基于VerilogHDL的通信系统设计 第12章 实验设计指导.ppt

基于VerilogHDL的通信系统设计 第12章实验设计指导 基于VerilogHDL的通信系统设计 实验作为一种重要的学习方式是读者迅速掌握知识的快捷方式 本章重点介绍了10个实验 包括 实验一 基本组合和时序逻辑电路设计 实验二 采用分布式算法FIR滤波器设计 实验三 MASK调制器设计 实验四 函数发生器设计 实验五 PCM采编器设计 实验六 循环码编译码器设计 实验七 FFT碟形运算单元设计 实验八 数字相关器设计 实验九 集中插入式帧同步器设计 实验十 多路信号复用的基带系统设计 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 1实验一基本组合和时序逻辑电路设计 12 1 1实验目的 掌握EDA的设计流程和VerilogHDL 掌握最基本的数字逻辑电路的知识 并对一些常用的逻辑电路进行实现 逐步形成建模的思想和方法 12 1 2实验原理 常用的最基本数字电路模块是数字通信系统中不可缺少的基本组成部分 一个数字信号的处理系统 都包含了许许多多的逻辑电路 一般逻辑电路大致分为两大类 组合逻辑电路 时序逻辑电路 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 1 3实验内容 设计一些常用的基本数字逻辑电路 可以从组合逻辑电路和时序逻辑电路中各选两个经典电路进行实现 熟悉建模的步骤 思想和方法 12 1 4实验步骤 完成组合逻辑电路设计及仿真 2路选择器 3 8译码器 数据比较器 完成时序逻辑电路设计及仿真 D触发器 32bits计数器 8分频器 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 1 5实验总结报告要求 给出编写的各个程序的仿真波形图 如果有真值表要对应给出 将实验代码以及仿真结果附于报告中 实验收获和改进建议 12 2实验二采用分布式算法FIR滤波器设计 12 2 1实验目的 掌握EDA的设计流程和VerilogHDL 掌握滤波器的原理 结构 设计方法及其FPGA实现 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 2 2实验原理 有限脉冲响应 FIR 滤波器由有限个采样值组成 并且在每个采样时刻完成有限个卷积运算 其幅度特性设计灵活 同时还可保证精确 严格的相位特性 在设计高阶的FIR滤波器时 还可以通过FFT来计算卷积 从而极大的提高运算效率 12 2 3实验内容 实现一个8阶的对称系数的FIR滤波器 要求滤波器的输入位宽为12bits 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 2 4实验步骤 将8阶对称系数的FIR滤波器利用分布式算法进行分解 先把相同系数对应的数据相加 输入到D A滤波器的数据经过符号扩展变成13bits 这样就可以看成一个4阶的FIR滤波器 对于4阶FIR滤波器可以利用第5章介绍过的FIR滤波器设计方法实现 采用小的LUT 查找表 方法实现8阶对称系数的FIR滤波器 12 2 5实验总结报告要求 给出系统的顶层逻辑框图 各个模块的仿真波形 给出FPGA资源利用情况 将注释的实验代码附于报告中 实验收获和改进建议 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 3实验三MASK调制器设计 12 3 1实验目的 掌握EDA的设计流程和VerilogHDL 掌握多进制数字系统的调制与解调的原理 并在此基础上实现MASK调制电路的Verilog设计 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 3 2实验原理 其调制原理图如图12 2所示 图12 2MASK调制原理方框图 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 3 3实验内容 实现一个4进制的数字振幅调制器的设计 程序不需要包含D A模块 但是要求能够熟练设计如下模块 串 并转换模块和ASK调制器模块 12 3 4实验步骤 设计4bits的串并转换模块 设计译码模块完成4bits并行数据到8bits的DAC数据的转换 根据ASK调制原理 对8bits的DAC数据进行ASK调制 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 3 5实验总结报告要求 给出系统的顶层逻辑图 编写的各个模块的仿真波形 给出FPGA资源利用情况 将注释的实验代码以及仿真结果附于报告中 实验收获和改进建议 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 4 2实验原理 利用直接数字频率合成 DDS 方法实现函数发生器 可以合成正余弦波 三角波 锯齿波或方波 DDS的基本思想是从相位累加的概念出发直接合成所需要波形的一种新的频率合成技术 以正弦波信号发生器为例 介绍利用DDS技术产生的不同频率的正弦 余弦波形 而且可以控制其初始相位和信号幅度 12 4 3实验内容 利用DDS设计一个分辨率为0 1Hz 时钟频率为50MHz 输出频率为15MHz的函数发生器 可以产生正 余 弦波信号 12 4实验四函数发生器设计 12 4 1实验目的 掌握EDA的设计流程和VerilogHDL 掌握DDS原理及其FPGA实现方法 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 4 4实验步骤 通过C语言或者MATLAB产生正 余 弦信号的ROM表数据 进行相位累加并将相位累加结果保存在寄存器 根据相位累加结果从相应的ROM表地址中取周期性的波形值 12 4 5实验总结报告要求 给出系统的顶层逻辑试图 分析DDS的频率精度和频率控制关系 给出FPGA资源利用情况 将注释的实验代码附于报告中 实验收获和改进建议 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 5实验五PCM采编器设计 12 5 1实验目的 掌握EDA的设计流程和VerilogHDL PCM采样的原理及其PCM采编器的FPGA设计方法 12 5 2实验原理 PCM采编器的的结构框图如图12 6所示 基于VerilogHDL的通信系统设计 图12 6PCM采编器结构框图 12 5 3实验内容 根据图12 6所示 设计参数为 帧长128字节 字长为8位 码率为500kb s的PCM采编器 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 5 4实验步骤 设计存储单元预存帧同步码01001001 设计24 8多路选择器模块 设计8 1多路选择器模块 设计计数模块 完成字计数和位计数功能 根据码率设计码率分频器模块 假设系统参考时钟为10M 12 5 5实验总结报告要求 给出PCM采编器的顶层逻辑图 同时给出测试数据 给出FPGA资源利用情况 将注释的实验代码以及仿真结果附于报告中 实验收获和改进建议 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 6实验六循环码编译码器设计 12 6 1实验目的 掌握EDA的设计流程和VerilogHDL 掌握循环码编码器原理及其FPGA实现方法 掌握循环码译码器原理及其FPGA实现方法 12 6 2实验原理 如图12 7所示的编码器电路 基于VerilogHDL的通信系统设计 图12 7 7 4 循环码编码器电路 基于VerilogHDL的通信系统设计 其译码电路如图12 8所示 图12 8 7 4 循环码译码器电路图 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 6 4实验步骤 根据图12 7设计线性回馈移位寄存器 其中需要设计有限余加法器 根据图12 8设计译码电路 其中要设计3输入异或门和缓冲器 12 6 3实验内容 根据图12 7设计 7 4 循环码编码器 根据图12 8设计 7 4 循环码译码器 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 6 5实验总结报告要求 给出编译码器系统的顶层逻辑图 同时给出测试数据 给出FPGA资源利用情况 将注释的实验代码以及仿真结果附于报告中 实验收获和改进建议 12 7实验七FFT碟形运算单元设计 12 7 1实验目的 掌握EDA的设计流程和VerilogHDL 掌握FFT设计原理及其碟形运算单元FPGA设计方法 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 7 2实验原理 对于基 2碟形运算如图12 9所示 图12 9碟形运算符号 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 7 3实验内容 按照图12 9所示来设计基 2碟形运算单元 12 7 4实验步骤 对于碟形运算单元系数进行小数向整数的转换 根据图12 9的碟形运算关系完成输入数据的FFT变换 12 7 5实验总结报告要求 给出基 2碟形运算单元的顶层逻辑图 同时给出测试数据 给出FPGA资源利用情况 将注释的实验代码以及仿真结果附于报告中 实验收获和改进建议 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 8实验八数字相关器设计 12 8 1实验目的 掌握EDA的设计流程和VerilogHDL 掌握数字相关器原理及其FPGA实现方法 12 8 2实验原理 在数字通信中常对两个数字信号进行相关运算 即比较长度相同的两个数据间相同的位数 这种数字相关器在检测帧同步时常常使用 12 8 3实验内容 采用流水线技术设计一个输入数据位宽为16位的数字相关器 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 8 4实验步骤 设计4位数字相关器 设计3位加法器 根据图12 10将所有模块相连完成16位输入的数字相关器设计 12 8 5实验总结报告要求 给出系统的顶层逻辑图 给出 流水技术 的设计原则 给出FPGA资源利用情况 将注释的实验代码以及仿真结果附于报告中 实验收获和改进建议 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 9实验九集中插入式帧同步器设计 12 9 1实验目的 掌握EDA的设计流程和VerilogHDL 掌握集中插入式帧同步法原理及其FPGA实现 12 9 2实验原理 在帧同步法中 在每帧的开头集中插入帧同步码组 这些码组具有尖锐单峰值特性的局部自相关函数 目前巴克码是一种常用的帧同步码 它是一种非周期序列 这里给出一个7bits巴克码 1110010 基于VerilogHDL的通信系统设计 图12 117bits巴克码检测电路 基于VerilogHDL的通信系统设计 集中式帧同步主要就是识别帧同步码 一般可以将整个搜索过程分为搜索态 校验态和同步态3个状态 它的状态转换图如图12 12所示 图12 12帧同步状态转换图 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 9 3实验内容 采用逐码移位法实现7位巴克码集中插入式帧同步电路 12 9 4实验步骤 根据图12 11设计7位帧同步码1110010的数据检测器 根据图12 12状态转换图设计帧同步状态机 12 9 5实验总结报告要求 给出系统的顶层逻辑图 给出系统测试数据 给出FPGA资源利用情况 将注释的实验代码以及仿真结果附于报告中 实验收获和改进建议 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 10实验十多路信号复用的基带系统设计 12 10 1实验目的 掌握EDA的设计流程和VerilogHDL 掌握多路信号复用的基带系统的设计原理及其FPGA实现 12 10 2实验原理 基带发信系统是多路信号复用基带传输系统的一个重要组成部分 包括复接器 数字信源和码型变换器等三部分 这里给出4路同步复接基带传输发信系统 原理图如图12 13所示 基于VerilogHDL的通信系统设计 图12 134路同步复接基带传输发信系统 基于VerilogHDL的通信系统设计 4路内部基带信号发生器如图12 14所示 图12 144路内部基带信号发生器 基于VerilogHDL的通信系统设计 12 10 3实验内容 根据图12 13 12 14所示设计4路同步复用基带传输发信系统 12 10 4实验步骤 设计参考时钟分频器 分频数根据设计要求读者自己确定 设计内码产生器 设计输出电路 即设计一个4 1的并 串转换电路完成4