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》综合设计说明书课程设计2014年6月日学号：题目二进制频移键控（FSK）调制器与解调器设计学院信息工程学院专业通信工程班级姓名指导教师武汉理工大学《FPGA原理及应用》综合设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目：二进制频移键控（FSK）调制器与解调器设计初始条件：（1）QuartusII、ISE等软件；（2）课程设计辅导书：《XilinxFPGA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QuartusII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。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：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《FPGA原理及应用》综合设计说明书目录摘要..................................................................................................................................................................IABSTRACT......................................................................................................................................................II1绪论...............................................................................................................................................................11.1题目的意义.......................................................................................................................................................11.2设计要求...........................................................................................................................................................12FSK设计的基本原理.......................................................................................................................................22.1FSK的调制.......................................................................................................................................................22.2FSK的解调.......................................................................................................................................................33设计方案........................................................................................................................................................63.1FSK基于VHDL语言调制方案...........................................................................................................................63.2FSK基于VHDL语言解调方案........................................................................................................................64仿真...............................................................................................................................................................84.1FSK调制仿真.....................................................................................................................................................84.2FSK解调仿真...................................................................................................................................................105结论...........................................................................................................................................................136参考文献......................................................................................................................................................14附录一：FSK调制VHDL程序..........................................................................................................................15附录二：FSK解调VHDL程序..........................................................................................................................17武汉理工大学《FPGA原理及应用》综合设计说明书I摘要FSK是数字调制的一种方法，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，过零检测法武汉理工大学《FPGA原理及应用》综合设计说明书IIABSTRACTFSKisamethodofdigitalmodulation,theprincipleistheuseofdigitalsignalcharacteristicsofdiscretevaluesbyswitchingonthecarrierfrequencyshiftkeying,theresultingsignalasFSKsignals.Thissignalallowsthedigitalsignalcanbetransmittedwithacommunicationchannel.ThecoursedesignisusedintheEDAVHDLlanguagetestboardtoachieveFSKmodulationanddemodulationsystem.Bykeyingofthecarriermodulation,zero-detectionmethodusedtodemodulatethemodulatedsignals.Shiftregisterwithfourpseudo-randomsequencegeneratedasthemodulationsignal.Simulationsuccessfullydownloadedtotheexperimentalboard,wereobservedbytheoscilloscopesignalandthemodulatedwavemodulation;modulationsignalanddemodulatedsignal,andwaveformsimulationresultsarethesame,butbecauseofnoise,makingtheoscilloscopewaveformhasglitches.[Keywords]FSKmodulationanddemodulation;VHDL;ShiftKeying;zero-crossingdetectionmet武汉理工大学《FPGA原理及应用》综合设计11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(DigitalModulation)。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