vivado dds+vio波形合成实验_vivado仿真正弦波

实验1的目标是通过vio更改dds生成的正弦波频率，通过ila检验另外还在matlab检查下波形文件是否正确
关于dds和ila，我在之前的博客中已经有详细的论述，这里介绍vio ip

什么是VIO

Vivado中的VIO（Virtual Input/Output） IP核是一种用于调试和测试FPGA设计的IP核。它允许设计者通过使用JTAG接口读取和写入FPGA内部的寄存器，从而检查设计的运行状态并修改其行为。VIO IP核提供了一个简单易用的接口，使得用户可以轻松地与FPGA内部寄存器进行交互.
 通过使用VIO IP核，用户可以实时监视和修改设计中的信号，以便进行调试和验证。此外，VIO IP核还可以与其他IP核和设计组件配合使用，从而帮助设计者更好地理解和调试整个系统。
 主要用作虚拟IO使用；VIO的输出可以控制模块的输入，VIO的输入可以显示模块的输出值。

ip配置

还是先配置dds ip:

 
 
 设置位数为2控制四种频率控制字，得到四种不同频率的正弦波。
 添加ila
 
 

fword和顶层模块

fword_set拥有模拟按键切换频率

`timescale 1ns / 1ps
//simulated key part
module Fword_set(
    input               clk         ,
    input               rst_n       ,
    input  [1:0]        key_PINC    ,
    
    output reg [23:0]   Fword
    );
          
always@(*)
begin
    case(key_PINC)
        0:  Fword <= 'h51eb;     //1Mhz 20971.52 取整20971
        1:  Fword <= 'ha3d7;     //2Mhz 41943.04 取整41943
        2:  Fword <= 'hf5c2;     //3Mhz 62914.56 取整62914
        3:  Fword <= 'h33333;    //10Mhz 209715.2 取整209715
    endcase
end

endmodule

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

module vio_top(input clk,input rstn);
wire [1:0] key_PINC;
wire s_axis_config_tvalid,m_axis_data_tvalid,m_axis_phase_tvalid;
wire [23:0] m_axis_phase_tdata,Fword;
wire [7:0]m_axis_data_tdata;
assign s_axis_config_tvalid=1'b1;
dds_compiler_0 dds_compiler_u (
  .aclk(clk),                                  // input wire aclk
  .s_axis_config_tvalid(s_axis_config_tvalid),  // input wire s_axis_config_tvalid
  .s_axis_config_tdata(Fword),    // input wire [23 : 0] s_axis_config_tdata
  .m_axis_data_tvalid(m_axis_data_tvalid),      // output wire m_axis_data_tvalid
  .m_axis_data_tdata(m_axis_data_tdata),        // output wire [7 : 0] m_axis_data_tdata
  .m_axis_phase_tvalid(m_axis_phase_tvalid),    // output wire m_axis_phase_tvalid
  .m_axis_phase_tdata(m_axis_phase_tdata)      // output wire [23 : 0] m_axis_phase_tdata
);
vio_0 vio_u (
  .clk(clk),                // input wire clk
  .probe_out0(key_PINC)  // output wire [1 : 0] probe_out0
);
ila_0 ila_u (
	.clk(clk), // input wire clk


	.probe0(key_PINC), // input wire [1:0]  probe0  
	.probe1(Fword), // input wire [23:0]  probe1 
	.probe2(m_axis_data_tdata) // input wire [7:0]  probe2
);
Fword_set Fword_u(
  .clk        (clk            ),
  .rst_n      (rstn              ),
  .key_PINC   (key_PINC           ),
  //output
  .Fword      (Fword              )
);
endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

调试

在调试时，我们可以不断修改vio的值来观察到不同的仿真结果，
 key_PINC[1]=0，key_PINC[0]=0的波形，此时一个周期大约25个步长
 
  key_PINC[1]=1，key_PINC[0]=0的波形，此时一个周期大约13步长
 

key_PINC[1]=1，key_PINC[0]=0的波形，此时一个周期大约7步长
 
 上面硬件测试中输出频率为1MHz的正弦波，一个周期大概是25个单位长度；输出频率为2MHz的正弦波，一个周期大概是13个单位长度；而输出频率为3MHz的正弦波，一个周期大概是7个单位长度。根据输出频率之间的倍数关系可以判断其周期的对应关系是正确的

matlab验证

将三种情况的仿真结果分别导出为csv文件到matlab分析
 
matlab代码

csv1_row6 = ila0{:,7}; %iladata_1MHz.csv文件中的第六列数据
csv2_row6 = ila1{:,7}; %iladata_2MHz.csv文件中的第六列数据
csv3_row6 = ila2{:,7}; %iladata_3MHz.csv文件中的第六列数据
fs=50000000;    %设置采样频率为50MHz
N=2048;         %采样点
n=0:N-1;
t=n/fs;
f=n*fs/N;       %频率序列
figure;
subplot(2,1,1);plot(t,csv1_row6);grid on;title('1MHz输出频率对应的正弦波');
y1=abs(fft(csv1_row6,N)); 
subplot(2,1,2);plot(f,y1,'r');grid on;title('1MHz输出频率对应的频谱');
figure;
subplot(2,1,1);plot(t,csv2_row6);grid on;title('2MHz输出频率对应的正弦波');
y2=abs(fft(double(csv2_row6),N)); 
subplot(2,1,2);plot(f,y2,'r');grid on;title('2MHz输出频率对应的频谱');
figure;
subplot(2,1,1);plot(t,csv3_row6);grid on;title('3MHz输出频率对应的正弦波');
y3=abs(fft(double(csv3_row6),N)); 
subplot(2,1,2);plot(f,y3,'r');grid on;title('3MHz输出频率对应的频谱');

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

第一个尖峰位于2Mhz，第二个尖峰位于48Mhz（共轭对称特性）

第一个尖峰位于4Mhz，第二个尖峰位于46Mhz（共轭对称特性）

第一个尖峰位于6Mhz，第二个尖峰位于44Mhz（共轭对称特性）