2FSK数字信号频带传输系统的设计与建模

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变，这种现象也称为相位不连续，这是频率键控特有的情况。
2.1.3 基于 FPGA 的 FSK 调制方案
图2
FSK 调制方框图
图3
FSK 调制电路符号
2.2 FSK 的解调
数字频率键控（FSK）信号常用的解调方法有很多种如：
2.2.1 同步（相干）解调法
在同步解调器中，有上、下两个支路，输入的 FSK 信号经过 1 和 2 两个带 通滤波器后变成了上、下两路 ASK 信号，之后其解调原理与 ASK 类似，但判决 需对上、下两支路比较来进行。假设上支路低通滤波器输出为 x1 ，下支路低通滤 波器输出为 x2 ，则判决准则是：
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。
2.1.2 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）信号图
图7
FSK 解调电路符号
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FSK 设计的程序与仿真
3.1 FSK基于VHDL语言调制
3.1.1 FSK 调制程序
文件名： FSKTZ --功能：基于 VHDL 硬件描述语言，对基带信号进行 FSK 调制 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY FSKTZ IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; START:IN STD_LOGIC; X:IN STD_LOGIC; Y:OUT STD_LOGIC); END FSKTZ; ARCHITECTURE BEHAV OF FSKTZ IS SIGNAL Q1:INTEGER RANGE 0 TO 11; SIGNAL Q2:INTEGER RANGE 0 TO 3; SIGNAL F1,F2:STD_LOGIC; BEGIN PROCESS(CLK) BEGIN IF (CLK'EVENT AND CLK='1') THEN IF START='0' THEN Q1<=0;
5 课程设计心得…………………………………………………………………… 20 6 参考文献………………………………………………………………………… 21
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1.1 题目的意义
设计要求分析
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。
《数字通信系统》课程设计
课程设计任务书
学生姓名： 指导教师： 专业班级： 工作单位： 电信 班
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、Quartus 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
2.2.2 FSK 滤波非相干解调法
输入的 FSK 中频信号分别经过中心频为、的带通滤波器，然后分别经过包 络检波，包络检波的输出在 t=kTb 时抽样（其中 k 为整数） ，并且将这些值进行 比较。根据包络检波器输出的大小，比较器判决数据比特是 1 还是 0。
图5
非相干解调法原理框图
2.2.3 基于 FPGA 的 FSK 解调方案
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
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： 系主任（或责任教师）签名：
年 年
月 月
日 日
本科生课程设计成绩评定表
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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
姓
名
性
别
专业班级
课程设计题目：2FSK 数字信号频带传输系统的设计与建模 课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字： 年 月 日
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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
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2.1 FSK 的调制
FSK 设计的原理与方案
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， FSK 但是它们的振幅和初始相位不变化。 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。
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PROCESS(CLK) BEGIN IF (CLK'EVENT AND CLK='1') THEN IF START='0' THEN Q2<=0; ELSIF Q2=1 THEN F2<='0';Q2<=0; ELSIF Q2<=0 THEN F2<='1';Q2<=Q2+1; ELSE F2<='0';Q2<=Q2+1; END IF; END IF; END PROCESS; PROCESS(CLK,X) BEGIN IF (CLK'EVENT AND CLK='1') THEN IF X='0' THEN Y<=F1; ELSE Y<=F2; END IF; END IF; END PROCESS; END BEHAV;
x1 x2 0 x1 x2 0