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FPGA利用cordix产生三角函数图形

已有 4015 次阅读| 2013-12-28 23:14 |个人分类:学习心得

     之前,利用cordix原理,用FPGA来实现计算三角函数的值。突发奇想,既然能计算每个三角函数的值,那就可以让输入的值,不断的自增,那输出的结果不就是三角函数的图像了。

想到了,就开始写程序实现了。其实只要编写测试文件,让输入的值,一直加一就可以了。但是利用迭加的原理,输入的角度范围,为-90°到90°。

以下是写好的测试代码的核心部分:

always #5 clk = ~clk;

    reg [7:0] i;

         initial begin

                   // Initialize Inputs

                   clk = 0;

                   phi = 0;

           while(1)

            begin

             for(i=0;i<=84;i=i+1)

                     begin

                            @(negedge clk)

                               phi = (phi + (1<<8));

                     end

             for(i=84;i>=10;i=i-1)

                     begin

                            @(negedge clk)

                               phi = (phi - (1<<8));

                     end 

            end

     end

 利用modelsim仿真。因为modelsin可以将数据改成模拟数据显示。

     

从仿真图中,可看出,输出的波形的样子很像是三角函数的波形。但是发现,中间会莫名奇妙出现一些很大的负值。这当然就不对了,就说明写的程序有问题。

发现问题了,然后就要去找问题,看问题是出在什么地方了:

ISE的自带仿真ISIM观察波形:

从输出cossin的值第一次变成负数分析:

从图中,可看出,当输入角度大于2201686°)输出的值就开始不正确了,而且输出的是负值。开始研究输入的值为86的中间迭代过程的值。

首先,从图中可看出,

     X0 = 39797       y0 = 0          z0 = 22013

     X1 = 39797       y1 = 39797      z1 = 10496

     X2 = 19899       y2 = 59695      z2 = 3697

     X3 = 4975        y3 = 64669      z3 = 103

     X4 = -3107       y4= 65291       z4 = -1722

     X5 = 623         y5 = -58832     z5 = -805

     就从这几个数据,就感觉从第五次迭代就有问题了。怎么会出现这么大的负值了。

开始计算每个值

 按照伪代码

 z>0  x[i+1] = x[i] - y[i]*2^(-i)                 

        y[i+1] = y[i] + x[i]*2^(-i)

 否则   x[i+1] = x[i] + y[i]*2^(-i)                 

        y[i+1] = y[i] - x[i]*2^(-i)

 这里就不计算z的值了。但是要考虑Z的符号,从图中,看出,当z大于3后,就小于0了。因此迭代第5次的时候,xy的运算要变号了。

首先 x[0] = 39797   y[0] = 0

迭代第一次  x[1] = x[0]–y[0]   = 39797  

            y[1] = y[0] + x[0]   = 39797 正确

迭代第二次  x[2] = x[1]- y[1]/2 = 19899  

           y[2] = y[1] + x[0]/2 = 59695 正确

迭代第三次  x[3] = x[2]- y[2]/4 = 4976   

           y[3] = y[2] + x[2]/4 = 64669 正确

迭代第四次  x[4] = x[3]- y[3]/8 =-3107   

           y[4] = y[3] + x[3]/8 = 65291 正确

迭代第五次  x[5] = x[4]+ y[4]/16= 973   

           y[5] = y[4]-x[4]/16  = 65097

从分析迭代第五次结果,就发现,计算出来的值和仿真出来的值不一样。图中,x[5]的值为623,不等于计算出来的973。但是突然发现到,623 = 59695/16-3107 也就是x[5]=x[4] + y[2]/16;发现这个后,马上返回程序查看。

if(z[4][N_Z-1])  

   begin

     x[5] = x[4] + {{4{y[4][W-1]}},y[2][W-1:4]};

     y[5] = y[4] - {{4{x[4][W-1]}},x[2][W-1:4]};

     z[5] = z[4] + 16'd916;  //3.58° = 0_0000011_10010100 = 916

   end

     这下,发现错误了。程序中的y[4]写成y[2]了。。真是,找了半天的错误,竟然发现是当初写程序的时候,没注意,一个下标写错了。哎,今天找这错误,找了一下午。所以,各位,以后写程序的时候,要注意这些细节啊。不然,到时候调试错误的时候,很花精力的。

     改正后,用ISIM仿真看看结果有没有正确

     

     从仿真图中,看出。这下结果正确了。。不容易啊。一个小错误。然后再用modelsim看我们的完美三角波形图。

     

这下,出来的三角函数波形图就完美了。上面余弦,下面是正弦,是不是很酷啊。哈哈

 

         


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