FPGA实验6：计数器、ROM和DDS

• 设计直接数字频率合成（DDS）
  要求：
  –用计数器生成地址、读取ROM数据
  –理解二进制补码和无符号数
  –修改计数增量值，观察波形变化，思考输出频率
  和计数器增量值的关系。

原参考设计：
1、 例化的子模块代码

// 带计数增量输入的计数器  //module cnt_incr(  CLK   ,   // clock  INCR  ,   // counter increase value   CNTVAL);  // counter valueinput CLK;input  [7-1:0] INCR;output [7-1:0] CNTVAL;reg [7-1:0] CNTVAL;always @ (posedge CLK) begin  CNTVAL <= INCR + CNTVAL;endendmodule  //生成正弦波表的rom【代码太长，此处略去150行】 //

2、原理图

3、RTL图

计数器模块内部电路结构：

【思考】：如果加法器溢出了，输出结果会怎样？
【答】：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。

ROM内部电路结构：

4、不同的计数增量值对应的波形

（1）计数增量为1时，正弦波频率约0.39 MHZ

（2）计数增量为2时，正弦波频率约0.78 MHZ

（3）计数增量为4时，正弦波频率1.5625 MHZ

【问题一】拨动开关，观察不同频率的正弦波， 电路的工作时钟是50MHz
（1） 请回答，你能得到的正弦波频率和计数器增量值的对应关系是什么？
（2）请回答，你能得到的最低频率的正弦波是多少？设该频率为f1
（3）请思考，能否有什么方法能够得到比f1频率还低的正弦波
【答】：
（1）正弦波频率和计数器增量值成 线性关系。
（2）正弦波的最低频率f1约0.39 MHZ。
（3）增加计数器增量或减小计数器数据位宽。

【问题二】输出信号频率 和 电路工作时钟频率，计数器增量值，以及计数器数据位宽之间的表达式关系？
【答】：

学生实验：

• 设计直接数字频率合成（DDS）
  要求：
  –把计数增量输入信号分配到10个拨码开关上
  –把计数值信号的高7位分配为ROM的地址，低3位悬空不使用。
  –编译、下载电路，拨动拨码开关，观察最低频率有什么变化。

1、 例化的子模块代码

// 带计数增量输入的计数器  //module cnt_incr(  CLK   ,   // clock  INCR  ,   // counter increase value   CNTVAL);  // counter valueinput CLK;input  [10-1:0] INCR;output [10-1:0] CNTVAL;reg [10-1:0] CNTVAL;always @ (posedge CLK) begin  CNTVAL <= INCR + CNTVAL;endendmodule //生成正弦波表的rom【代码太长，此处略去150行】 //

2、原理图

3、不同的计数增量值对应的波形

（1）计数增量为1时，正弦波频率约0.0488 MHZ

（2）计数增量为2时，正弦波频率约0.0976 MHZ

（3）计数增量为4时，正弦波频率约0.1953 MHZ