2FSK数字信号频带传输系统的设计与建模

课程设计任务书

学生姓名： COBE 专业班级：电信1333班

指导教师：工作单位：信息工程学院

题目:2FSK数字信号频带传输系统的设计与建模

初始条件：

（1）MAX+plus、Quartu s II、ISE等软件；

（2）课程设计辅导书：《通信原理课程设计指导》

（3）先修课程：数字电子技术、模拟电子技术、电子设计EDA、通信原理

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

（1）课程设计时间：；

（2）课程设计题目：2FSK数字信号频带传输系统的设计与建模；

（3）本课程设计统一技术要求：按照要求对题目进行逻辑分析，了解2FSK数字信号的产生方法，画出FSK调制解调的方框图，编写VHDL语言程序，上机调试、仿真，记录实验结果波形，对实验结果进行分析；

（4）课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，并标明参考文献至少5篇；

（5）写出本次课程设计的心得体会（至少500字）。

时间安排：第19周

参考文献：

江国强.EDA技术与应用. 北京：电子工业出版社，2010

John G. Proakis.Digital Communications. 北京：电子工业出版社，2011

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

本科生课程设计成绩评定表

指导教师签字：

年月日

目录

1 设计要求分析 (1)

1.1 题目的意义 (1)

1.2 设计要求 (1)

2 FSK设计的原理与方案 (2)

2.1 FSK的调制 (2)

2.1.1 直接调频法 (2)

2.1.2 频率键控法 (2)

2.1.3 基于FPGA的FSK调制方案 (3)

2.2 FSK的解调 (3)

2.2.1 同步（相干）解调法 (3)

2.2.2 FSK滤波非相干解调法 (4)

2.2.3 基于FPGA的FSK解调方案 (4)

3 FSK设计的程序与仿真 (5)

3.1 FSK基于VHDL语言调制 (5)

3.1.1 FSK调制程序 (5)

3.1.2 FSK调制仿真 (6)

3.2 FSK基于VHDL语言解调 (10)

3.2.1 FSK调制程序 (10)

3.2.2 FSK调制仿真 (11)

4 FSK基于FPGA实物测试 (14)

4.1 FPGA原理图及其引脚分配 (14)

4.1.1 数码管电路介绍 (14)

4.1.2 按键电路介绍 (15)

4.1.3 LED电路介绍 (16)

4.2 FPGA程序 (17)

4.3 FPGA结果演示 (19)

5 课程设计心得 (20)

6 参考文献 (21)

1 设计要求分析

1.1 题目的意义

数字调制技术是现代通信的一个重要内容，在数字通信系统中,由于数字信号具有丰富的低频成份，不宜进行无线传输或长距离电缆传输，因而需要将基带信号进行数字调制(Digital Modulation)。数字调制同时也是数字信号频分复用的基本技术。

数字调制与模拟调制都属于正弦波调制，但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制,因而数字调制具有自身的特点,一般说来数字调制技术分为两种类型：一是把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；二是利用数字信号的离散取值去键控载波，从而实现数字调制。后一种方法通常称为键控法。例如可以对载波的振幅、频率及相位进行键控，便可获得振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、相移键控(PSK)等调制方式。

移频键控(FSK)是数字信息传输中使用较早的一种调制形式，它由于其抗干扰及衰落性较好且技术容易实现，因而在集散式工业控制系统中被广泛采用。

以往的键控移频调制解调器采用“定功能集成电路+连线”式设计；集成块多，连线复杂，容易出错，且体积较大，本设计采用Lattice公司的FPGA芯片，有效地缩小了系统的体积，降低了成本，增加了可靠性，同时系统采用VHDL语言进行设计，具有良好的可移植性及产品升级的系统性。

1.2 设计要求

1.了解了FSK信号的基本概念后，利用Quartus II软件中的VHDL语言对2FSK频移键控系统就行调制、解调的程序设计。

2.程序设计运行成功后，在利用VHDL语言对FSK频移键控系统进行调制、解调的波形仿真。

3.最后通过VHDL语言制作出FSK频移键控系统调制、解调的电路图。

2 FSK设计的原理与方案

2.1 FSK的调制

频移键控即FSK（Frequency－Shift Keying）数字信号对载波频率调制，主要通过数字基带信号控制载波信号的频率来来传递数字信息。在二进制情况下，“1”对应于载波频率，“0”对应载波频率，但是它们的振幅和初始相位不变化。FSK 信号产生的两种方法：

2.1.1直接调频法

用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其输出两个不同频率的码元。一般采用的控制方法是：当基带信号为正时（相当于“1”码），改变振荡器谐振回路的参数（电容或者电感数值），使振荡器的振荡频率提高（设为f1）；当基带信号为负时（相当于“0”码），改变振荡器谐振回路的参数（电容或者电感数值），使振荡器的振荡频率降低（设为f2）；从而实现了调频。这种方法产生的调频信号是相位连续的，虽然实现方法简单，但频率稳定度不高，同时频率转换速度不能做得太快，但是其优点是由调频器所产生的FSK信号在相邻码元之间的相位是连续的。

2.1.2频率键控法

频率键控法也称频率选择法。它有两个独立的振荡器，数字基带信号控制转换开关，选择不同频率的高频振荡信号实现FSK调制。

图1 频率健控法原理框图

键控法产生的FSK信号频率稳定度可以做得很高并且没有过渡频率，它的转换速度快，波形好。频率键控法在转换开关发生转换的瞬间，两个高频振荡的输出电压通常不可能相等，于是uFSK（t）信号在基带信息变换时电压会发生跳