或余弦信号之和，正弦信号是关于相位的一个周期函数。相位和幅值的一一对应关系就好比存储器中地址和存储内容的关系，如果把一个周期内每个相位对应的幅度值存入存储器当中，那么对于任意频率的正弦信号，在任意时刻，只要已知相位Φ(t)，也就知道地址，就可通过查表得到s(t)。

相位累加器在每个时钟脉冲输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器的输出数据就是信号的相位，用输出的数据作为波形存储器(ROM)的相位取样地址，这样就可以把存取在波形存储器内的波形抽样值经查找表查处，完成相位到幅值的转换。频率控制字相当于Φ(t)中的2πfc,相位控制字相当于Φ(t)中的θ0。

由于相位累加器字长的限制，相位累加器累加到一定值后，其输出将会溢出，这样波形存储器的地址就会循环一次，即意味着输出波形循环一周。故改变频率控制字即相位增量，就可以改变相位累加器的溢出时间，在时钟频率不变的条件下就可以改变输出频率。改变查表寻址的时钟频率，同样也可以改变输出波形的频率。

为了获得较高的频率分辨率，则只有增加相位累加器的字长N。

这部分参考了部分CSDN内容。

原文链接：https://blog.csdn.net/u014586651/article/details/88830115

相位累加器的字长为N，就将一个完整周期的正弦波的相位均匀分割为个离散相位。如果想将频率提高到2倍 = 点数变为1/2（隔一个点输出一个波形）。事实上，DDS满足：

其中，fout是输出频率，fclk是系统工作时钟的频率，FTW是频率控制字，N是相位累加器的位数。对于一个IP核生成一路信号，其满足：

其中，fout为输出频率，fclk为输入ip的时钟。Δθ为相位增量（频率控制字），Bθ(n)为频率精度位数、输出相位数据的宽度（Phase Width），计算公式满足：

其中Δf为频率精度，对应IP核中Frequncy Resolution。

相位控制字满足：

其中θ为相位偏移量，N为相位累加器的位数。

在IP Symbol中检查IP核的端口，对IP核进行配置和例化。

代码如下所示：

module simu(
  );
  
  reg clk;
  reg [63:0]pinc_sin;
  reg en_pinc;
  
  initial begin
  pinc_sin={32'd715827883,32'h0fffffff};
  en_pinc=1; //必须为1才有效
  clk=0;
  end
  
  always #2 clk=~clk;
  
  wire [15:0]dout_dds;
  wire data_tvalid;
  
dds_compiler_0 name(
    .aclk(clk),
    .s_axis_config_tvalid(en_pinc),//控制字有效信号，为1时控制字才有用。
    .s_axis_config_tdata(pinc_sin),
    .m_axis_data_tvalid(data_tvalid),
    .m_axis_data_tdata(dout_dds));

endmodule

其中，pinc_sin采用位拼接的方式配置频率控制字和相位控制字，本实验初相偏差π/3，根据相位控制字计算公式，poff=(π/3)*2^32/2π= 32'd715827883，频率控制字选择32'h0fffffff，仿真可以输出正弦波形。

3 多相DDS

在第二节中已经实现了输出250MHz的正弦波形，现在将使用多相处理，用四路250MHz的正弦波形构建一个1GHz的正弦波形。

基本原理如上图所示，在一个上升沿内并行产生四个相位，再进行相应的相幅转换。图中1-4分别代表四路信号。由图可知，对于一路信号而言，其频率控制字FTW’=4FTW，每一路信号之间有一个FTW的相位差。

配置四个与第二节完全相同的DDS核：

simu代码如下所示：

module simu(

  );



  reg clk;

  reg [63:0]pinc_sin_0;

  reg [63:0]pinc_sin_1;

  reg [63:0]pinc_sin_2;

  reg [63:0]pinc_sin_3;



  reg en_pinc_0;

  reg en_pinc_1;

  reg en_pinc_2;

  reg en_pinc_3;



  reg [15:0]q0;



  //存储波形数据输出为csv文件

  integer file_0;

  integer file_1;

  integer file_2;

  integer file_3;

    



  initial begin

  //对四个dds赋值，每个间隔dds相差FTW。频率控制字FTW'=4FTW

  pinc_sin_0={32'd715827883,32'h03fffffc};  
  //h0fffffff=d268435455;h00ffffff=16777215;h03fffffc=d67108860

  pinc_sin_1={32'd732605098,32'h03fffffc};

  pinc_sin_2={32'd749382313,32'h03fffffc};

  pinc_sin_3={32'd766159528,32'h03fffffc};



  en_pinc_0=16'd1;

  en_pinc_1=16'd1;

  en_pinc_2=16'd1;

  en_pinc_3=16'd1; //必须为1才有效



  clk=16'd0;

  q0=16'd0;



  file_0=$fopen("E:/study2022/dds2/data_0.csv","w");

  file_1=$fopen("E:/study2022/dds2/data_1.csv","w");

  file_2=$fopen("E:/study2022/dds2/data_2.csv","w");

  file_3=$fopen("E:/study2022/dds2/data_3.csv","w");

  end



  always #2 clk=~clk;



  wire [15:0]dout_dds_0;

  wire [15:0]dout_dds_1;

  wire [15:0]dout_dds_2;

  wire [15:0]dout_dds_3;

  wire data_tvalid_0;

  wire data_tvalid_1;

  wire data_tvalid_2;

  wire data_tvalid_3;



   always @(posedge clk)begin

    if(q0 < 16'd4000)begin

        $fwrite(file_0,"%h\n",dout_dds_0);

        $fwrite(file_1,"%h\n",dout_dds_1);

        $fwrite(file_2,"%h\n",dout_dds_2);

        $fwrite(file_3,"%h\n",dout_dds_3);

        q0 <= q0 + 16'd1;

    end

    else begin

        q0 <= q0;

        $fclose(file_0);

        $fclose(file_1);

        $fclose(file_2);

        $fclose(file_3);

    end

  end



dds_compiler_0 name0(

    .aclk(clk),

    .s_axis_config_tvalid(en_pinc_0),     //相位控制字有效信号，同。

    .s_axis_config_tdata(pinc_sin_0),

    .m_axis_data_tvalid(data_tvalid_0),

    .m_axis_data_tdata(dout_dds_0));



dds_compiler_1 name1(

    .aclk(clk),

    .s_axis_config_tvalid(en_pinc_1),     //相位控制字有效信号，同。

    .s_axis_config_tdata(pinc_sin_1),

    .m_axis_data_tvalid(data_tvalid_1),

    .m_axis_data_tdata(dout_dds_1));



dds_compiler_2 name2(

    .aclk(clk),

    .s_axis_config_tvalid(en_pinc_2),     //相位控制字有效信号，同。

    .s_axis_config_tdata(pinc_sin_2),

    .m_axis_data_tvalid(data_tvalid_2),

    .m_axis_data_tdata(dout_dds_2));

   

dds_compiler_3 name3(

    .aclk(clk),

    .s_axis_config_tvalid(en_pinc_3),     //相位控制字有效信号，同。

    .s_axis_config_tdata(pinc_sin_3),

    .m_axis_data_tvalid(data_tvalid_3),

    .m_axis_data_tdata(dout_dds_3));  

Endmodule

代码中对频率控制字、相位控制字进行了相关配置，并将输出的四路信号的相关点的数据存为csv文件。

实验波形图如图所示：

计算验证一下，FTW’=4TFW=67108860，fclk=250*10^6，N=32。

理论上的fout=FTW’*fclk/2^N=67108860*250*10^6/2^32=3.9062*10^6Hz。

观察波形图，输出信号周期为500ns-244ns=256ns，fout=1/256ns=3.9062*10^6Hz，相吻合，频率控制字设置无误。

相位初相能观察到π/3的初相，不同信号之间能观察到一个FTW的相差，频率控制字设置无误。

将保存的信号csv文件导入Matlab，对其进行交叉拼接处理，并绘制拼好后的正弦数组的频谱图。

相关Matlab代码如下所示：

%读取波形数值

%num_0 = xlsread('E:/study2022/dds/data_0.xlsx',1,'B1:B511')

%num_1 = xlsread('E:/study2022/dds/data_1.xlsx',1,'B1:B511')

%num_2 = xlsread('E:/study2022/dds/data_2.xlsx',1,'B1:B511')

%num_3 = xlsread('E:/study2022/dds/data_3.xlsx',1,'B1:B511')



%16进制转化为10进制数

data_0=hex2dec(data0)

data_1=hex2dec(data1)

data_2=hex2dec(data2)

data_3=hex2dec(data3)



%交叉合并(拼接)

merge=[data_0'

      data_1'

      data_2'

      data_3'];

merge=reshape(merge,[],1); %[]=length(data_0)+length(data_1)+length(data_2)+length(data_3)



%把矩阵merge转化为csv文件

csvwrite('E:/study2022/dds2/merge.csv',merge);



%画图

for i=1:15960

    if merge(i)>32768

        merge(i)=merge(i)-65536;  %将

    else

    i=i+1;

    end

end

plot(merge)



%对画出的图像做FFT观察频谱

ff=20*log10(abs(fft(merge(1:15960))));

%ff2=abs(fft(merge(1:15960)));



plot(ff)

%plot(ff2)

其中，读取波形数值部分可以用MATLAB自带的导入工具：

绘图结果如下图所示：

 

N个采样点经过FFT变换后得到N个点的以复数形式记录的FFT结果。

假设采样频率为Fs，采样点数为N。那么FFT运算的结果就是N个复数（或N个点），每一个复数就对应着一个频率值以及该频率信号的幅值和相位。

第一个点对应的频率为0Hz（即直流分量），最后一个点N的下一个点对应采样频率Fs。其中任意一个采样点n所代表的信号频率：Fn=(n-1)*Fs/N。

对实验数据进行验证，理论上输出频率为fout=3.9062MHz，根据图可观察后计算，真实输出频率fout=10^6*63/16000=3.9375MHz，考虑到绘图误差，数据在可控范围内，整体实验成功。