基于模型的DDS芯片設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　3 設(shè)計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn)

　　選擇在Xilinx 公司的Spartan-3E Starter Kit 開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)。在該開發(fā)板 上，有一片LTC2* D/A 芯片，通過一個(gè)SPI 接口與FPGA 管腳相接，能夠提供4 路獨(dú)立的 模擬量輸出。為了便于對D/A 芯片以及各種控制接口的控制，在實(shí)現(xiàn)過程中使用了一個(gè) PicoBlaze 軟核。

　　PicoBlaze 是一個(gè)緊湊型、資源占用極少、完全嵌入式的8 位精簡指令集 微控制器軟核。我們可以在文本編輯環(huán)境下根據(jù)PicoBlaze 的指令系統(tǒng)編寫自己的控制代 碼，然后保存為.psm 格式的文件，再用Xilinx 的KCPSM3 assembler 對文件進(jìn)行編譯，編 譯通過后自動(dòng)生成一個(gè)儲(chǔ)存用戶程序的ROM（VHDL 文件）。將生成的ROM 文件和KCPSM3 軟 核加載到工程中，并建立上層文件對各輸入、輸出口及中斷進(jìn)行配置，這樣，一個(gè)PicoBlaze 軟核就設(shè)計(jì)成功了。 在PicoBlaze 的控制程序中采用軟件中斷方式控制D/A 芯片以20KHZ 的頻率對數(shù)字量采 樣。在每個(gè)采樣過程中，由PicoBlaze 軟核控制向D/A 芯片發(fā)送32 位控制字，其中有12 位待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量、4 位通道選擇控制字、4 位模式控制字，其余各位為0。在ISE 中對主 時(shí)鐘進(jìn)行軟件分頻，將開發(fā)板上原本50MHZ 的時(shí)鐘降低到100KHZ 之后再接到DDS 產(chǎn)生電路 的輸入時(shí)鐘端口。這樣， 在FWord ＝ ４ 的情況下， DDS 的輸出頻率
輸入時(shí)鐘可以直接接入50MHZ 的晶振，這樣，在同樣頻率控制字的情況下輸出頻率也會(huì)相應(yīng) 提高。這里分頻只是為了配合相對低速的D/A 芯片，以使得輸出波形每個(gè)周期的采樣數(shù)相對 多一些，以便于用示波器進(jìn)行觀察。

　　將生成的比特流代碼下載到目標(biāo)板，板上的開關(guān)信號作為用戶接口控制FWord 的值， 控制不同開關(guān)的關(guān)閉和開啟，模擬不同頻率控制字的情況，得到不同頻率的波形，用示波器 觀察開發(fā)板上J5 連接器的A 通道，得到如圖3 的波形：觀察波形，與由公式計(jì)算出的理論值吻合，證明了本文所介紹的方法的有效性、可行性。在ISE 的設(shè)計(jì)使用摘要窗口中，我們 可以清楚的看到該系統(tǒng)所占用的芯片資源極少，由此可見，如果我們加大ROM 的深度，并且 通過DCM 時(shí)鐘管理提高主時(shí)鐘頻率的話，能夠很容易的實(shí)現(xiàn)更高頻率、更高精度的DDS 芯片。

　　4 結(jié)語

　　該設(shè)計(jì)過程演示了在MATLAB/SIMULINK 環(huán)境下使用Xilinx 公司的System Generator 模塊集對DDS 建模，并在ISE 中進(jìn)行編譯、仿真，最終在開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)DDS 功能芯片的過程。 雖然在ISE 集成環(huán)境中已經(jīng)提供了DDS 的IP 核供編程者使用，但是只能產(chǎn)生正弦或者余弦 波形，在需要產(chǎn)生其它波形（如方波、三角波等）的場合難以發(fā)揮作用，而且根據(jù)DDS 原理 使用軟件編程方法產(chǎn)生其它波形具有一定的復(fù)雜性，容易出錯(cuò)且效率不高。本文介紹的方法 具有數(shù)字頻率合成的普遍性，設(shè)計(jì)者通過修改ROM 中存儲(chǔ)的初始值向量，可以用類似的方法 達(dá)到產(chǎn)生任意波形的目的。這是一種在Xtreme 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)DSP 設(shè)計(jì)的普遍方法，使用這樣 的設(shè)計(jì)流程，可以避免編寫煩瑣的HDL 程序，更可以實(shí)現(xiàn)其它更加復(fù)雜的DSP 算法。該方法 充分發(fā)揮了使用FPGA 實(shí)現(xiàn)DSP 系統(tǒng)所具有的高度并行性、重構(gòu)靈活性以及低性價(jià)比的優(yōu)勢， 在無線基站、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻服務(wù)和醫(yī)療圖象等DSP 領(lǐng)域?qū)⒌玫礁訌V泛的應(yīng)用。

　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)：不僅提出了一種先進(jìn)的基于模型的DDS 芯片的設(shè)計(jì)新方法，而且通過實(shí) 際實(shí)驗(yàn)在硬件開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)了整個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)想，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法的 正確性、可行性。