文档介绍：《FPGA原理及应用》结课论文
题目基于VHDL的2FSK的信号发生器
专业名称
通信工程
班级学号
学生姓名
提交时间
2012年12月13日
设计题目:基于VHDL的2FSK的信号发生器
一、设计实验条件
Quartus II开发环境
二、设计目标
通过练习,能够较为熟练的运用Quartus II软件,同时对VHDL语言掌握更加熟悉;
基于Quartus II开发环境,利用VHDL硬件描述语言,自上而下地逐层完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证,直到生成器件2FSK信号发生器;
三、设计报告的内容
前言(绪论)(设计的目的、意义等)
设计主体(原理、步骤、程序或原理图、结果等)
对仿真结果进行分析
参考资料
在通信领域中,为了传送信息,一般都将原始的信号进行某种变换变成适合于通信传输的信号形式。在数字通信系统中,一般将原始信号(图像、声音等)经过量化编码变成二进制码流,称为基带信号。
但数字基带信号一般不适合于直接传输。例如,通过公共电话网络传输数字信号时,由于电话网络的带宽为4 kHz以下,因此数字信号不能直接在其上传输。此时可将数字信号进行调制,2FSK即为一种常用的数字调制方式。2FSK,即二进制频移键控方法简单,易于实现,解调不需恢复本地载波,支持异步传输,抗噪声和抗衰落性能也较强。因此2FSK调制技术在通信行业得到了广泛的应用,并且主要适用于低、中速数据传输。
由于微电子技术的迅猛发展,使得VHDL的性能指标,例如规模、功能、时间等性能也越来越好。VHDL在数字系统设计中占据了越来越重要的位置。而随着器件的发展,开发环境也进一步得到优化。VHDL程序的设计可用Altera公司的Quartus II软件开发系统来实现,它为用户提供了良好的开发环境,包含有丰富的库资源,很容易实现各种电路设计,它支持多种输入方式,并有极强的仿真系统。故利用FPGA 这一新的技术手段来研究数字调制技术有重要的现实意义。设计采用FPGA现场可编程技术, 运用自顶向下的设计思想设计2FSK信号发生器。避免了硬件电路的焊接与调试, 而且由于FPGA 的I/ O 端口丰富, 内部逻辑可随意更改, 使得2FSK信号发生器的实现较为方便。
1、2FSK信号产生原理
数字频率调制又称频移键控(FSK),二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息,即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“1”对应于载频,而符号“0”对应于载频(与不同的另一载频)的已调波形,而且与之间的改变是瞬间完成的。2FSK调制的波形如图1示。
从原理上讲,数字调频可用模拟调频法来实现,也可用键控法来实现。模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频,是频移键控通信方式早期采用的实现方法。2FSK键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现,故应用广泛。2FSK信号的产生方法如图1所示。图中为代表信息的二进制矩形脉冲序列,即使2FSK信号。
s(t)
模拟
调频器
s(t) 0 1 0 0 1 0
图1 2FSK产生方法
2、设计原理及原理图
由于FSK为模拟信号,而FPGA只能产生数字信号,因此需对正弦信号采样并经模数变换来得到所需的FSK信号。本例由FPGA产生正弦信号的采样值。FSK信号发生器框图如图2所示,整个系统共分为分频器、m序列产生器、跳变检测、2:1数据选择器、正弦波信号产生器和DAC数模变换器等6部分,其中前5部分由FPGA器件完成。
图2 2FSK调制信号发生器框图
(1).分频器
kHz, kHz两个正弦信号。对正弦信号每周期取100个采样点,因此要求能产生3个时钟信号: kHz(数据速率)、120 kHz( kHz正弦信号的输入时钟)和240 kHz( kHz正弦信号的输入时钟
)。基准时钟由一个12 MHz的晶振提供。设计中要求一个50分频(产生240 kHz信号),再2分频(产生120 kHz信号)和100分频( kHz信号),共有三个分频值。
(2).m序列产生器
m序列是伪随机序列的一种,它的显著特点是:随机特性,预先可确定性,循环特性。正因为这些特性,使得m序列产生器在通信领域得到了广泛的应用。
这里用一种带有两个反馈抽头的3级反馈移位寄存器,得到一串“1110010”循环序列,并采取措施防止进入全“0”状态。通过更换时钟频率可以方便地改变输入码元的速率。m序列产生器的电路结构如图3所示。
图3 m序列产生器
m序