FPGA如何利用查表法得到某角度所对应的正弦值、余弦值_余弦值角度表怎么得出的

1 实现思路

1、MATLAB生成不同角度的正弦值sin.coe文件和余弦值cos.coe文件；
2、将sin.coe和cos.coe文件分别写入ROM核；
3、查表得到角度所对应的正弦值、余弦值。

2 具体实现步骤

2.1 MATLAB生成sin.coe文件和cos.coe文件

close all;
clear all;
clc;
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%           参数定义
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% L=90;               % 采样点数
Quantify_bit=16;      % 量化位数

fc=10e6;         % 信号频率
fs=65e6;         % 采样频率
yinzi=100;       % 缩减因子，避免出现  D 必须为小于 flintmax 的非负整数。



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%              产生信号
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theta=0:1:360;  % 度
L=length(theta);          % 采样点数
y=cosd(theta);

% y=st/max(abs(st));               % 归一化
% y=st/yinzi;                      
yt=round(y*(2^(Quantify_bit-1)-1));     % 12bit量化





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%            MATLAB生成coe文件
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% 在.coe文件中
% 第一行为定义数据格式, 2代表 ROM 的数据格式为二进制。
% 从第 3 行开始到第最后一行，是这个  L（数据长度为1024）* ADC_bit（16bit） 大小 ROM 的初始化数据。
% 第一行到倒数第二行的数字后面用逗号，最后一行数字结束用分号。
fid=fopen('cos.coe','w');  % w表示write
fprintf(fid,'Memory_Initialization_Radix = 2;\r\n'); % 二进制
fprintf(fid,'Memory_Initialization_Vector = \r\n');
for p=1:L
    B_s=dec2bin(yt(p)+(yt(p)<0)*2^Quantify_bit,Quantify_bit);
    for q=1:Quantify_bit  % 12位，依次判断这12位的数值
        if B_s(q)=='1'
            data=1;
        else
            data=0;
        end
        fprintf(fid,'%d',data);
    end
    
    %  下面if语句的目的
    %  每行数字后面用逗号(,)，最后一行数字结束用分号(;)
    if (p<L)
        fprintf(fid,',\r\n'); 
    else
        fprintf(fid,';\r\n');    % 分号(;)  结束标志位
    end
   
end
fclose(fid);


figure(1);
plot(theta,y);hold on;


figure(2);
plot(theta,yt);hold on;

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%            信号幅度估计
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ST_FFT=fftshift(fft(y));    % 傅里叶变换
P_ST=abs(ST_FFT)/L;          % 幅度谱
u_st=max(P_ST);              % 得到波束1接收到的信号的幅度值
fprintf('u_st信号的幅度值为%g\n',u_st);

Y_FFT=fft(y,L);     % 傅里叶变换
P_Y=abs(Y_FFT)/L;   % 幅度谱
u_y=max(P_Y);       % 得到波束1接收到的信号的幅度值
fprintf('u_y信号的幅度值为%g\n',u_y);

YT_FFT=fft(yt,L);   % 傅里叶变换
P_YT=abs(YT_FFT)/L; % 幅度谱
u_yt=max(P_YT);     % 得到波束1接收到的信号的幅度值
fprintf('u_yt信号的幅度值为%g\n',u_yt);

AM=u_yt*yinzi/u_st;       % 扩大了2^11次方倍

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2.2 将sin.coe和cos.coe文件分别写入ROM核

添加Block Memory Generator，并进行ROM IP核配置

port A width表示位宽，选择的是16位；
port A depth表示数据的个数，0度到360度，一度步进，所以有361个数据。

2.3添加ILA

2.4 新建源文件top，编写源文件

`timescale 1ns / 1ps


module top(
    input sys_clk,  //50MHz时钟
    input rst_n     //复位，低电平有效
    );



/*
    函数功能：
    产生余弦值 
*/   
wire [15:0] cos_value; //ROM读出数据  每个数据有12bit
reg  [8:0]  cos_addr; //ROM输入地址 361个数据，需要2^9个地址
   
//产生ROM地址读取数据
always @ (posedge sys_clk or negedge rst_n)
begin
    if(!rst_n)
        cos_addr <= 10'd0;
    else
        cos_addr <= cos_addr+1'b1;
end
//实例化ROM
rom_cos rom_cos_inst
(
    .clka  (sys_clk ),   //inoput clka
    .addra (cos_addr ),  // input wire [8 : 0] addra 361个数据，需要2^9个地址
    .douta (cos_value )  // output wire [15 : 0] douta  
);


/*
    函数功能：
    产生正弦值 
*/   
wire [15:0] sin_value; //ROM读出数据  每个数据有12bit
reg  [8:0]  sin_addr; //ROM输入地址  1024个数据，需要2^10个地址
   
//产生ROM地址读取数据
always @ (posedge sys_clk or negedge rst_n)
begin
    if(!rst_n)
        sin_addr <= 10'd0;
    else
        sin_addr <= sin_addr+1'b1;
end
//实例化ROM
rom_sin rom_sin_inst
(
    .clka  (sys_clk ),   //inoput clka
    .addra (sin_addr ),  // input wire [8 : 0] addra 361个数据，需要2^9个地址
    .douta (sin_value )  // output wire [15 : 0] douta  
);



/*
    函数功能：
    查表计算某角度的正弦值、余弦值
*/   
wire [15:0] data_value_sin;
wire [15:0] data_value_cos;
wire [8:0]       theta;
assign     theta=9'd300;// 角度


//查表得到余弦值
rom_cos rom_cos_data_inst
(
    .clka  (sys_clk ),   //inoput clka
    .addra (theta ),  // input wire [8 : 0] addra 361个数据，需要2^9个地址
    .douta (data_value_cos )  // output wire [15 : 0] douta  
);
//查表得到正弦值
rom_sin rom_sin_data_inst
(
    .clka  (sys_clk ),   //inoput clka
    .addra (theta ),  // input wire [8 : 0] addra 361个数据，需要2^9个地址
    .douta (data_value_sin )  // output wire [15 : 0] douta  
);



//实例化逻辑分析仪
ila_0 ila_0_inst (
	.clk(sys_clk), // input wire clk


	.probe0(cos_addr ), // input wire [8:0]  probe0  
	.probe1(cos_value), // input wire [15:0]  probe1 
	.probe2(sin_addr ), // input wire [8:0]  probe2 
	.probe3(sin_value), // input wire [15:0]  probe3
    .probe4(data_value_sin), // input wire [`15:0]  probe4
    .probe5(data_value_cos) // input wire [15:0]  probe5
);


endmodule

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2.5 新建约束文件，编写约束文件

############## clock and reset define##################
create_clock -period 20 [get_ports sys_clk]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {sys_clk}]
set_property PACKAGE_PIN U18 [get_ports {sys_clk}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {rst_n}]
set_property PACKAGE_PIN N15 [get_ports {rst_n}]
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3 结果

3.1 结构图

3.2结果分析

1、ila触发条件

2、ila结果

需要注意的是：cos_value和sin_value中，不是曲线的点的值都为0。为什么不是完整的正弦波，目标还不知道为什么，但结果应该是正确的。

3、MATLAB仿真结果
300度的余弦值为16383，正弦值为-28377.（已经量化）。
余弦结果：

正弦结果：

为什么看的是序号为301的值，有一个0度，所以是300度对应的是301。

4、结果表明，实验成功。

4 工程文件

工程文件