3 设计的硬件实现

　　选择在Xilinx 公司的Spartan-3E Starter Kit 开发板上实现整个设计。在该开发板 上，有一片LTC2* D/A 芯片，通过一个SPI 接口与FPGA 管脚相接，能够提供4 路独立的 模拟量输出。为了便于对D/A 芯片以及各种控制接口的控制，在实现过程中使用了一个 PicoBlaze 软核。

　　PicoBlaze 是一个紧凑型、资源占用极少、完全嵌入式的8 位精简指令集 微控制器软核。我们可以在文本编辑环境下根据PicoBlaze 的指令系统编写自己的控制代 码，然后保存为.psm 格式的文件，再用Xilinx 的KCPSM3 assembler 对文件进行编译，编 译通过后自动生成一个储存用户程序的ROM（VHDL 文件）。将生成的ROM 文件和KCPSM3 软 核加载到工程中，并建立上层文件对各输入、输出口及中断进行配置，这样，一个PicoBlaze 软核就设计成功了。 在PicoBlaze 的控制程序中采用软件中断方式控制D/A 芯片以20KHZ 的频率对数字量采 样。在每个采样过程中，由PicoBlaze 软核控制向D/A 芯片发送32 位控制字，其中有12 位待转换的数字量、4 位通道选择控制字、4 位模式控制字，其余各位为0。在ISE 中对主 时钟进行软件分频，将开发板上原本50MHZ 的时钟降低到100KHZ 之后再接到DDS 产生电路 的输入时钟端口。这样， 在FWord ＝ ４ 的情况下， DDS 的输出频率
输入时钟可以直接接入50MHZ 的晶振，这样，在同样频率控制字的情况下输出频率也会相应 提高。这里分频只是为了配合相对低速的D/A 芯片，以使得输出波形每个周期的采样数相对 多一些，以便于用示波器进行观察。

　　将生成的比特流代码下载到目标板，板上的开关信号作为用户接口控制FWord 的值， 控制不同开关的关闭和开启，模拟不同频率控制字的情况，得到不同频率的波形，用示波器 观察开发板上J5 连接器的A 通道，得到如图3 的波形：观察波形，与由公式计算出的理论值吻合，证明了本文所介绍的方法的有效性、可行性。在ISE 的设计使用摘要窗口中，我们 可以清楚的看到该系统所占用的芯片资源极少，由此可见，如果我们加大ROM 的深度，并且 通过DCM 时钟管理提高主时钟频率的话，能够很容易的实现更高频率、更高精度的DDS 芯片。

　　4 结语

　　该设计过程演示了在MATLAB/SIMULINK 环境下使用Xilinx 公司的System Generator 模块集对DDS 建模，并在ISE 中进行编译、仿真，最终在开发板上实现DDS 功能芯片的过程。 虽然在ISE 集成环境中已经提供了DDS 的IP 核供编程者使用，但是只能产生正弦或者余弦 波形，在需要产生其它波形（如方波、三角波等）的场合难以发挥作用，而且根据DDS 原理 使用软件编程方法产生其它波形具有一定的复杂性，容易出错且效率不高。本文介绍的方法 具有数字频率合成的普遍性，设计者通过修改ROM 中存储的初始值向量，可以用类似的方法 达到产生任意波形的目的。这是一种在Xtreme 系统中实现DSP 设计的普遍方法，使用这样 的设计流程，可以避免编写烦琐的HDL 程序，更可以实现其它更加复杂的DSP 算法。该方法 充分发挥了使用FPGA 实现DSP 系统所具有的高度并行性、重构灵活性以及低性价比的优势， 在无线基站、复杂网络系统、视频服务和医疗图象等DSP 领域将得到更加广泛的应用。

　　本文的创新点：不仅提出了一种先进的基于模型的DDS 芯片的设计新方法，而且通过实 际实验在硬件开发板上实现了整个设计构想，实验结果符合设计要求，验证了该设计方法的 正确性、可行性。