实验报告-基于FPGA的2FSK调制器的实现

1、 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，即载频为时代表传0，载频为时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以和为载频、以和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， 图1 2FSK信号的典型时域波形其一般时域数学表达式为 （10-1）式中，是的反码，即2、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;output7:0 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;reg23:0 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;end elsecnt=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;reg23:0 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;end elsecnt=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;reg23:0 cnt;always (posedge clk_27M)beginif (reset) begincnt=0; /同步复位flag=0;endelse if(cnt=)begincnt=0;flag=flag;end elsecnt=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; endcase endendmodule/正弦波形模块module sin(clk,reset,sin_out);input clk,reset;output7:0 sin_out;reg7:0 sin_out;reg6:0 num;always(posedge clk or posedge reset) beginif(reset) sin_out=0;else if(num=63) num=0;else num=num+1;case(num) 0:sin_out=255; 1:sin_out=254; 2:sin_out=252; 3:sin_out=249; 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; 47:sin_out=124; 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=8bx; endcase endendmodule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3、最终波形输出仿真结果如图6所示：图6 最终波形输出结果4、 modelsim仿真波形图如图7所示：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。由此说明，实验取得了成功。五、实验总结本实验内容为制作一个基于FPGA的2FSK调制器。虽然学习Verilog和Quartus II 软件、ModuleSim仿真软件已有一个学期，但是此次实验过程中遇到有比较棘手的难题。 起初，对于选频功能不是很了解，不知怎样设置比较好。通过深思和对比之后，最终我选择了用一个时钟信号来控制。另外，此次实验遇到的最大难题就是硬件连接问题。以前的实验都只是在Quartus II上编写实验，进行仿真观察，或者用modelsim进行仿真，这样就不用搭建实际电路，实验难度系数也就较小。而此次实验需要将ED2输出的信号经过数/模转换，再用示波器来观察。通过老师的提点，我对数/模转换芯片DAC0832进行了较深入的了解，并且上网查找了实验室单片机板的电路图，最终明白的整个电路的原理，因而成功搭建了电路，并输出了预期