FPGA任意波形信号发生器

### FPGA 实现任意波形信号发生器

#### 方案概述
为了实现在FPGA上构建任意波形发生器(AWG)，可以采用直接数字合成(DDS)技术。该方法允许通过编程方式生成各种类型的波形，如正弦波、方波、三角波等[^4]。

#### 系统架构描述
AWG的核心组件通常包括一个用于存储预定义波形样本的ROM（Read-Only Memory）、一个负责产生连续地址序列以访问这些样本的计数器或累加器，以及DAC(Digital-to-Analog Converter, 数模转换器)[^5]。对于本项目而言：

- **ROM**: 使用LPM_ROM来保存所需波形的一个完整周期内的离散数值；
- **地址发生器**: 可利用7位二进制计数器作为地址指针，其输出连接到ROM的地址线路上；
- **时钟源与频率控制逻辑**: 地址更新速率决定了最终输出波形的实际频率，因此可以通过调整输入给定计数器的时钟脉冲速度来进行频率调节。

#### 波形数据准备
针对不同种类的目标波形——比如正弦波、方波、三角波和锯齿波——应当预先计算并记录下它们在一个标准周期内各时刻点处的理想幅度值，并将其转化为适合ROM使用的MIF文件格式。这一步骤可以在MATLAB或其他数学工具的帮助下完成。

% MATLAB脚本片段：创建四种基本波形的数据集
Fs = 1024; % 假设采样率为1kHz
t = (0:Fs-1)/Fs;
sine_wave = sin(2*pi*t);
square_wave = square(2*pi*5*t); % 频率设定为5Hz
triangle_wave = sawtooth(2*pi*5*t, 0.5); % 对称三角波
sawtooth_wave = sawtooth(2*pi*5*t);

% 将上述四组向量导出成mif文件...

#### Verilog代码示例
下面给出了一段简单的Verilog HDL程序框架，展示了如何在Quartus II环境中配置LPM_ROM IP核并与之交互，从而实现基础版的多模式DDS AWG功能。

module awg_top (
    input wire clk,
    output reg [9:0] dac_out
);
    
    // 定义内部参数
    parameter ROM_SIZE = 128;

    // 创建地址计数器
    reg [6:0] addr_cnt;
    always @(posedge clk)
        if(addr_cnt == ROM_SIZE - 1)
            addr_cnt <= 0;
        else
            addr_cnt <= addr_cnt + 1'b1;

    // 调用Altera官方提供的LPM_ROM宏模型
    lpm_rom #(
        .lpm_widthad(7),       // 设置地址宽度
        .lpm_width(10),         // 数据总线宽度
        .lpm_file("waveform.mif")// 初始化文件路径
    ) waveform_memory (
        .address(addr_cnt),
        .inclock(clk),
        .outclock(),
        .q(dac_out)
    );

endmodule : awg_top