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一、為啥要說(shuō)任意分頻 也許FPGA中的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是分頻實(shí)驗(yàn)，而不是流水燈，或者LCD1602的"Hello World"顯示，因?yàn)榉诸l的思想在FPGA中極為重要。當(dāng)初安排流水燈，只是為了能讓大家看到效果，來(lái)激發(fā)您的興趣(MCU的學(xué)習(xí)也是如此)。 在大部分的教科書(shū)中，都會(huì)提到如何分頻，包括奇數(shù)分頻，偶數(shù)分頻，小數(shù)分頻等。有些教科書(shū)中也會(huì)講到任意分頻(半分頻，任意分?jǐn)?shù)分頻)原理，用的是相位與的電路，并不能辦到50%的占空比，也不是很靈活。 但沒(méi)有一本教科書(shū)會(huì)講到精準(zhǔn)，淺顯易懂的高精度任意分頻原理(至少Bingo沒(méi)看到過(guò))，同時(shí)也沒(méi)有一種設(shè)計(jì)能用同一個(gè)電路實(shí)現(xiàn)任意頻率的控制。Bingo對(duì)于當(dāng)年做的任意波形發(fā)生器時(shí)候的相位累加器原理，從中受到啟發(fā)，總結(jié)出高精度任意頻率合成的重要思維，在此貢獻(xiàn)給大家，希望對(duì)大家有用。 二、任意分頻原理以及性能 1. DDS相位累加器 (1)DDS合成流程 首先講訴DSS(直接頻率合成法)的原理。 DDS是重要的頻率合成方法，在波形發(fā)生器中有極其重要的應(yīng)用。DDS主要由以下幾部分組成： a) 相位累加器 b) RAM數(shù)據(jù)讀取 c) D/A轉(zhuǎn)換器 d) 低通濾波器 見(jiàn)如下流程圖：直接頻率合成法的流程圖，有固定模塊，輸入頻率控制器，輸出固定頻率的波形。 此電路最主要模塊是相位累加器，通過(guò)相位累加器循環(huán)計(jì)數(shù)，循環(huán)讀取RAM的數(shù)據(jù)，從而得到固定頻率的波形數(shù)據(jù)。 (2)相位累加器原理 相位累加原理流程如上所示： 輸入頻率控制字，根據(jù)算法，來(lái)實(shí)現(xiàn)相位的變化，分析如下所示： 假定FPGA基準(zhǔn)頻率為50MHz，即基準(zhǔn)頻率： (MHz) 假定計(jì)數(shù)器為32位計(jì)數(shù)器，即 ; K為頻率控制字，則相位輸出的頻率為： (1) 即 (2) 根據(jù)相位累加原理，以及RAM緩存讀取數(shù)據(jù)，每一次 的循環(huán)，RAM數(shù)據(jù)間隔K讀取一次。 當(dāng)K=1的時(shí)候，公式能輸出最小頻率，根據(jù)公式(1): 所以，最小波形頻率步進(jìn)為0.011655Hz。 當(dāng)fo=1Hz的時(shí)候，根據(jù)公式(2) 所以，每Hz的增減，K的步進(jìn)為85.90。 當(dāng)K=N/2的時(shí)候，公式能輸出最大頻率(因?yàn)槊總�(gè)CLK跳變一次)，此時(shí)，根據(jù)公式(1)，得到 ： 因此，根據(jù)頻率控制字K的變化，能輸出及固定頻率的波形。 2. 任意頻率分頻原理 在FPGA中某些應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)頻率要求比較高的情況下，用相位累加器原理來(lái)生成固定頻率的方法，未嘗不可。 我們規(guī)定，對(duì)Cnt進(jìn)行對(duì)半50%拆分，具體如下： (1)當(dāng) 的時(shí)候， ，即低電平; (2)當(dāng) 的時(shí)候，fo=1，即高電平。 同上： 在FPGA中應(yīng)用，Verilog代碼如下所示： /*************************************************** * Module Name : clk_generator * Engineer : Crazy Bingo * Target Device : EP2C8Q208C8 * Tool versions : Quartus II 9.1SP1 * Create Date : 2011-6-25 * Revision : v1.0 * Description : **************************************************/ /************************************************* fc = 50MHz 50*10^6 fo = fc*K/(2^32) K = fo*(2^32)/fc = fo*(2^32)/(50*10^6) **************************************************/ module clk_generator # ( parameter FREQ_WORD = 32'd8590 //1KHz ) ( input clk, //50MHz input rst_n, //clock reset output reg clk_out ); //-------------------------------------- reg [31:0] max_value; always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) max_value <= 1'b0; else max_value <= max_value + FREQ_WORD; end //-------------------------------------- always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) clk_out <= 1'b0; else begin if(max_value < 32'h7FFF_FFFF) clk_out <= 1'b0; else clk_out <= 1'b1; end end endmodule 本代碼由Bingo從DDS相位累加器中，相應(yīng)移植總結(jié)出來(lái)的任意頻率分頻原理，本模塊應(yīng)用在多個(gè)對(duì)頻率精準(zhǔn)度要求比較高的工程中(如UART中，要得到115200Hz的bps，用這種任意分頻的原理來(lái)得到精準(zhǔn)的方法，一定程度上能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率)。 在DDS中的相位累加器的任意分頻原理，在一般工程中同樣可以應(yīng)用。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，還是值得考慮的。本應(yīng)用純屬Bingo個(gè)人主觀(guān)應(yīng)用，如有異議，請(qǐng)聯(lián)系本人。 |
