xilinx Spartan 6 DFT 设计笔记

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1、xilinxSpartan6DFT设计笔记系统工作环境：芯片为：xilinxSpartan6软件：ise12.2目标：对采集到的时间序列做DFT或者FFT作者：calm_yiQQ：429665786刚开始学习FPGA，很多东西都没有成型，而且是自学的，没有老师，交流甚少！期待你的意见与交流！如果有经验的大神发现我的设计中有致命的错误，请告诉我，感激不尽！（包括语言风格、设计风格、还有思想、整体的架构）^_^一、设计说明最初的思路是对采集的数据做FFT，因为FFT快，存储空间小啊，而且xilinxISE中自带了FFT的IP核，自己调用就行了，当时感觉挺美的，但是在设计中过程

2、中发现FFT的致命伤，至少是对我来说，因为FFT是基于基2算法的，只能对序列长度为2的幂的序列做变换，如只能对长度为2、4、16、……1024序列进行FFT变换，但是设计中不能保证序列长度就是2的幂啊！！！尴尬！！！！！为什么这么说呢，举个例子，要对一个3Hz的方波做FFT，采样率为15Hz，那么你采集6秒钟，也就是采集了90个点吧！这时你会尴尬的发现他不是2的幂啊，那么怎么解决这个问题呢！第一:为什么不采集128个点啊，非要采集90个点呢，这个问题我也想过，为什么不啊，原因：在采集中，要对信号进行整周期采样，否则会发生频谱泄露，比如采集了2.5周期的信号，频谱就会泄露了

3、，有matlab做的实验结果为证。采样的对象：x=3*sin(2*pi*t)非整周期采样整周期采样第二：对信号进行整周期采样，比如还是3Hz的方波，采集90个点，这时，对其做128个点的DFT，90个点怎么做呢，补零。（90个点+38个零），但是因为对序列进行了补零的操作，频谱结构是不会发生变化的，但是能量会损失。也就是说计算出来的频率对应的幅值是不对的，有一定的衰减。有matlab实验结果为证。补零的结果没有补零的结果鱼与熊掌，整周与补零，两者不可兼得啊！！！！！！补零、整周、补零、整周、补零、整周、补零、整周、补零、整周、补零、整周、哎，放弃！！！！！！！！在没有办法

4、好偷懒的情况下，把目光转向了DFT，查看了xilinxDFT的IP核，发现其只能最高对18位的数据进行DFT的计算，而我们的AD为24位，在对精度要求苛刻的设计中，不可行啊，pass！！！！毛主席说：自力更生！！！！！！自己写吧！二、DFT的理论基础IDFT的公式：NN/2/2xi[]Re[]cos(2XkkiN/)Im[]sin(2XkkiN/)01kNkk00其中：Re[]XkRe[]XkN/2Im[]XkIm[]XkN/2DFT为：NN11Xk[]xi()cos(2kiN/)jxi()sin(2kiN/)01nNii

5、00其中：N1Re[]Xkxi()cos(2kiN/)i0N1Im[]Xkxi()sin(2kiN/)i0设计的关键在于一个乘法器，和怎么计算sin（）的值，还有一个存储数据的ram。对于理论知识的介绍就不多进行了，设计中最多做1000个点的DFT，而且对时间的要求比较宽松，所以没有对DFT的算法进行改进。三、设计的框图如下：AD_data[11:0]乘法器1cos(2kiN/)实部输出累加器AD_data[23:12]乘法器2左移12kiNcos(2/)相位输入RAMDDSkiNsin(2/)乘法器3左移12AD_data[23:12]虚

6、部输出累加器sin(2kiN/)乘法器4AD_data[11:0]、图3.1总体的说明：1、RAM为一个双口的，一端为AD的数据输入，另一端如上图，给了乘法器做运算。2、乘法器用了四个，spartan6的最大可以乘法位数为18位，而AD的数据位24的，无奈之下只能用两个乘法器，把24位的数据拆成2个12位的数据然后做乘法，最后再组合到一起！3、DDS模块，输入sin的相位值，直接输出对应的幅值。各个IP核的测试：DDS：DDS的测试目的：在相位值输入后，需要多少个转换的时钟周期。图3.2图3.3图3.4在做测试的时候发现，DDS的输出延时是可以设置的，如图3.3.为了开

7、足马力，把延时周期设为：1图3.4的仿真也是针对延时为1的情况做的。乘法器测试：乘法器是spartan6自带的硬核，DSP48A测试的目的：12bit*16bit的乘法需要的时钟周期。图3.4图3.5图中：P=c+b*a,速度上没话说。只用了4个周期就完成了一次乘加运算！但后来测试时发现只要2个周期！Ram：测试目的：测试数据的输出延时，即取数据的操作周期。在测试中，对ram中地址为0、1、2、3的内存加入0、1、2、3的数据。然后再读出。Addra:为输入地址Dina：为写入的数据Addrb：为读数据的地址Doubt：为读去