FPGA产生正弦波方法四分之一周期COE文件.docx
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FPGA产生正弦波方法四分之一周期COE文件
FPGA产生正弦波方法(1/4周期)COE文件
本文主要介绍通过查表法产生正弦波。
涉及利用matlab生成四分之一周期的正弦相位、幅值对应表,生成COE文件的IP核方法,FPGA编程产生数字正弦信号。
正弦信号,是一个模拟信号。
FPGA只能产生数字信号。
因此需要用DA将数字量转化为模拟量。
这里采用modelsim的模拟波形显示,不叙述DA转换相关知识了。
产生正弦信号的方法有很多,这里用的是查找rom的方法,产生正弦信号。
正弦信号,是一个幅值介于-1和1之间周期变化的模拟量,因此只需要将1/4周期的值存进rom里,其波形就可以根据这1/4周期幅值的变化得到。
matlab产生正弦信号的值。
以0.01为步长,从0采集到pi/2,共158个点。
x=linspace(0,pi/2,158);因sin的幅值值是小数,而FPGA不能表示小数,我们把幅值乘以12位二进制后取整实现幅值整数化。
即幅值放大4096倍。
例如幅值为0.3,而0.3*2^12=1228.8,取整为1229。
当然这样表示会有一定误差,但可以根据精度需要调整参数,使误差可接受。
生成ROM。
这里rom用的是ISE的IProm。
将matlab生成的数据存入rom里面,读取rom的值,即可生成正弦信号。
首先是生成rom的初始化文件。
Xilinx的rom的初始化文件的后缀为.coe。
这个特殊文件有固定的格式如下:
文件前面两行的容是固定的。
MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=10;表示下面的数字是10进制数,后面的数据是依次存入rom的值,以逗号分开,最后以一个分号结束。
生成初始化文件的matlab程序如下所示:
fid=fopen('sin_rom.txt','w');
fprintf(fid,'MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=10;\n');
fprintf(fid,'MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR=\n');
fori=0:
1:
pi/2*100
y=sin(i/100);
rom=floor(y*2^12);
ifi==157
fprintf(fid,'%d;',rom);
else
fprintf(fid,'%d,',rom);
end
ifmod(i,10)==0&&i~=0
fprintf(fid,'\n');
end
end
fclose(fid);
matlab生成的文件是.txt文件。
将后缀直接改为.coe即可。
然后复制到ISE分工程目录下。
初始化文件生成后,剩下就是编写verilog代码。
首先建一个工程,然后新建一个IP。
找到rom,打开。
设置按如下设置:
这里是设置位宽,采用的是13位(第一位为符号位,后面12位为数据位)来显示sin的值。
因此这里是设置为13.深度是因为要存158个值,所以这里设置为158.
将刚刚生成的.coe文件载入,生成即可。
接着就是编写verilog代码了。
首次查看用ip生成的rom的例化代码.
sin_romyour_instance_name(
.clka(clka),//inputclka
.addra(addra),//input[7:
0]addra
.douta(douta)//output[12:
0]douta
);
从上面的程序可看出,只需要给时钟信号,和输入地址,就可以了。
输出的就是正弦的数字信号了。
分析正弦信号,前1/4个周期,地址从0自加,一直加到157(1/4个周期的点数)。
然后再自减,减到0。
然后进入到负半周,负数的表示是以二进制的补码来表示的,即绝对值数的二进制取反在加1。
编写地址自加自减的代码,然后再根据地址的值,判断输出值的正负,如为负数,则取反加1后再输出。
代码,如下所示:
modulesin_top(
inputclk,//输入时钟信号
input[9:
0]address,//输入地址信号
outputreg[12:
0]data_out//输出sin的数字值
);
reg[7:
0]add;
wire[12:
0]douta;
//以下是判断地址的值
always*
begin
if(address<=157)
add=address;
elseif(address<=314)
add=10'd314-address;
elseif(address<=471)
add=address-10'd314;
elseif(address<=628)
add=10'd628-address;
else
add=0;
end
//例化之前生成的sin_rom
sin_romu1_sin_rom(
.clka(clk),//inputclka
.addra(add),//input[7:
0]addra
.douta(douta)//output[12:
0]douta
);
//判断输出值是正数还是负数。
always*begin
if(address<=314)
data_out=douta;
elseif(address<=628)
data_out=~douta+1'b1;
else
data_out=0;
end
endmodule
程序写好了,剩下就是要仿真了。
仿真的testbench,只需要输入时钟和地址信号就可以了。
地址信号一直加一,直到不小于628,刚好一个周期结束。
就返回0值,在继续自加。
测试代码如下所示:
modulesin_top_test;
//Inputs
regclk;
reg[9:
0]address;
//Outputs
wire[12:
0]data_out;
//InstantiatetheUnitUnderTest(UUT)
sin_topuut(
.clk(clk),
.address(address),
.data_out(data_out)
);
always#5clk=~clk;
initialbegin
//InitializeInputs
clk=0;
address=0;
//Wait100nsforglobalresettofinish
while
(1)
begin
(negedge(clk));
if(address<628)
address=address+1;
else
address=0;
end
end
endmodule
至此FPGA产生正弦波程序结束。
这样产生的正弦波,方法比较简单,但是不能调节,调节的话,就要重新生成rom的值。
而且还伴随着有误差。
可以通过增大位数,和减小采样间隔时间来减小误差。
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