基于Quartus2平台实现fsk调制解调

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基于FPGA的FSK调制解调设计

摘要FPGA是现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)的简称。

它具有可编程逻辑器件现场可编程的灵活性，又有门陈列器件功能强、高集成度和高速度的优点，因此已在现代通信系统设计中被越来越广泛的应用。

VHDL语言具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性。

论文着重使用VHDL语言对2FSK的调制与解调进行编程。

在系统仿真中，用MAX+PLUSⅡ作为仿真平台，对2FSK信号进行了调制解调的仿真。

调制方面用的键控法，解调方面用的相干解调进行解调。

基于FPGA的2FSK 调制与解调在MAX+PLUS II上实现，通过VHDL语言的编程，生成调制解调所需要的几个模块，以实现整个2FSK的调制解调系统。

本论文共分四章，第一章主要是介绍了FPGA的原理以及它的应用、发展现状，另外介绍了VHDL语言的特点；第二章较为详细的讲述了FSK 调制和解调的原理，其中包括FSK的多种调制和解调，及功率谱密度的特点。

第三章开始对2FSK调制解调系统的各个单元器件进行设计。

第四章开头介绍了MAX+PLUS II这款软件，接着使用这款软件实现2FSK调制解调算法，其中包括对各个功能模块的算法编程和时序仿真。

本设计的目的不是为了产生一种优于前人算法的算法，而是部分使用前人的算法，在前人算法中加入自己对2FSK调制解调算法的理解，从而产生能用于本设计的非通用算法。

关键词：仿真，2FSK，VHDL，FPGAAbstractFPGA is the abbreviation for Field Programmable Gate Array.It has the flexibility of field programmable to the programmable logic devices,also have strong function, high level of integration and the advantages of high speed,these advantages are same with Gate Array devices.Therefore ,it has been more and more widely used in the modern communication system design.VHDL language has strong ability of circuit described and modeling, it can model and describe digital system in multiple levels,simplified the hardware design task, to improve the design efficiency and reliability.This paper mainly use the language of VHDL on programming modulation and demodulation of 2FSK. In the system simulation,using MAX+PLUSⅡ,to simulate modulation and demodulation of 2FSK. Modulation use keying method, demodulation use coherent demodulation method.Based on 2FSK modulation and demodulation of FPGA realizing on MAX+PLUSⅡ,through the VHDL language programming, producing some blocks of modulation and demodulation,realizing the whole 2FSK modulation and demodulation system.This thesis in chapter 4,The first chapter is mainly introduces he basic principle of FPGA and its application, development situation,also introduces the characteristics of the language of VHDL;the second chapter tells the details of FSK modulation and demodulation basic principle, including various modulation and demodulation method of FSK,and power spectral density characteristics.The third chapter began to design each unit devices of the 2FSK modulation and demodulation.The fourth chapter began to introduce MAX + PLUS II software,using this software to realize the algorithm of 2FSK modulation and demodulation,including programming the algorithm of the function module and timing simulation.The purpose of the design is not to produce an algorithm that better than previous algorithm,but some of the previous algorithm were used,in the previous algorithm to add my 2FSK demodulation of thealgorithm,producing a special algorithms that used on this thesis. Key Words : Simulation; 2FSK; VHDL; FPGA目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 FPGA介绍 (1)1.2 VHDL简介 (2)1.3 论文的目标与内容安排 (3)第二章 FSK调制解调方法 (5)2.1 FSK调制方法 (5)2.1.1 2FSK与MFSK调制 (5)2.2 2FSK调制 (8)2.2.1 模拟调频 (8)2.2.2 键控法 (9)2.3 2FSK解调 (9)2.3.1 相干解调 (9)2.3.2 非相干解调 (10)2.3.3 过零检测 (10)第三章 2FSK调制解调设计 (12)3.1 2FSK调制器设计 (12)3.1.1 功能模块设计 (12)3.1.2 波形的降噪 (14)3.2 2FSK解调器设计 (15)第四章基于max+plusⅡ的2FSK的调制解调算法 (16)4.1 max+plusⅡ软件简介 (16)4.2 2FSK调制解调算法 (16)4.2.1 m序列算法 (16)4.2.2 分频器算法 (18)4.2.3 数据选择器算法 (19)4.2.4 解调器算法 (20)4.2.5 2FSK调制解调完整算法 (22)结束语......................................... 错误！未定义书签。

基于FPGA的FSK调制解调器的设计

x(t )
CLK RST
取样
xi (T )
CLK_1 RST_1
比较电路 F_DIV:U1
F1_1 F2_1
调制波形输出 FSKMDE:U2 电路
CLK_2 F1_2 F2_2 INSIGNAL_2
y (t )
Y_2
Y
时钟电路
RST_2
调制信号生成电路
INSIGNAL
2FSK调制器的RTL图
2FSK调制解调的设计
1 1 1 0 0 0 1 1 0
V2 (t )
定时脉冲
t t
2FSK的包络检波法原理框图
0
0
t
2FSK过零检测法的波形
2FSK调制解调的设计
所谓的2FSK就是有两个载波信号，分别对应基带信号的0、1，对于所谓的2FSK就是有两个载波信号，分别对应基带信号的0、1，对于具体的如何对应，并没有明确地要求，只要保持调制和解调的对应关系一具体的如何对应，并没有明确地要求，只要保持调制和解调的对应关系样便可以实现正确的解调，如下是我设计的 2FSK调制器的实际设计原理框一样便可以实现正确的解调，如下是我设计的2FSK调制器的RTL图。图。
A点
抽样判决
输出
2
t
2FSK包络检波法框图
B点
带通滤波器1
y1 (t )
微分电路
f1
放大限幅电路 B
LBP1
V1 (t )
E F
t
C点
y (t ) A
cos w1t
y2 ( t )
C
2FSK
整流电路
D
t
输出
脉冲形成电路
低通滤波抽样判决
带通滤波器2

以FPGA为核心的数字通信信号2FSK的调制解调技术及其实现方案详解

以FPGA为核心的数字通信信号2FSK的调制解调技
术及其实现方案详解
随着通信理论和计算机技术的发展，现代通信系统中常用的是数字调制技术，数字信号的调制、解调和识别是高科技术的发展趋势。

调制解调技术是现代通信中一项关键的技术，解调效果的好坏更是直接关系着通信系统的性能。

而数字解调技术的关键在于瞬时幅度，瞬时频率和瞬时相位参数的准确估计。

调制的目的是使信号波形适合于在信道中传输，调制可以分为基带调制和载波调制两类。

基带调制直接采用低通信号传递信息，这种技术通常用于铜线、光纤等一些无载波的传输方式。

载波调制也称为频带调制，是将要发送的信息加载到载波上进行传输，即采用带通信号传输信息，通过调制实现信号频谱的搬移。

载波调制也就是通常所说的调制，在现代通信中也主要涉及载波调制技术。

通信信号的调制解调技术已经发展多年，各项技术已经相当成熟，文中主要研究了数字通信信号2FSK的调制解调技术及其实现。

1 2FSK信号的调制及产生。

实验报告基于FPGA的2FSK调制器的实现

一、设计原理1、 2FSK 调制原理2FSK 信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为0f 时代表传0，载频为1f 时代表传1。

显然，2FSK 信号完全可以看成两个分别以0f 和1f 为载频、以n a 和n a 为被传二进制序列的两种2ASK 信号的合成。

2FSK 信号的典型时域波形如图1所示，-A图1 2FSK 信号的典型时域波形其一般时域数学表达式为t nT t g a t nT t g a t S n s n n s n FSK 102cos )(cos )()(ωω⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑∑ （10-1）式中，002f πω=，112f πω=，n a 是n a 的反码，即⎩⎨⎧=PP a n －概率为概率为11⎩⎨⎧=PP a n －概率为概率为1012、用FPGA 实现2FSK 调制器的方案采用键控法实现2FSK ，功能模块设计如图2所示。

图2 用FPGA 实现2FSK 调制器方案通过不同的分频器，产生频率分别为f1和f2的基频。

基带信号为“1”时，频率f1的信号通过；当基带信号为“0”时，频率f2的信号通过。

f1和f2作为正弦表的地址发生器的时钟，正弦表输出正弦波的样点数据，经过D/A 数模转换，得到连续的2FSK 信号。

3、程序设计原理本实验制作一个基于FPGA 的2FSK 调制器，其设计原理图如图2所示。

程序整体由四个子模块构成：正弦波形模块，采用64个点作为一个波形的数据周期，即正弦波的一个周期的波形采样为64个点；100KHz 分频模块，利用FPGA 上50MHz 的晶振分频得到，作为正弦波形的频率f1；400KHz 分频模块，利用FPGA 上50MHz 的晶振分频得到，作为正弦波形信号的频率f2；1Hz 分频模块，利用PGA 上27MHz 的晶振分频得到，作为频率f1或f2的选择信号。

电路图如图3所示：图3 电路原理图二、源程序代码//顶层模块module FSK(clk_50M,clk_27M,reset,sin_out);input clk_50M,clk_27M,reset;output[7:0] sin_out;wire clk_100K,clk_400K,clk,flag;divider1 U1(clk_100K,reset,clk_50M);divider2 U2(clk_400K,reset,clk_50M);select_clk U3(clk,flag,reset,clk_27M,clk_100K,clk_400K); sin U4(clk,reset,sin_out);endmodule//分频器1 f1(100KHz)module divider1(clk_100K,reset,clk_50M);output clk_100K;input reset,clk_50M;reg clk_100K;reg[23:0] cnt;always @(posedge clk_50M)beginif (reset)begincnt<=0; //同步复位clk_100K<=0;endelse if(cnt==249)begincnt<=0;clk_100K<=~clk_100K;endelsecnt<=cnt+1; //计数endendmodule//分屏器2 f2(400kHz)module divider2(clk_400K,reset,clk_50M);output clk_400K;input reset,clk_50M;reg clk_400K;reg[23:0] cnt;always @(posedge clk_50M)beginif (reset)begincnt<=0; //同步复位clk_400K<=0;endelse if(cnt==42)begincnt<=0;clk_400K<=~clk_400K;endelsecnt<=cnt+1; //计数endendmodule//分屏器3 (1Hz,用来选频)module select_clk(clk,flag,reset,clk_27M,clk_100K,clk_400K); input clk_100K,clk_400K,clk_27M,reset;output clk,flag;reg clk,flag;reg[23:0] cnt;always @(posedge clk_27M)beginif (reset)begincnt<=0; //同步复位flag<=0;endelse if(cnt==13499999)begincnt<=0;flag<=~flag;endelsecnt<=cnt+1; //计数case(flag)0:clk<=clk_100K; //用来选择正弦信号的频率1:clk<=clk_400K;endcaseendendmodule//正弦波形模块module sin(clk,reset,sin_out);input clk,reset;output[7:0] sin_out;reg[7:0] sin_out;reg[6:0] num;always@(posedge clk or posedge reset)beginif(reset)sin_out<=0;else if(num==63)num<=0;elsenum<=num+1;case(num)0:sin_out<=255;1:sin_out<=254;2:sin_out<=252;4:sin_out<=245; 5:sin_out<=239; 6:sin_out<=233; 7:sin_out<=225; 8:sin_out<=217; 9:sin_out<=207; 10:sin_out<=197; 11:sin_out<=186; 12:sin_out<=174; 13:sin_out<=162; 14:sin_out<=150; 15:sin_out<=137; 16:sin_out<=124; 17:sin_out<=112; 18:sin_out<=99; 19:sin_out<=87; 20:sin_out<=75; 21:sin_out<=64; 22:sin_out<=53; 24:sin_out<=43; 24:sin_out<=34; 25:sin_out<=26; 26:sin_out<=19; 27:sin_out<=13; 28:sin_out<=8; 29:sin_out<=4; 30:sin_out<=1; 31:sin_out<=0; 32:sin_out<=0; 33:sin_out<=1; 34:sin_out<=4; 35:sin_out<=8; 36:sin_out<=13; 37:sin_out<=19; 38:sin_out<=26; 39:sin_out<=34; 40:sin_out<=43; 41:sin_out<=53; 42:sin_out<=64; 43:sin_out<=75; 44:sin_out<=87; 45:sin_out<=99; 46:sin_out<=112;48:sin_out<=137;49:sin_out<=150;50:sin_out<=162;51:sin_out<=174;52:sin_out<=186;53:sin_out<=197;54:sin_out<=207;55:sin_out<=217;56:sin_out<=225;57:sin_out<=233;58:sin_out<=239;59:sin_out<=245;60:sin_out<=249;61:sin_out<=252;62:sin_out<=254;63:sin_out<=255;default:sin_out<=8'bx;endcaseendendmodule三、仿真结果1、分屏器模块仿真结果如图4所示：图4 分屏器模块仿真结果2、正弦波形模块仿真结果如图5所示：图5 正弦波形模块仿真结果图6 最终波形输出结果图7 modelsim仿真波形图四、实验结果利用DE2上的拓展引脚，接到单片机上的数/模转换芯片DAC0832，再用示波器测试芯片的输出引脚查看波形，结果如图8和图9所示：图8 频率为f1的正弦波形图9 频率为f2的正弦波形图10 混合波形图从以上分析可知，该设计实现了2FSK调制器的功能：基带信号为“1”时，频率f1的信号通过；当基带信号为“0”时，频率f2的信号通过。

2FSK调制解调系统的FPGA设计与实现

第38卷第3期2010年6月浙江工业大学学报J OURNAL OF ZH E J IAN G UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GYVol.38No.3J un.2010收稿日期:2009209215作者简介:应亚萍(1966—),女,浙江东阳人,实验师,硕士研究生,主要从事电子和通信等方向的研究,E 2mail :yyp825@.2FS K 调制解调系统的FP GA 设计与实现应亚萍,许建凤,陈婉君(浙江工业大学之江学院,浙江杭州310024)摘要:FS K (Frequency Shift Keying )———移频键控,或称数字频率调制,是数字通信中使用较早的一种调制方式.数字频率调制的基本原理是利用载波的频率变化来传递数字信息.在数字通信系统中,这种频率变化不是连续而是离散的.详细介绍了基于FP GA 的2FS K 调制解调系统的原理、设计、实现和调试,通过Quart us Ⅱ软件,在FP GA 实验板上设计了一种全数字2FS K 调制解调系统,并调试出结果.根据调试结果做出的优化设计,能够简化传统调制器的设计,缩短系统设计周期.关键词:2FS K;FP GA ;Quart us Ⅱ;HDL 中图分类号:TN914.3 文献标识码:A文章编号:100624303(2010)0320282204Design and implementation of 2FSK modulation 2demodulationsystem based on FPGAYIN G Ya 2ping ,XU Jian 2feng ,C H EN Wang 2jun(Zhijiang College ,Zhejiang University of Technology ,Hangzhou 310024,China )Abstract :FS K —Frequency Shift Keying ,or digital f requency modulation ,is an earlier modulation mode used in digital co mmunication.The basic principle of digital frequency modulation is using t he changes of carrier frequency to t ransmit digital information.In digital communication systems ,t he changes of f requency are not continuous but discrete.The paper int roduces t he principle ,design ,implementatio n ,and debug p rocess of t he 2FS K modulation 2demodulation system based on FP GA in details.U nder t he software of Quart us Ⅱ,a kind of digital 2FS K modulation 2demodulation system is designed o n t he FP GA experiemental board and t he debugged result s are achieved.The debugged result s can be used to optimize t he system design ,simplify t he design of t raditional modulator 2demodulator ,and shorten t he period of system design.K ey w ords :2FS K;FP GA ;Quart us Ⅱ;HDL 随着数字技术日益广泛的应用,以现场可编程门阵列FP GA 为代表的器件得到了广泛的应用,器件的集成度和速度都在高速增长.FP GA 既具有门阵列的高逻辑密度和高可靠性,又具有可编程逻辑器件的用户可编程性.它的可编程特性带来了电路设计的灵活性,在数字电路设计中发挥着越来越重要的作用.在通信系统中,基带数字信号在远距离传输,特别是在有限带宽的高频信道如无线或光纤信道上传输时,必须对数字信号进行载波调制.FS K 就是用数字信号去调制载波的频率,是信息传输中使用较早的一种调制方式.具有抗噪声性能好、传输距离远、误码率低等优点[1].在中低速数据传输中,特别是在衰落信道中传输数据时,有着广泛的应用[2].针对传统用硬件实现FS K 的方法,特别是相干解调需要提取载波,设备相对复杂、成本较高的特点,研究了基于FP GA 芯片的调制解调系统.通过Quart us II 软件平台,采用硬件描述语言,提出了一种2FS K 调制解调系统的设计实现方法,重点研究非相干的过零检测解调算法的实现.1　2FSK 调制解调原理及系统设计1.1　2FSK 调制解调原理2FS K 信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的,被调载波的频率随二进制序列0,1状态而变化,即载频为f 1时代表传0,载频为f 2时代表传1.显然,2FS K 信号完全可以看成两个分别以f 1和f 2为载频,以a n 和a n 为被传二进制序列的两种2AS K 信号的合成.2FS K 信号的产生通常有两种方式:(1)频率选择法;(2)载波调频法.频率选择法是在二进制基带脉冲的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通.实现比较简单,获得了广泛应用.载波调频法是采用模拟调频电路来实现.在这里,采用的是频率选择法.2FS K 信号的常用解调方法可采用非相干检测法和相干检测法,实现比较复杂.此外,2FS K 信号还有其他解调方法,比如鉴频法、过零检测法及差分检波法等.过零检测法的原理框图如图1.图1　2FS K 键控信号的过零检测法解调原理框图Fig.1　The zero assay of 2FSK输入的已调信号经限幅放大后成为矩形脉冲波,再经微分电路得到双向尖脉冲,然后整流得到单向尖脉冲,每个尖脉冲表示信号的一个过零点,尖脉冲的重复频率就是信号频率的2倍.将尖脉冲去触发一个单稳态电路,产生一定宽度的矩形脉冲序列,该序列的平均分量与脉冲重复频率成正比,即与输入频率信号成正比.所以经过低通滤波器输出平均量的变化反映了输入信号的变化,这样就完成了频率—幅度变换,把码元“1”与“0”在幅度上区分开来,恢复出数字基带信号[3].1.2　2FSK 调制解调系统设计2FS K 调制解调系统框图如图2.输入时钟通过分频器1得到载波f 1的时钟,通过分频器2得到载波f 2的时钟,电路中设计两个载波映射表,根据时钟输入频率的不同,将A/D 正弦转换表映射成频率不同的载波f 1和f 2.设计5阶伪随机m 序列模块,用于产生基带信号.通过二选一数据选择器完成载波频率选择,生成2FS K 调制信号.图2　2FS K 调制解调系统图Fig.2　The modulation and demodulation system diagramof 2FSK已调信号经外部DA 转换芯片DAC0832转换为模拟信号,经信道传输,在接收端采用模数转换芯片MX7821采样,得到已调数字信号序列.系统解调电路采用过零检测法,不同的载波对应的零点数不同,过零点数反映了载波变化的不同,也反映了信码的不同.根据过零解调原理,解调模块包括正弦波限幅整形模块、微分整流模块、脉冲展宽模块、低通滤波模块以及抽样判决模块等子模块.为使解调部分的时钟信号与调制部分同步,加入了位同步dpll 模块,控制解调部分的抽样判决时钟.2　2FSK 调制电路的FPGA 实现2.1　m 序列生成在通信系统中,伪噪声序列(即PN 序列)得到了广泛的应用.最常用的PN 序列是最大长度线性码序列,又称为m 序列,是由n 级线性反馈移位寄存器产生的最大周期(2n -1)非零序列,其特点是具有周期性和伪随机性.m 序列是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长的一种二进制序列.线性反馈移位寄存器的一般由移位寄存器,若干模二加法器组成线性反馈逻辑网络和时钟脉冲产生器连接而成.・382・第3期应亚萍,等:2FSK 调制解调系统的FP GA 设计与实现系统选用m 序列的阶数为5,五阶m 序列的本原多项式为g (x )=x 5+x 2+1.序列生成器采用D 触发器和门电路组成,如图3.异或门XOR 为线性反馈电路,门电路OR5和NO T 确保状态全零时系统能自启动.图3　m 序列电路图Fig.3　m sequence diagram2.2　正弦载波信号系统采用f 1和f 2两种不同频率正弦波,两者频率相差一倍.载波f 1和f 2通过查找A/D 映射表产生,每个正弦周期取16点采样.载波映射表由两个模块组成,分别是f1_zb.v 和f2_zb.v ,每个模块又调用下面的两个子模块rom.v 和sin16.mif ,其中rom.v 由Quart us II 开发环境的MegaWizard Plug 2In Manager 工具产生.表数据文件sin16.mif 的产生方法很多,可以在simulink 中的正弦波发生器后接示波器,然后把示波器的数据保存到workspace 中,再将数据填入用Quart us II 建立的mif 文件中.设计采用matlab 编程方法直接生成sin16.mif 文件,程序如下:x =0:1:15;y =ro und (1273sin (23pi 3x/16))+128;A =[x ;y ];fid =fopen (’C :\sin16.mif ’,’w ’);fprintf (fid ,’width =8;\r\n depth =16;\r\n ’);fp rintf (fid ,’address_radix =dec ;\r\n data_radix =dec ;\r\n ’);fp rintf (fid ,’content begin\r\n ’);fp rintf (fid ,’%d :%d ;\r\n ’,A );fp rintf (fid ,’end ;’);fclose (fid );plot (x ,y )plot 命令产生取值量化后的16点正弦波形.2.3　调制电路实现调制电路的实现采用模块化设计,对系统时钟计数分频,分频器div8和div16产生频率相差一倍　的时钟;m5模块产生五阶m 序列;mux 模块检测m5模块输出的跳变,当基带信号m 序列变化时,mux 模块根据m 序列值选择f 1或f 2频率的载波输出,完成基带信号的调制.3　2FSK 解调电路FPGA 实现3.1　解调电路实现解调电路系统接收模拟信号,经A/D 转换芯片mx7821采样得到数字信号;在zx 模块中进行限幅处理,得到方波信号;微分整流模块wf 进行边沿检测;pluse 模块负责脉冲展宽;lpf 模块为低通滤波器,得到待判决基带信号.低通滤波后的信号输入到同步模块中,提取位同步时钟信号,供给判决模块使用.最后,在同步时钟控制下进行判决得到解调后的基带信号.3.2　位同步设计解调系统中,需要对接收码元做位同步,目的是使每个码元得到最佳的解调和判决.设计利用FP 2GA 实现位同步,超前—滞后数字锁相环DPLL 的原理框图如图4所示.图4　位同步原理图Fig.4　Bit synchronization schematic diagram数字锁相环电路主要是由鉴相器、序列滤波器、可控分频器和时钟源组成,完成对输入定时信号提取、数字滤波和定时综合.其中可控分频器模值设计为N +1,N ,N -1三种;序列滤波器受鉴相器的输出控制.鉴相器采用的是微分型导前—滞后型鉴相器.时钟源使用系统时钟.锁相环的算法如图5所示.当提取位同步基准脉冲后,锁相环读取表示位同步脉冲可变模分频器的相位计数值,如果相位差在0～8(可调整,与锁相环参数有关)之间,则加大或减小分频器模值存储器,如果相位差为零,则为同步状态,保持原来的分频器模值大小.经过调整,可以使本地振荡器的相位与从线路码提取的位同步基准脉冲同相.・482・浙江工业大学学报第38卷图5　位同步锁相环算法图Fig.5　Bit synchronization phase 2locked loop algorithm4　2FSK 调制解调系统仿真及硬件配置为了整体观察调制解调过程是否正确,将各调制和解调模块组成电路,完成整个系统的电路设计.系统仿真波形图如图6.信号mo ut 为输出基带m 序列;zx 信号输出为限幅后的矩形脉冲;微分整流信号wf 检测信号的过零点,可以通过wf 信号观察到频率的变化;p ulse 为脉冲展宽信号,输出为一定宽度的矩形脉冲序列,该序列的平均分量与脉冲重复频率成正比,即与输入频率信号成正比;bsyn 为位同步定时;dout1信号为判决输出.通过仿真分析,判决输出dout1与发送基带信号mout 一致,但由于信号处理过程产生了一定的延时.设计好的电路图进行硬件下载,验证设计的正确性.硬件实现采用天箭公司的通信系统实验箱,FP GA 芯片为EP1K30TC14423,A/D 模块为MAXIM 公司的MX7821,D/A 模块为DAC0832.管脚可通过Quart us II 软件的菜单Assignment/Assignment Editor 来配置,芯片配置可通过Quar 2t us II 软件的菜单Tools/Programmer ,在Hardware Set up 中选择ByteBlaster 配置硬件设置,在Mode中选择Passive Serial ,选择待编程文件,进行器件编程下载.通过FP GA 的外围引脚,可以比较mout 和do ut1一致,并将示波器观察结果与图6比较,两者也一致.2FS K 输出符合要求,以及其他一些中间结果是正确的.图6　解调系统仿真图Fig.6　The waveform of modulation and demodulation system simulation5　结　论调制解调系统各模块在实验室内进行了一系列测试,包括载频、低通滤波器通频带以及A/D 采样、微分整流、脉冲展宽、抽样判决,位同步等,并通过已经实用化的数字译码设备对产生的信号进行了实际接收.结果表明,信号精度和可用性完全可以满足要求.该方案不仅体现了FP GA 编程的优越性,又便于修改和扩充其功能,获得需要的信号.具有分辨率高、频率变换快,相位可控等优点,能够较好地实现2FS K 调制,产生2FS K 信号.根据调试结果做出的优化设计,能够简化传统调制解调器的设计,缩短系统设计周期.参考文献:[1]　陈华鸿.频移键控(FSK )及其最新应用[J ].现代计算机,2009(9):36239.[2]　樊昌信.通信原理[M ].北京:国防工业出版社,2001.[3]　梅灿华,张潜.基于FP GA 的键控移频调制解调器的设计与实现[J ].安徽大学学报:自然科学版,2005,29(2):22227.(责任编辑:刘　岩)・582・第3期应亚萍,等:2FSK 调制解调系统的FP GA 设计与实现。

基于FPGA的FSK调制器设计

DDS模块仿真图（k=1600时）
结束语
本论文设计的FSK调制器设计系统能够完成 FSK的调制和解调功能，经实验多次证明能够完成正常稳定的工作，实现了设计目标，能在工程上实际应用。
最后感谢辛勤评审本论文的专家老师，敬请各位老师对本论文存在的不足不吝指教。
基于FPGA的FSK调制器设计
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研究背景概述 FSK调制与解调基本原理 Quartus II软件仿真实现 Modelsim软件仿真实现结束语
研究背景概述
1、研究背景 • 数字通信技术具有十分广阔的发展前景。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，因此在集散式工业控制系统中被广泛采用。 2、国内外研究状况 • FSK调制是经过ITU（国际电信联盟）标准化并广泛应用的一种数字调制技术。在数字信息化的时代中，电脑通信在数据线路（如电话线、光纤等）上的传输，就是使用FSK调制信号进行的。 3、设计主要内容 • 了解FSK信号的基本概念，利用VHDL语言实现对FSK频移键控系统调制与解调程序设计，并得出原理图。 • 程序设计运行成功后，再利用VHDL语言对FSK频移键控系统进行调制与解调的波形仿真。
FSK调制基本原理
clk start
基带信号
FPGA
分频器1
分频器2Βιβλιοθήκη 载波f1 载波f2二选一选通开关
调制信号
• 图1 FSK调制方框图
FSK解调基本原理
FPGA
clk
分频器q
start
计数器m
基带信号
寄存器XX
判决
调制信号
• 图2 FSK解调方框图

基于FPGA的FSK调制解调器设计与实现

基于FPGA的FSK调制解调器设计与实现FSK调制解调器是一种常用的数字通信技术，可用于数据传输、无线通信等领域。

本文将介绍基于FPGA的FSK调制解调器的设计和实现，包括原理介绍、系统设计、硬件实现和性能分析等方面。

一、引言FSK调制解调器是一种数字通信系统，它通过改变载波频率的方式来传输数字信号。

本文基于FPGA实现FSK调制解调器，利用FPGA 的灵活性和可重构性，提供了一种高效、可靠的数字通信解决方案。

二、FSK调制解调原理介绍FSK调制解调器是通过将数字信号映射到两个不同频率的载波上，实现信息传输的。

调制过程中，二进制数据0和1分别对应两个特定频率的载波，解调过程中通过判断输入信号的频率来还原原始数据。

三、系统设计1. FSK调制器在FPGA中设计FSK调制器，需要使用相应的调制算法将数字信号转换为两个不同频率的载波。

可以采用数字频率合成技术合成两个不同频率的信号，并通过逻辑电路实现相应的调制功能。

2. FSK解调器FSK解调器的设计目标是通过输入信号的频率变化来判定数字信号的0和1。

可以采用数字滤波器和频率判决电路实现解调功能，将输入的频率信号转换为相应的数字信号。

四、硬件实现1. FPGA配置基于FPGA的FSK调制解调器的硬件实现，首先需要将相应的调制解调算法和电路设计编写为硬件描述语言如VHDL，并经过综合、布局布线等步骤生成比特流。

2. ADC和DAC为了接收和发送模拟信号，需要使用ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号，并使用DAC（数模转换器）将数字信号转换为模拟信号。

3. 时钟模块与控制模块为了保持系统的同步和稳定性，需要设计时钟模块和控制模块。

时钟模块用于在固定的时间间隔内，对输入信号进行采样和调制；控制模块用于控制时钟、数据流等系统参数，保证系统的正常运行。

五、性能分析1. 调制误差分析通过对比输入信号与调制后的信号的频谱图，可以评估FSK调制器的性能，主要包括频率偏移、频谱扩展等指标。

二进制ASK和FSK调制的FPGA实现

一绪论由于大多数数字基带信号频谱是低通型的，而实际信道多为带通型，数字基带信号通常不能直接在信道中传输，因此需要调制。

调制就是在发信端把数字基带信号的频谱搬移到带通型信道的通带之内，以便信号在信道中传输。

数字调制的基本方式有：振幅键控（ASK）和频移键控（FSK）等。

其二进制的调制方式则为：二进制振幅键控（2ASK）——载波信号的振幅变化；二进制频移键控（2FSK）——载波信号的频率变化。

本实验将利用Quartus II在一个系统中同时实现两种调制。

二设计原理与要求§2.1 设计原理2ASK调制原理：利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。

有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。

调制波形如图2-1（a）所示；2FSK调制原理：利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控两个连续的不同频率的载波，使两载波有选择地输出。

其中一个载波输出时表示发送“1”，另一个载波输出时表示发送“0”。

调制波形如图2-1（b）所示。

（a）（b）图2-1 调制原理波形图（a）2ASK调制原理波形图（b）2FSK调制原理波形图§2.2 设计要求本例将在Quartus II 开发系统中完成二进制ASK与PSK调制的EDA设计。

具体功能为：在调制控制信号START为高电平时，开始对基带信号X进行调制，并分别输出二进制的振幅与频率的调制。

图2-2所示为调制系统的构成框图。

图2-2 二进制ASK与PSK调制的系统框图在系统框图中，有三个输入管脚和两个输出管脚，分别为：（1）输入CLK：系统时钟，本例中采用周期为10ns的时钟信号；START：调制控制信号，当为高电平时开始进行调制，低电平是不调制；X：基带信号，为被调制的低频信号。

（2）输出（调制信号）2ASK：已经调制好的2ASK信号；2FSK：已经调制好的2FSK信号。

三层次化设计及仿真根据上述功能，可以把调制系统划分为2部分：载波生成模块，信号调制模块。

基于FPGA的2FSK调制信号的解调●孟敬

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波的频率变化来传递数字信息( 它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术( bZj是信息传输中使用得较早的一种调制方式'它的主要优点是&实现起来较容易'抗噪声与抗衰减的性能较好'在中低速数据传输中得到了广泛
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基于FPGA的FSK调制解调系统设计与实现

基于FPGA的FSK调制解调系统设计与实现作者：耿家国来源：《科技风》2018年第06期摘要：FPGA技术在电子通信领域得到了越来越广泛的应用，并已逐渐成为电子产品实现的首选方案。

FSK（Frequency Shift Keying二进制移频键控）是数字通信中使用较早的一种调制方式，它用不同频率的载波来传递信号，用数字基带信号来控制载波信号的频率。

论文详细介绍了基于FPGA的FSK调制解调系统的设计和实现，整个设计基于ALTERA公司的QuartusⅡ开发平台，并用Cyclone系列FPGA实现。

经测试，系统能正常工作。

关键词：FPGA ；FSK；调制解调；Quartus IIFPGA不仅具有可编程门阵列的高可靠性，而且具有用户可编程性的特点，这种可编程特性带来了数字电路设计的灵巧性，在数字电路设计中起着非常重要的作用。

FSK是通信传输中使用较早的一种调制方法。

它有抵抗噪声能力好、传输的距离比较远、传输的误码率低等特点。

传统的使用硬件手段实现FSK，特别是在相干解调模块需要对其提取数字载波时，需要的设备比较复杂，而且成本较高，本文通过QuartusII 软件平台，采用VHDL语言，设计并实现了一种FSK调制解调系统。

1 系统整体设计系统整体分为两大部分：FSK调制和FSK解调。

如下图所示。

FSK调制包括分频器模块、M序列发生器模块、选通开关模块。

FSK解调包括微分模块、脉冲展宽模块、低通滤波模块、位同步模块。

2 系统功能实现（1）调制电路由分频器模块、M序列模块、二选一选择器模块组成，选用M序列的阶数为5，采用D触发器和门电路组成，异或门为线性反馈电路，门电路和非门来保证全零时系统可以自动启动。

（2）微分模块使用两个D触发器、一个非门和一个与门来实现对输入宽脉冲信号的微分功能。

（3）脉冲展宽模块采用VHDL语言和电路原理图混合输入设计，其中计数器利用VHDL 硬件描述语言来实现。

（4）数字滤波器采用设计优化好的FIR滤波器的IP核。

数字通信中2FSK调制解调器的设计实现

数字通信中2FSK调制解调器的设计实现吴常昊;肖沙里【摘要】针对数字通信中数字基带信号的调制解调问题,基于Quartus13.1使用硬件描述语言Verilog设计并实现了2 FSK调制解调系统;利用分频器得到不同的载波频率,使用伪随机序列产生基带信号,用键控频移法进行信号的调制,过零检测法实现信号的解调得到基带信号;对系统模块化分层设计并且通过了RTL级仿真验证,将各模块顶层例化连接进行系统验证,信号的调制解调正常且无误码产生,并将此2 FSK调制解调器应用到实际的数字通信系统中,构建了紫外激光通信系统,经多次测试,系统在光束入射角度为π/4,距离50 m处实现了误码率为10-4、通信速率为600 bps的极低速率通信.【期刊名称】《重庆工商大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(035)002【总页数】5页(P67-71)【关键词】数字通信;2FSK调制解调;伪随机序列;过零检测法;紫外激光通信【作者】吴常昊;肖沙里【作者单位】重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】F224数字通信因其在通信过程中没有噪声积累，抗干扰能力强，易加密且方便进行后续处理而成为通信系统中最主要的通信方式之一[1]。

在信号传输之前需对数字信号进行频率、相位或者幅度的载波调制，其中频移键控(FSK)是用不同的频率对数字信号进行载波调制，转换速度快且性能较好，容易实现[2]。

2FSK即二进制频移键控，数字基带信号由二进制数字“1”和“0”组成，通过对两个载波频率f1和f2的选通来传输基带信号，这样的选通机制使其转换迅速、波形稳定。

基于Quartus13.1平台，采用Verilog硬件描述语言，模块化地设计并实现系统的构建，得到了较高性能和适用性的2FSK调制解调器，并构建紫外激光通信系统对2FSK调制解调器进行实际应用及性能测试。

基于Quartus2平台实现fsk调制解调

基于Quartus2平台实现fsk 调制解调摘要:调制解调器是通信系统中的关键设备,其性能的好坏直接关系到整个系统的性能。

本设计的FSK 调制系统具有抗干扰、抗噪声、抗衰减性能较强、技术复杂程度比较低、成本低等诸多优点,可以在中低速数据传输通信系统中应用。

关键词:调制解调fsk Quartus2平台数字调制解调技术是现代通信的一个重要的内容,在数字通信系统中,由于基带数字信号包含了丰富的低频部分,如果要远距离传输,特别是在有限带宽的高频信道无线或光纤信道传输时,必须对数字信号进行载波调制,使基带信号的功率谱搬移到较高的载波频率上,这就称为数字调制(Digital Modulation)。

1 FSK 调制解调的基本原理1.1 FSK 的调制频移键控即FSK(Frequency －Shift Shift Keying)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。

1.1.1 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。

的。

1.1.2 频率键控法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,数字基带调制。

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。

基于FPGA的2 FSK调制信号的解调

基于FPGA的2 FSK调制信号的解调
孟敬
【期刊名称】《中国有线电视》
【年(卷),期】2018(0)11
【摘要】FPGA技术在电子通信和信号处理领域得到了广泛的应用,并已成为通信仪器和设备实现的首选方案.FSK是数字通信中使用较早的一种调制方式,它用不同频率的载波来传递信号,用数字基带信号来控制载波信号的频率.最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频2 FSK.首先对2 FSK信号进行FM解调,再将解调的数据结果进行电平判决和定时同步,得到2 FSK解调数据.本方法可以支持的符号率是30～120 kbps范围内的2 FSK调制信号的解调,支持的频率偏移范围为5～240 kHz.
【总页数】3页(P1273-1275)
【作者】孟敬
【作者单位】天津市德力电子仪器有限公司,天津300392
【正文语种】中文
【中图分类】TN406
【相关文献】
1.基于FPGA的DSTFT算法对FSK信号解调的改进 [J], 郭志阳;孙向阳;陈学英
2.基于FPGA的FSK调制解调系统设计 [J], 杨湲;肖顺文;邹贵祥;易欢;李怡琳
3.基于FPGA的FSK调制解调系统设计与实现 [J], 耿家国
4.基于FPGA的2FSK调制解调器设计与仿真 [J], 李桂枝;黄鸿捷;谢文娣
5.基于ITU建议的模拟调制信号高效解调系统的FPGA实现 [J], 王锋;彭华仁;吕天志
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基于FPGA的FSK调制与解调器设计_李艳丽

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｒｔｉｌｌｅｒｙＡｃａｄｅｍｙ，ＰＬＡ，Ｈｅｆｅｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ）
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｔｙｐｉｃａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆＰＳＤＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＡＲｍｏｄｅｌａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＴｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒＡＲｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒａｌｇｏｒｉｔｈｍａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｖｅｒｙｓｉｍｐｌｅｍ－ｆｉｌｅｓｏｎＭＡＴＬＡＢ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅａｄｖａｎ－ｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｆｒｏｍｔｈｅｐｏｉｎｔｏｆｖｉｅｗｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆｏｒｐｒｏｐｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＰＳＤｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ＡＲｍｏｄｅｌ，ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＭＡＴＬＡＢ
频产生６ｋＨｚ的ＣＯＤＥＲＡＴＥ。
抽头的３级反馈移位寄存器来实现，特征多项式可
产生３个分频值的ＶＨＤＬ代码如下：
用（ｆｘ）＝ｘ２＋１表示，周期为２３－１＝７。ｍ序列的初始状
ＰＲＯＣＥＳＳ（ＣＬＯＣＫ）
— ——分频为１２００ＫＨｚ态为“０００”，在时钟上升沿到来时Ｍ（０）＜＝Ｍ（１）；Ｍ（１）
一次
ＢＥＧＩＮ
ＥＬＳＩＦ（ＣＯＵＮＴ＝５）ＴＨＥＮ
ＩＦ（ＣＯＤＥＲＡＴＥ＇ＥＶＥＮＴＡＮＤＣＯＤＥＲＡＴＥ＝＇１＇）

基于FPGA的FSK调制解调器设计

基于FPGA的FSK调制解调器设计作者：孙志雄谢海霞来源：《现代电子技术》2014年第09期摘要：数字通信系统中的数字调制与解调技术包括幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK），而FSK是应用较广的一种调制与解调方式。

利用VHDL语言设计了2FSK调制解调器，并通过Quartus Ⅱ仿真平台进行仿真验证，最后下载到FPGA芯片EP1K30QC208⁃2实现了2FSK调制解调电路。

仿真及实验结果表明采用此设计方案是可行的，并具有速度快、可靠性高及易于大规模集成的优点。

关键词： FSK；调制；解调； VHDL； FPGA中图分类号： TN914⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）09⁃0080⁃030 引言在数字带通通信系统中，调制与解调电路是重要的组成部分，根据基带信号对载波的参数控制不同，分为振幅键控（ASK），频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。

FSK在数字通信中应用广泛，它基本上不受信道特性变化的影响，特别适合用于信道特性变化较大的数字通信系统。

目前，无线电通信得到了充分的发展，进一步推动了频带通信的进步，它扩展到了通信的各个领域。

频移键控仍然是目前使用得最多的一种调制方法，虽然当今很多通信系统使用的是复合调制技术。

二进制频移键控作为一种最简单的频移方法，由于它的调制解调原理简单，也很有代表性，因此对其进行研究是很有意义的。

1 FSK调制解调原理FSK是数字通信不可或缺的一种调制方式，其优点是抗干扰能力较强，不受信道参数变化的影响，因此特别适合应用于衰落信道。

FSK是用不同频率的载波来传送数字信号，并用数字基带信号来控制载波信号的频率变化。

二进制频移键控（2FSK）调制是指发送“0”时，发送一频率的正弦波；发送“1”时，发送另一个频率的正弦波，接收端收到不同的载波信号通过逆变换成为数字信号，完成信息传输的过程。

由于2FSK传号及空号时采用两种频率的信号，不需要固定的比较电压。

数字调制器FSK的建模与设计

目录设计总说明 (3)SUMMARY (4)绪论 (5)1 EDA技术简介 (7)1.1 Quartus II简介 (7)1.1.1 Quartus II特点 (8)1.1.2 Quartus II性能 (9)1.2 VHDL语言简介 (9)2. FSK调制解调的基本原理 (11)2.1 2FSK的调制 (11)2.1.1 直接调频法 (11)2.1.2 频率键控法 (11)2.1.3 2FSK的调制方框图及电路符号 (12)2.2 2FSK的解调 (12)2.2.1 同步（相干）解调法 (12)2.2.2 2FSK滤波非相干解调 (13)2.2.3 2FSK解调方框图及电路符号 (14)2.3 MFSK调制解调 (14)2.3.1 MFSK直接解调 (14)2.3.2 MFSK分路滤波相干解调 (15)2.3.3 MFSK调制电路方框图 (15)3. FSK基于VHDL语言的调制解调设计 (16)3.1 2FSK基于VHDL语言的调制过程 (16)3.1.1 2FSK基于VHDL语言调制程序 (16)3.1.2 2FSK基于VHDL语言调制步骤 (17)3.2 2FSK基于VHDL语言的解调过程 (21)3.2.1 2FSK基于VHDL语言解调程序 (21)3.2.2 2FSK基于VHDL语言解调步骤 (23)3.3 MFSK基于VHDL语言调制过程 (26)3.3.1 MFSK基于VHDL语言调制程序 (26)3.3.2 MFSK基于VHDL语言调制步骤 (27)4. FSK基于VHDL语言调制解调的仿真 (30)4.1 2FSK调制仿真 (30)4.1.1 调制波形仿真 (30)4.1.2 2FSK调制电路 (33)4.2 2FSK解调仿真 (34)4.2.1 2FSK解调波形仿真 (34)4.2.2 2FSK解调电路 (37)4.3 MFSK调制仿真 (38)4.3.1 MFSK调制波形仿真 (38)4.3.2 MFSK调制电路 (41)5 设计总结 (42)参考文献 (43)致谢 (44)数字调制器FSK的建模与设计设计总说明调制解调器是通信系统中的关键设备，其性能的好坏直接关系到整个系统的性能。

基于Quartus2平台实现fsk调制解调

基于FPGA的FSK调制解调设计

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实验报告 基于FPGA的2FSK调制器的实现

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基于FPGA的2FSK调制信号的解调●孟敬

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数字通信中2FSK调制解调器的设计实现

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基于FPGA的FSK调制与解调器设计_李艳丽

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实验报告基于FPGA的2FSK调制器的实现