FPGA实现DDS波形发生器：5MHz，26位，20分频

DDS波形发生器是一种利用数字技术生成任意波形的设备，尤其在电子测试与测量、通信系统和信号处理领域有着广泛的应用。本设计基于FPGA（Field-Programmable Gate Array），结合数字模拟转换器（DAC）实现了一个DDS（Direct Digital Synthesis）信号发生器，满足了特定的技术要求。 首先，DDS的核心思想是通过高速数字累加器产生相位增量，再将相位转换为幅度，从而得到所需的输出波形。在这个设计中，要求DDS的频率分辨率优于0.1Hz，这意味着每次相位变化的步长必须足够小以达到这一精度。根据要求，可以设置累加器的位宽（n）来满足此条件。通过公式Fc/2^n < 0.1，得出n的值应大于26位，最终选择n = 26位，以确保足够的分辨率。 其次，设计中ROM（Read-Only Memory）的长度和位宽均为8位，ROM用于存储不同相位对应的幅度信息。累加器的高8位作为ROM的地址输入，这样可以产生2^8 = 256个不同的相位，每个相位对应一个8位的幅度值。 输出频率范围要求为10Hz到60kHz，且每周期至少包含50个点。为了满足这个需求，我们需要计算调频系数M，它乘以系统时钟频率Fc除以2^n的结果应大于60kHz。通过一系列数学运算，确定了系统时钟频率Fc为5MHz，同时选择M = 20，确保输出频率的覆盖范围。这样，2^20个累加器周期内，频率变化大于60kHz，且2^20 > 805306.36，保证了频率的可调范围。 在FPGA中实现DDS的核心部件包括累加器和ROM。累加器通常由一个加法器和一个寄存器构成，这里的加法器采用26位输入，19位输入的设计，生成一个26位的和。寄存器则用来存储每次累加后的结果，这里采用的寄存器也是26位的。加法器的代码用IEEE标准的VHDL编写，而ROM的mif（memory initialization file）则可以通过C语言生成，它的内容取决于所要生成的波形。 此外，DDS信号发生器还需要显示频率信息，要求以16进制显示，并在低频时至少保留一位小数。这通常需要额外的硬件或软件支持来完成频率的实时计算和显示。频率控制字可以直接输入，允许用户根据需要动态调整输出信号的频率。 这个基于FPGA的DDS波形发生器设计考虑了频率分辨率、输出频率范围、ROM大小以及频率显示等多个因素，通过精确的参数计算和合理的硬件结构实现了高效且灵活的波形生成能力。