武汉理工大学FPGA课程设计-(2FSK)二进制频移键控调制解调器的设计

武汉理工大学《FPGA 原理及应用》综合设计说明书
学
号：
课 程 设 计
题 学 专 班 姓
目 院 业 级 名
二进制频移键控（FSK） 调制器与解调器设计
信息工程学院 通信工程
指导教师
2014 年 6 月
日
武汉理工大学《FPGA 原理及应用》综合设计说明书
课程设计任务书
学生姓名： 指导教师： 题 目： 专业班级： 工作单位： 信息工程学院 二进制频移键控（FSK）调制器与解调器设计
初始条件：
（1） Quartus II、ISE 等软件； （2）课程设计辅导书： 《Xilinx FPGA 设计与实践教程》 （3）先修课程：数字电子技术、模拟电子技术、通信原理
主要任务:
（1）掌握 2CPSK、2DPSK 的调制与解调原理； （2）掌握仿真软件 Quartus II 的使用方法； （3）完成对 2CPSK、2DPSK 的调制与解调仿真电路设计，并对仿真结果进行分析。
II
武汉理工大学《FPGA 原理及应用》综合设计
1 绪论
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。
I
武汉理工大学《FPGA 原理及应用》综合设计说明书
ABSTRACT
FSK is a method of digital modulation, the principle is the use of digital signal characteristics of discrete values by switching on the carrier frequency shift keying, the resulting signal as FSK signals. This signal allows the digital signal can be transmitted with a communication channel. The course design is used in the EDA VHDL language test board to achieve FSK modulation and demodulation system. By keying of the carrier modulation, zero-detection method used to demodulate the modulated signals. Shift register with four pseudo-random sequence generated as the modulation signal. Simulation successfully downloaded to the experimental board, were observed by the oscilloscope signal and the modulated wave modulation; modulation signal and demodulated signal, and waveform simulation results are the same, but because of noise, making the oscilloscope waveform has glitches. [Key words] FSK modulation and demodulation; VHDL;Shift Keying;zero-crossing detection met
时间安排:
（1）2014 年 6 月 11 日--2014 年 6 月 18 日理论设计、仿真设计 地点：鉴主 13 楼通信工程综合实验室、鉴主 15 楼通信工程实验室。 （2）2014 年 6 月 18 日进行理论答辩。
指导教师签名： 系主任（或责任教师）签名：
年 年
月 月
日 日
武汉理工大学《FPGA 原理及应用》综合设计说明书
武汉理工大学《FPGA 原理及应用》综合设法，其原理是利用数字信号的离散取值特点通过开关对载 波的频率进行键控，所产生的信号称为 FSK 信号。该信号使得数字信号可以在带通信道 中进行传输。本次课程设计就是在 EDA 实验板上用 VHDL 语言来实现 FSK 的调制解调 系统。采用键控法对载波进行调制，用过零检测法对调制信号进行解调。用 4 级移位寄 存器产生伪随机序列作为调制信号。仿真成功后下载到实验板上，通过示波器分别观察 调制信号和已调波；调制信号和解调信号，与波形仿真结果相同，但由于噪声的影响， 使得示波器的波形有毛刺。 [关键词] FSK 调制解调，VHDL，键控法，过零检测法
目 录
摘 要 .................................................................................................................................................................. I ABSTRACT ...................................................................................................................................................... II 1 绪论 ............................................................................................................................................................... 1 1.1 题目的意义 ....................................................................................................................................................... 1 1.2 设计要求 ........................................................................................................................................................... 1 2 FSK 设计的基本原理 ....................................................................................................................................... 2 2.1 FSK 的调制 ....................................................................................................................................................... 2 2.2 FSK 的解调 ....................................................................................................................................................... 3 3 设计方案 ........................................................................................................................................................ 6 3.1 FSK 基于 VHDL 语言调制方案........................................................................................................................... 6 3.2 FSK 基于 VHDL 语言解调方案 ........................................................................................................................ 6 4 仿真 ............................................................................................................................................................... 8 4.1 FSK 调制仿真 ..................................................................................................................................................... 8 4.2 FSK 解调仿真 ................................................................................................................................................... 10 5 结 论 ........................................................................................................................................................... 13 6 参考文献 ...................................................................................................................................................... 14 附录一：FSK 调制 VHDL 程序 .......................................................................................................................... 15 附录二：FSK 解调 VHDL 程序 .......................................................................................................................... 17