基于FPGA的16QAM调制解调电路设计

编号：审定成绩：重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于FPGA的16QAM调制解调电路设计学院名称：自动化学生姓名：赵国强专业：机械设计制造及其自动化班级：0841003学号：2010213292指导教师：周围答辩组负责人：张开碧填表时间：2014年5月重庆邮电大学教务处制重庆邮电大学本科毕业设计（论文）-74-低通滤波输出波形如图5.11所示：图5.11低通滤波输出波形判决输出波形如图5.12所示：图5.12判决输出波形并串转换输出波形如图5.13所示：图5.13并串转换输出第三节仿真结果分析（1）从图中基带信号波形和并串转换输出波形图可以看出，最后解调出来的波形和原基带信号波形大致相同（有一些延时）。可见，该16QAM调制与解调系统设计基本正确。（2）低通滤波器输出波形与并串转换输出波形大致形同，且边缘陡峭，但有一些毛刺，可见解调系统能够较好的解调出由调制端输入的两路四电平信号。（3）判决输出波形为规则的方波信号，信号的波形与低通滤波器输出波形相同，可见抽样判决模块设计正确。（4）信号矢量端的分布图称为星座图，这里用低通滤波器输出波形的星座图来描述16QAM信号的空间分布情况，从图中可以看出由于受高斯白噪声，低通滤波器等的影响，使接收16QAM信号的相位有所偏移，但还是围绕调制时的16个相位点。本章小结经过这次16QAM调制与解调系统的设计，我对仿真软件的认识进一步加深，并且可以熟练的运用基本库中的元件，不再像刚接触时那样要很长时间才能找到所需要的元件。同时，我对16QAM调制与解调原理有了比较透彻的认识与理解。刚开始拿到这可课题的时候我没有思路，后来通过与同学互相讨论，还有网上查阅相关资料思路才渐渐清晰。但是后来在具体实现的过程中又遇到许多困难，例如在设计并串转换模块的过程中，刚开始我是借鉴的网上一个文档的方案，那个方案比较复杂，还涉及到具体延时时间的设定，我反复的设定参数还是得不到理想的四电平信号和星状图，后来通过自己认真思考才发现，其实串并转换没有那么复杂，可以直接对基带信号采样，延时得出一路信号，然后延时，采样得出另外一路信号。这使我明白，在做设计的时候，不能原原本本的照搬别人的方案，自己首先要理清思路，在弄懂设计原理的基础上寻求最佳方案。另外，系统中各元件的参数有时也不一定就是理论值，往往要经过反复的试验，才能得出理想的波形，如低通滤波器截止频率的设定等。本次设计还有很多不足和待完善的地方，例如基带信号本应该选择二进制码元序列，但是这里我为了避免设计二四电平转换和四二电平转换，选择四进制码元序列作为基带信号。最后调制出来的波形的前几个码元与基带序列不一样，可能是由于前面的串并转换，低通滤波和并串转换设置的不太理想。总之，这次16QAM调制与解调系统的设计使我学到了很多东西。我的逻辑思维能力，分析问题，解决问题的能力得到提高。同时，还要感谢帮助过我的同学们在我遇到挫折的时候细心地帮助我分析解决问题。

结论通信快速发展的今天需求的增长的实质其实就是对新的硬件新的开发工具和方法的需求，只有在实现功能的根本方法上面做出改变，才可能正在的打开一片天空，传统的数字信号处理多用dsp来实现，在一定的时期范围内dsp是很强大并做出了很大的贡献，在现在和未来来说新技术新需求促使着人们的眼光必须向向前看，这方面dsp的能力明显显的不足，传统的芯片和开发方法已经明显跟不上需求和技术的发展。而FPGA作为新势力的代表很快适应了这一趋势，随着微电子的高速发展，超大规模的集成电路的应用，FPGA的功能将越发强大，除了超大规模的门阵列之外还有嵌入的一些更多的模块，很多功能都在一块芯片上实现不需要外加更多的电路，在简化电路板的同时也为开发人员提供了方面，而且在很多指标要求上面还更加优异。FPGA的开发方法可以说也是传统不能比拟的，传统式根据元件来搭建需求，这一设计人员显的很不自由，有时候为了一个功能不得不增加庞大的电路作为代价。而现在这种自顶向下的设计思路，完全基于需求，然后再到模块，设计人员不用太多去管有没有这个功能的元器件等等的问题，只需要一心放在设计上面。同时能达到性能更优设计更简洁的效果。EDA的开发方法使得很多时序仿真的问题可以直接在计算机上实现，能在计算机上看出设计的优良性能，并加以改进，同时FPGA可以现场配置，所以升级十分方便，不用改电路板，只需要改进程序即可达到更新换代的目的。可以说FPGA已经代表了以后电子和通信的发展方向。频率资源的紧张也是通信的一个棘手的问题，因此创造出更高效的调制方法也是研究者门夜以继日的目标之一。QAM作为利用率很高的一种调制方式赢得了广大的认可，相信在今后的发展中QAM将会扮演更重要的角色。

致谢在经过两个多月的努力后，毕业设计如期的完成了。在这个过程中我学到了很多的东西。首先我要感谢周围老师的指导，他在毕业设计上给予我很大的帮助，有一些不懂得问题都是他们帮助解决的。此次毕业设计题目是基于PPGA的QAM调制解调器设计。在初期就遇到了很大的困难，因为之前没有接触过类似的东西，所以一时间难以下手，为此查阅了大量的资料并向同学学长请教。从此次的毕业设计当中我学得了很多，也懂得了很多。以后不管从事什么行业，什么岗位，细心对于一个人来说都是必不可少的要素。成败归于细节。然后就是在我们以后的道路中，我们肯定会遇到这样那样的困难，我们无法避免，因此我们要懂得虚心请教，这样才能完善自己完善知识。在遇到困难的时候不能够轻易言败。最后再次感谢帮助我的指导老师及我的同学们。以及在此次论文中引用到的论著的作者。

参考文献郭田耘，徐文波等.无线通信FPGA设计［M］.电子工业出版社，2004，10．董黄智伟等．FPGA系统与实践［M］．北京：电子工业出版社，2005，321.曹志刚，钱亚生．现代通信原理［M］．北京：清华大学出版社，2007．梅灿华，张潜．基于FPGA的键控移频调制解调器的设计与实现〔J〕．安徽大学学报（自然科学版），2005,29(2):22-27．郭颖娜．一种FSK信号调制解调电路的设计〔J〕．现代电子技术，2006,29(1)：138-144．王兰勋，胡聪权，张庆顺等．基于CPLD的2PSK解调器设计方案及实现．华北电力大学学报〔J〕，2006,(5):70-72．舒佳佳．MPSK调制系统的FPGA设计与实现．信息与通信，2007,(3):11.[8]华为QAM无线调制解调器硬件接口说明，2012.[9]金发庆.传感器技术与应用.北京机械工业出版社，2002.[10]黄正谨.计算机结构与逻辑设计［M］.北京：高等教育出版社，2000.[11]华为SIM900A_AT命令手册2012华为科技有限公司.[12]佳佰科技QC12864B使用说明2010佳佰科技有限公司.[13]孙大东，郭兴旺.基于GSM/GPRS的无线监控系统设计[J].计测技术，2006[14]陈海明.基于FPGA的远距离无线监控系统[J].计算机网络，2006.[15]Malim.TheDevelopmentoftheShortMessagingServiceApplicationfortheSchoolUsage[D].2010:1-5.

附录一、英文原文IntroductiontoFPGATechnologyField-programmablegatearray(FPGA)technologycontinuestogainmomentum,andtheworldwideFPGAmarketisexpectedtogrowfrom$1.9billionin2005to$2.75billionby20101.SinceitsinventionbyXilinxin1984,FPGAshavegonefrombeingsimplegluelogicchipstoactuallyreplacingcustomapplication-specificintegratedcircuits(ASICs)andprocessorsforsignalprocessingandcontrolapplications.Whyhasthistechnologybeensosuccessful?ThisarticleprovidesanintroductiontoFPGAsandhighlightssomeofthebenefitsthatmakeFPGAsunique.WhatisanFPGA?Atthehighestlevel,FPGAsarereprogrammablesiliconchips.Usingprebuiltlogicblocksandprogrammableroutingresources,youcanconfigurethesechipstoimplementcustomhardwarefunctionalitywithouteverhavingtopickupabreadboardorsolderingiron.Youdevelopdigitalcomputingtasksinsoftwareandcompilethemdowntoaconfigurationfileorbitstreamthatcontainsinformationonhowthecomponentsshouldbewiredtogether.Inaddition,FPGAsarecompletelyreconfigurableandinstantlytakeonabrandnew“personality”whenyourecompileadifferentconfigurationofcircuitry.Inthepast,FPGAtechnologywasonlyavailabletoengineerswithadeepunderstandingofdigitalhardwaredesign.Theriseofhigh-leveldesigntools,however,ischangingtherulesofFPGAprogramming,withnewtechnologiesthatconvertgraphicalblockdiagramsorevenCcodeintodigitalhardwarecircuitry.FPGAchipadoptionacrossallindustriesisdrivenbythefactthatFPGAscombinethebestpartsofASICsandprocessor-basedsystems.FPGAsprovidehardware-timedspeedandreliability,buttheydonotrequirehighvolumestojustifythelargeupfrontexpenseofcustomASICdesign.Reprogrammablesiliconalsohasthesameflexibilityofsoftwarerunningonaprocessor-basedsystem,butitisnotlimitedbythenumberofprocessingcoresavailable.Unlikeprocessors,FPGAsaretrulyparallelinnaturesodifferentprocessingoperationsdonothavetocompeteforthesameresources.Eachindependentprocessingtaskisassignedtoadedicatedsectionofthechip,andcanfunctionautonomouslywithoutanyinfluencefromotherlogicblocks.Asaresult,theperformanceofonepartoftheapplicationisnotaffectedwhenadditionalprocessingisadded.TopFiveBenefitsofFPGATechnologyPerformance–Takingadvantageofhardwareparallelism,FPGAsexceedthecomputingpowerofdigitalsignalprocessors(DSPs)bybreakingtheparadigmofsequentialexecutionandaccomplishingmoreperclockcycle.BDTI,anotedanalystandbenchmarkingfirm,releasedbenchmarksshowinghowFPGAscandelivermanytimestheprocessingpowerperdollarofaDSPsolutioninsomeapplications.2Controllinginputsandoutputs(I/O)atthehardwarelevelprovidesfasterresponsetimesandspecializedfunctionalitytocloselymatchapplicationrequirements.Timetomarket–FPGAtechnologyoffersflexibilityandrapidprototypingcapabilitiesinthefaceofincreasedtime-to-marketconcerns.YoucantestanideaorconceptandverifyitinhardwarewithoutgoingthroughthelongfabricationprocessofcustomASICdesign.3YoucanthenimplementincrementalchangesanditerateonanFPGAdesignwithinhoursinsteadofweeks.Commercialoff-the-shelf(COTS)hardwareisalsoavailablewithdifferenttypesofI/Oalreadyconnectedtoauser-programmableFPGAchip.Thegrowingavailabilityofhigh-levelsoftwaretoolsdecreasethelearningcurvewithlayersofabstractionandoftenincludevaluableIPcores(prebuiltfunctions)foradvancedcontrolandsignalprocessing.Cost–Thenonrecurringengineering(NRE)expenseofcustomASICdesignfarexceedsthatofFPGA-basedhardwaresolutions.ThelargeinitialinvestmentinASICsiseasytojustifyforOEMsshippingthousandsofchipsperyear,butmanyendusersneedcustomhardwarefunctionalityforthetenstohundredsofsystemsindevelopment.Theverynatureofprogrammablesiliconmeansthatthereisnocostforfabricationorlongleadtimesforassembly.Assystemrequirementsoftenchangeovertime,thecostofmakingincrementalchangestoFPGAdesignsarequitenegligiblewhencomparedtothelargeexpenseofrespinninganASIC.Reliability–Whilesoftwaretoolsprovidetheprogrammingenvironment,FPGAcircuitryistrulya“hard”implementationofprogramexecution.Processor-basedsystemsofteninvolveseverallayersofabstractiontohelpscheduletasksandshareresourcesamongmultipleprocesses.Thedriverlayercontrolshardwareresourcesandtheoperatingsystemmanagesmemoryandprocessorbandwidth.Foranygivenprocessorcore,onlyoneinstructioncanexecuteatatime,andprocessor-basedsystemsarecontinuallyatriskoftime-criticaltaskspre-emptingoneanother.FPGAs,whichdonotuseoperatingsystems,minimizereliabilityconcernswithtrueparallelexecutionanddeterministichardwarededicatedtoeverytask.Long-termmaintenance–Asmentionedearlier,FPGAchipsarefield-upgradableanddonotrequirethetimeandexpenseinvolvedwithASICredesign.Digitalcommunicationprotocols,forexample,havespecificationsthatcanchangeovertime,andASIC-basedinterfacesmaycausemaintenanceandforwardcompatibilitychallenges.Beingreconfigurable,FPGAchipsareabletokeepupwithfuturemodificationsthatmightbenecessary.Asaproductorsystemmatures,youcanmakefunctionalenhancementswithoutspendingtimeredesigninghardwareormodifyingtheboardlayout.Afunctiongeneratorisadevicewhichproducessimplerepetitivewaveforms.Suchdevicescontainanelectronicoscillator,acircuitthatiscapableofcreatingarepetitivewaveform.(Moderndevicesmayusedigitalsignalprocessingtosynthesizewaveforms,followedbyadigitaltoanalogconverter,orDAC,toproduceananalogoutput).Themostcommonwaveformisasinewave,butsawtooth,step(pulse),square,andtriangularwaveformoscillatorsarecommonlyavailableasarearbitrarywaveformgenerators(AWGs).Iftheoscillatoroperatesabovetheaudiofrequencyrange(>20kHz),thegeneratorwilloftenincludesomesortofmodulationfunctionsuchasamplitudemodulation(AM),frequencymodulation(FM),orphasemodulation(PM)aswellasasecondoscillatorthatprovidesanaudiofrequencymodulationwaveform.ArbitrarywaveformgeneratorsArbitrarywaveformgenerators,orAWGs,aresophisticatedsignalgeneratorswhichallowtheusertogeneratearbitrarywaveforms,withinpublishedlimitsoffrequencyrange,accuracy,andoutputlevel.Unlikefunctiongenerators,whicharelimitedtoasimplesetofwaveforms;anAWGallowstheusertospecifyasourcewaveforminavarietyofdifferentways.AWGsaregenerallymoreexpensivethanfunctiongenerators,andareoftenmorehighlylimitedinavailablebandwidth;asaresult,theyaregenerallylimitedtohigher-enddesignandtestapplications.SpecialpurposesignalgeneratorsAtonegeneratorandaprobeforlocatingaspecificpairofwiresamongstmany,forexampleinapunchblock.Inadditiontotheabovegeneral-purposedevices,thereareseveralclassesofsignalgeneratorsdesignedforspecificapplications.TonegeneratorsandaudiogeneratorsAtonegeneratorisatypeofsignalgeneratoroptimizedforuseinaudioandacousticsapplications.Tonegeneratorstypicallyincludesinewavesovertheaudiofrequencyrange(20Hz–20kHz).Sophisticatedtonegeneratorswillalsoincludesweepgenerators(afunctionwhichvariestheoutputfrequencyoverarange,inordertomakefrequency-domainmeasurements),multitonegenerators(whichoutputseveraltonessimultaneously,andareusedtocheckforintermodulationdistortionandothernon-lineareffects),andtonebursts(usedtomeasureresponsetotransients).Tonegeneratorsaretypicallyusedinconjunctionwithsoundlevelmeters,whenmeasuringtheacousticsofaroomorasoundreproductionsystem,and/orwithoscilloscopesorspecializedaudioanalyzers.Manytonegeneratorsoperateinthedigitaldomain,producingoutputinvariousdigitalaudioformatssuchasAES-3,orSPDIF.Suchgeneratorsmayincludespecialsignalstostimulatevariousdigitaleffectsandproblems,suchasclipping,jitter,biterrors;theyalsooftenprovidewaystomanipulatethemetadataassociatedwithdigitalaudioformats.Thetermsynthesizerisusedforadevicethatgeneratesaudiosignalsformusic,orthatusesslightlymoreintricatemethods.VideosignalgeneratorsAvideosignalgeneratorisadevicewhichoutputspredeterminedvideoand/ortelevisionwaveforms,andothersignalsusedtostimulatefaultsin,oraidinparametricmeasurementsof,televisionandvideosystems.Thereareseveraldifferenttypesofvideosignalgeneratorsinwidespreaduse.Regardlessofthespecifictype,theoutputofavideogeneratorwillgenerallycontainsynchronizationsignalsappropriatefortelevision,includinghorizontalandverticalsyncpulses(inanalog)orsyncwords(indigital).Generatorsofcompositevideosignals(suchasNTSCandPAL)willalsoincludeacolorburstsignalaspartoftheoutput.Videosignalgeneratorsareavailableforawidevarietyofapplications,andforawidevarietyofdigitalformats;manyofthesealsoincludeaudiogenerationcapability(astheaudiotrackisanimportantpartofanyvideoortelevisionprogramormotionpicture).Manyapplicationsrequirelow-frequencysignalgeneratorsthatcandeliverhigh-performance,high-resolutionsignals.ThisDesignIdeapresentsacircuitthatgeneratesfrequenciesof0to1MHz.Sinusoidal,triangular,andsquare-waveoutputsareavailable.Youcanachievefrequencyresolutionofbetterthan0.1Hzandphaseresolutionofbetterthan0.1°;thus,youcanprogramexactcoherentfrequencies.Thisfeatureisusefulindigitalmodulationandfrequency-tuningapplications.ThecircuitusestheADµC831andADC0832togeneratetherequiredfrequencies.YoucanprogramthemicrocontrollerfromeitheraPCoraUnix-basedworkstation.YouthenprogramtheADC0832usingathree-wireserialinterfaceviathemicrocontroller.Theinterfacewordis16bitslong.YoucanprogramtheADC0832toprovidesinusoidal,triangular,andsquare-waveoutputsusing(direct-digital-synthesis)architecture.ThechipoperatesasanNCO(numericallycontrolledoscillator)usinganon-chip,28-bitphaseaccumulator,sine-coefficientROM,anda10-bitD/Aconverter.Youtypicallyconsidersinewavesintermsoftheirmagnitudeform,A(t)=sin(ωt).Theamplitudeisnonlinearandis,therefore,difficulttogenerate.Theangularinformation,ontheotherhand,isperfectlylinear.Thatis,thephaseanglerotatesthroughafixedangleforeachunitintime.Knowingthatthephaseofasinewaveislinear,and,givenareferenceinterval(clockperiod),youcandeterminethephaserotationforthatperiod:ΔPhase=ωdt;ω=ΔPhase/dt=2πf,andf=(ΔPhase×fMCLK)/(2π),wheredt=1/fMCLK,andfMCLKisthemasterclock.Usingthisformula,youcangenerateoutputfrequencies,knowingthephaseandmaster-clockfrequency.Thephaseaccumulatorprovidesthe28-bitlinearphase.Theamplitudecoefficientsoftheoutputsinewavearestoredindigitalformatinthesine-coefficientROM.TheDACconvertsthesinewavetotheanalogdomain.IfyoubypasstheROM,theADC0832deliverstriangularwaveformsinsteadofsinusoidalwaveforms.Asquare-waveoutputisalsoavailableonthepart.showsthevariouswaveformsavailablefromthesystem.Asshownin,thesinusoidal/triangularoutputwaveformsareavailableontheIOUTpin(Pin19);andthesquarewaveoutputisavailableontheSIGN_BIT_OUTpin(Pin16).YouprogramtheDDSbywritingtothefrequencyregisters.Theanalogoutputfromthepartisthen:fOUT=fMCLK/228×(frequency-registerword).TheoutputsoftheDDShave28-bitresolution,soeffectivefrequencystepsontheorderof0.1Hzarepossibletoamaximumofapproximately1MHz.showsthetypicalwaveformoutputs.Twophaseregistersareavailablethatallow12-bitphaseresolution.A50-MHzcrystaloscillatorprovidesthereferenceclockfortheDDS.TheoutputstageoftheDDSisacurrent-outputDACloadedbyanexternalresistor.A200Ωresistorgeneratestherequiredpeak-to-peakvoltagerange.Theoutputisac-coupledthroughcapacitorC1.TheMicroConvertercontainstwoon-chip,12-bitDACs.DAC1variesthecurrentthroughR5,adjustingthefull-scalecurrentoftheDDSviatheFSADJUSTpin.Theequationtocontrolthefull-scalecurrentoftheDDSDACis:IOUT(full-scale)=18×I×R5.DAC0,theinternalreferenceoftheMicroConverter,andopamp2allowforoffsetcontroloftheoutputvoltageoftheDDS.Youcanprogramthisdcoffsetto±10Vat10-bitresolution.WhenR1=R2andthegainofopamp2=8,thentheoutputofopamp2is:VOUT=(DACoutput–(VREF/2))×8,yieldinga±10Vrange.ResistorsR6throughR9allowforcontrolofgainthroughopamp3.Thegainoftheopampisafunctionofresistorswitching,whichyouenableusingtheRDRIVEpinavailableontheMicroConverter.Thisoperationallowsforaneffectiveprogrammable-outputamplitudeofapproximately±10Vp-p.Thus,thecircuitallowsforprogrammablesinusoidalandtriangularwaves,includingdcoffsets,andtheabilitytosetpeak-to-peakamplitudeofapproximately±10V.ThesquarewaveoutputontheSIGN_BIT_OUTpinhas0to5Vamplitude.Forlow-frequencyoperation,alowpassfilternormallyservestofilterreference-clockfrequencies,spurs,andotherimages.Forapplicationsinwhichtheoutputsignalneedsamplification,youshoulduseanarrowbandfiltertofilteroutunwantednoisebeforethegainstage.Athird-orderfilterwouldbegoodenoughtoremovemostoftheunwantednoise.Figure3showsatypicalspectralplotoftheoutput.Applicationsforthiscircuitrangefromsignal-waveformgenerationtodigitalmodulation.Youcanusethesysteminfrequency-sweepingand-scanningapplicationsandinresonanceapplicationsthatusethefrequencyasanexcitationsignaltodeterminecircuitresonanceDDSisdigitallyprogrammable,thephaseandfrequencyofawaveformcanbeeasilyadjustedwithouttheneedtochangetheexternalcomponentsthatwouldnormallyneedtobechangedwhenusingtraditionalanalog-programmedwaveformgenerators.DDSpermitssimpleadjustmentsoffrequencyinrealtimetolocateresonantfrequenciesorcompensatefortemperaturedrift.SuchapplicationsincludeusingaDDSinadjustablefrequencysourcestomeasureimpedance(forexampleinanimpedance-basedsensor),togeneratepulse-wavemodulatedsignalsformicro-actuation,ortoexamineattenuationinLANsortelephonecables.WhatdoyouconsidertobethekeyadvantagesofDDStodesign-ersofreal-worldequipmentandsystems?Today’scost-competitive,high-performance,functionallyintegratedDDSICsarebecomingcommoninbothcommunicationsystemsandsensorapplications.Theadvantagesthatmakethemattractivetodesignengineersinclude:digitallycontrolledmicro-hertzfrequency-tuningandsub-degreephase-tuningcapability,extremelyfasthoppingspeedintuningoutputfrequency(orphase);phase-continuousfrequencyhopswithnoovershoot/undershootoranalog-relatedloopsettling-timeanomalies,thedigitalarchitectureofDDSeliminatestheneedforthemanualtuningandtweakingrelatedtocomponentagingandtemperaturedriftinanalogsynthesizersolutions,andthedigitalcontrolinterfaceoftheDDSarchitecturefacilitatesanenvironmentwheresystemscanberemotelycontrolledandoptimizedwithhighresolutionunderprocessorcontrol.HowwouldIuseaDDSdeviceforFSKencoding?Binaryfrequency-shiftkeying(usuallyreferredtosimplyasFSK)isoneofthesimplestformsofdataencoding.Thedataistransmittedbyshiftingthefrequencyofacontinuouscarriertooneoftwodiscretefrequencies(hencebinary).Onefrequency,f1,(perhapsthehigher)isdesignatedasthemarkfrequency(binaryone)andtheother,f0,asthespacefrequency(binaryzero).Figure6showsanexampleoftherelationshipbetweenthemark-spacedataandthetransmittedsignal.ThisencodingschemeiseasilyimplementedusingaDDS.TheDDSfrequencytuningword,representingtheoutputfrequencies,issettotheappropriatevaluestogeneratef0andf1astheyoccurinthepatternof0sand1stobetransmitted.InthecaseoftheAD9834,twofrequencyregistersareavailabletofacilitateconvenientFSKencoding.Adedicatedpinonthedevice(FSELECT)acceptsthemodulatingsignalandselectstheappropriatetuningword(orfrequencyregister).TheblockdiagraminFigure7demonstratesasimpleimplementationofFSKencoding重庆邮电大学本科毕业设计（论文）二、英文翻译FPGA技术介绍场域可程式化闸阵列(FPGA)技术正持续发展，而全世界FPGA市场的产值，则预估可从2005年的19亿美金提升到2010年的27亿5千万美金。FPGA是在1984年由Xilinx公司所发明，从简单的胶合逻辑(Gluelogic)晶片，演变为可取代客制的特定应用积体电路(ASIC)与处理器，适用于讯号处理与控制应用。为何FPGA技术如此成功？此篇文章将介绍FPGA，并说明数项让FPGA如此独特的优点。最笼统来说，FPGAs即为可再程式化的晶片。透过预先建立的逻辑区块与可程式化路由资源，不需更改面包板或焊锡部分，即可设定这些晶片以建置客制硬体功能。使用者可于软体中开发数位运算系统(Computingtask)并将之编译为组态档案或位元流(Bitstream)，可包含元件接线的相关资讯。此外，FPGA完全为可重设性质，当使用者重新编译不同的电路设定时，可立刻拥有不同的特性。在过去，工程师必须深入了解数位硬体设计，才能够使用FPGA技术。然而，高阶设计工具的新技术可针对图形化程式区或C程式码，转换为数位硬体电路，即变更了FPGA程式设计的规则。FPGA整合了ASIC与处理器架构系统的最佳部分，使FPGA晶片可应用于所有产业。FPGA具有硬体时脉的速度与可靠性，且其仅需少量即可进行作业；可降低客制化ASIC设计的费用。可重新程式设计的晶片，具有与软体相同的弹性，却不受限于处理核心的数量。与处理器不同的是，FPGA为实际的平行架构，因此不同的处理作业并不需要占用相同资源。每个独立的处理作业均将指派至专属的晶片区块，不需影响其他逻辑区块即可自动产生功能。因此，当新增其他处理作业时，应用某部分的效能亦不会受到影响。FPGA技术的5大优点：效能–透过硬体的平行机制，FPGA可突破依序执行(Sequentialexecution)的固定运算，并于每时脉循环完成更多作业，以超越数位讯号处理器(DSP)的计算功能。BDTI为着名的分析公司，并于某些应用中使用DSP解决方案，以计算FPGA的处理效能2。于硬体层级控制I/O可缩短回应时间并特定化某些功能，以更符合应用需求。上市时间–针对上市时间而言，FPGA技术具有弹性与快速原型制作的功能。使用者不需进行客制化ASIC设计的冗长建构过程，即可于硬体中测试或验证某个观念3。并仅需数个小时即可建置其他变更作业，或替换FPGA设计。现成的(COTS)硬体亦可搭配使用不同种类的I/O，并连接至使用者设定的FPGA晶片。高阶软体工具正不断提升其适用性，缩短了抽象层(Layerofabstraction)的学习时间，并针对进阶控制与讯号处理使用IPcores(预先建立的函式)。成本–客制化ASIC设计的非重置研发(NRE)费用，远远超过FPGA架构硬体解决方案的费用。ASIC的大型初始投资，可简单认列于OEM每年所出货的数千组晶片，但是许多末端使用者更需要客制硬体功能，以用于开发过程中的数百组系统。而可程式化晶片的特性，即代表低成本的架构作业，或组装作业的长前置时间。由于系统需求随时在变化，因此若与ASIC的庞大修改费用相较，FPGA设计的成本实在微不足道。可靠性–正如软体工具提供程式设计的环境，FPGA电路亦为程式执行的「坚强」建置方式。处理器架构的系统往往具有多个抽象层，以协助多重处理程序之间的作业排程与资源分享。驱动层(Driverlayer)控制硬体资源，而作业系统则管理记忆体与处理器频宽。针对任何现有的处理器核心来说，每次仅可执行1组指令码；而处理器架构的系统则可连续处理重要作业。FPGA不需使用作业系统，并将产生问题的机会降至最低，以平行执行功能与专属精密硬体执行作业。长期维护–如稍早所提，FPGA晶片为即时升级(Field-upgradable)特性，不需如ASIC重新设计的时间与费用。举例来说，数位通讯协定的规格可随时间而改变，而ASIC架构的介面却可能产生维护与向下相容的问题。FPGA具有可重设性质，可随时因应未来的需要而进行修改。当产品或系统趋于成熟时，不需耗时重新设计或修改机板配置，即可提升相关功能。【信号发生器的介绍】概述：信号发生器，也称为任意测试信号发生器，函数发生器，音频发生器，任意波形发生器，数字模式发生器或频率发生器，是一种电子装置，产生重复或不重复的电子信号（在无论是模拟或数字域名）。他们通常是用于设计、测试、故障排除和修理电子或电装置。有许多不同类型的信号发生器，具有不同用途和应用程序（并在不同程度的代价），一般没有设备适用于一切可能的应用。传统上，信号发生器已经嵌入式硬件单位，但由于年龄的多媒体电脑，灵活，可编程软件基调发电机也已可用。函数发生器：函数发生器是一种生产设备简单重复的波形。这种装置含有一个电子振荡器，电路，能够创造一个重复的波形。（现代设备可使用数字信号处理合成波形，然后数模转换器，产生模拟输出）。最常见的波形是一个正弦波和锯齿波，冲），三角波振荡器通常可以是任意波形发生器（AWGs）。如果上述振荡器运行的音频频率范围（20千赫），发电机将通常包括某种形式的调制功能，如调幅（上调），频率调制（调频），或相位调制（下调）以及第二振荡器，提供了一个音频频率调制波形。任意波形发生器：任意波形发生器，或AWGs，是复杂的信号发生器，使用户能够生成任意波形，出版范围内的频率范围，准确性和产出水平。不同功能的发电机，这是仅限于一个简单的波形;一个特设工作组允许用户指定一个源波形在各种不同的方式。AWGs一般都较昂贵的发电机比功能，而且往往更非常有限的可用带宽，因此，它们通常只限于高端设计和测试应用。特殊用途信号发生器：音频发生器和探头寻找特定线对之间的很多，例如，在一拳block.In除了上述一般用途的设备，有几个类别的信号发生器设计的具体应用。音发电机和音频发生器：阿声发生器是一种信号发生器的优化用于音频和声学的应用。声调发电机通常包括正弦波的音频频率范围内（20赫兹，20赫兹）。先进的语气发电机也将包括扫发电机（一个函数的不同的输出频率超过范围，以使频域测量），多频发电机（这几个音调输出同时，并用来检查互调失真和其他非线性影响），和语调连发（用来衡量响应瞬态）。声调发电机通常被用来与音量米时，声学测量的一个房间或一个健全的生殖系统，和/或示波器或专门的音频分析仪。许多经营基调发电机在数字领域，生产输出的各种数字音频格式，如一个AES-3，或输出。这种发电机可包括特别的信号，以刺激各种数字的影响和问题，如裁剪，抖动，比特错误;他们还经常提供的方式来操纵数据相关的数字音频格式。这个词合成用于设备，生成音频信号的音乐，或使用稍微更复杂的方法。视频信号发生器：视频信号发生器是一种装置，产出预先视频和/或电视波形，信号和其他用于刺激故障，或援助的参数测量，电视和视频系统。有几种不同类型的视频信号发生器广泛使用。不管具体类型，输出的视频发生器通常会包含适当的同步信号的电视，包括横向和纵向的同步脉冲（模拟）或同步字（数字）。发电机的复合视频信号（如NTSC和PAL）还将包括一个colorburst信号的一部分输出。视频信号发生器可用于多种应用，以及各种各样的数字格式;其中许多还包括音频一代的能力（如音轨的一个重要组成部分的任何影片或电视节目或电影）。许多应用需要低频率信号发生器，能够提供高性能，高解析度的信号。这种设计理念提出了一种电路，产生频率的0到1兆赫。正弦，三角，和方波输出可用。您可以实现频率分辨率优于0.1Hz和阶段解决优于0.1°，因此，您可以准确连贯的节目频率。此功能是有用的数字调制和频率调整的申请。该电路采用ADμC831和ADC0832来产生所需的频率。您可以在微控制器程序从PC或基于Unix的工作站。然后，您计划使用的ADC0832的三线串行接口通过微控制器。接口字是16位长。您可以计划的ADC0832提供正弦，三角，和方波输出的（直接数字合成）架构。该芯片可作为一种NCO（数字控制振荡器）利用一个晶片上，28位相位累加器，正弦系数ROM和一个10位D/A转换器。您通常考虑正弦波而言，其规模形式的（t）=罪恶（ωt）。振幅是非线性的，因此是难以产生。角的资料，另一方面，是完全线性的。这就是说，相位角旋转通过一个固定的角度对每个单位的时间。我们知道，第一阶段的正弦波是线性的，并给予参考间隔（时钟周期），您可以判断的阶段轮换这一时期：ΔPhase=ωdt的;ω=ΔPhase/dt的=2πf，和f=（ΔPhase×fMCLK）/（2π），在dt的=1/fMCLK，并fMCLK是主时钟。利用这一公式，您可以产生输出频率，了解阶段，主时钟频率。蓄电池的阶段提供了28位线性阶段。振幅系数的输出正弦波都存储在数字格式中的正弦系数光盘。数模转换器转换为正弦波的模拟网域。如果您绕过光盘，AD9834提供的三角波形不是正弦的波形。阿方波输出也可在一部分。图2显示的各种波形可以从该系统。正如图1所示，正弦/三角输出波形可在输出电流引脚（引脚19）和方波输出，可在SIGN_BIT_OUT引脚（引脚16）。你计划的直接数字频率合成器以书面的频率登记。模拟输出部分，然后：fOUT=fMCLK/228×（频率登记字）。产出的直接数字频率合成器具有28位分辨率，以便有效频率步骤的命令0.1赫兹是可能的，最高的约1兆赫。图2显示了典型的波形输出。两相登记可允许12位阶段的决议。这些登记册相移的信号：相移=2π/4096×（第一阶段登记字）。50MHz的晶体振荡器提供了参考时钟的直接数字频率合成器。输出阶段的直接数字频率合成器是一种电流输出数模转换器加载一个外部电阻。阿200Ω电阻生成所需的峰峰值电压范围。输出AC耦合电容的C1通过。该MicroConverter包含两个片上，12位DAC。DAC1不同的电流通过R5赛车，调整全面电流的直接数字频率合成器通过FSADJUST针。方程来控制大规模当前的DDS的DAC是：输出电流（全尺寸）=18×我×R5赛车。DAC0，内部参考的MicroConverter，运算放大器和2款允许抵消控制输出电压的直接数字频率合成器。您可以计划本直流偏移为±10V时为10位分辨率。当R1=R2和增益运算放大器2=8，然后输出运算放大器2：输出电压=（DAC输出（VREF/2））×8，产生了±10V时范围。电阻R6通过R9允许的增益控制通过运算放大器3。的增益运算放大器是一个功能的电阻器的开关，您可以使用RDRIVE引脚可在MicroConverter。此操作允许一个有效的可编程输出幅度约±10V时页。因此，该电路可可编程正弦波和三角波，其中包括直流偏移，并且能够设定峰峰值约为±10V时。方波输出的SIGN_BIT_OUT脚有0至5V振幅。对于低频率运行，一个低通滤波器通常可以过滤器参考时钟频率，横岭，和其他图像。申请在该输出信号的需求扩增，你应该使用一个窄带滤光片，过滤掉不需要的噪音之前，增益级。第三，为了过滤器将足够好，除去大部分不想要的噪音。应用该电路从信号波形产生，以数字调制。您可以使用该系统的频率清扫和扫描应用程序和应用程序，共振频率使用的激励信号，以确定共振电路波形通常是正弦波，产生的时间不同信号以数字形式，然后执行数字模拟转换。由于信号发生器的设备主要是数字化，它可以提供快速开关的输出频率，罚款的频率分辨率，和运作了广谱频率。与进步，设计和工艺技术，今天的DDS的设备是非常紧凑和借鉴有限的权力能够准确地产生和控制各种波形频率和剖面已成为一个重要的共同要求一些行业。是否提供灵活的来源低相位噪声可变频率的杂散性能良好用于通讯，或干脆产生频率刺激工业或生物医学测试设备的应用，方便，紧凑，成本低是重要的设计考虑。许多可能性频率新一代开放的设计师，从锁相环（PLL）的基础技术非常高频率合成技术，以动态规划的数位模拟转换器（DAC）输出生成任意波形在较低的频率。但是，直接数字频率合成技术迅速获得接受为解决频率（或波形）一代要求在通信和工业应用因为单芯片IC器件可以产生可编程模拟输出波形简单，高分辨率和准确性。此外，不断改进过程中y和工艺设计已导致成本和功耗消费水平，以前unthinkably低。为了例如AD9833，一个直接数字频率合成器为基础的可编程波形发电机，运行在5.5V提供了一个25MHz的时钟，消耗的最大功率为30毫瓦。图2显示了方形，三角形，并正弦输出可从一个AD9833。目前使用的应用直接数字频率合成器为基础的波形产生分为两大类：设计师的通信系统需要敏捷（即立即响应）频率来源具有优良的相位噪声和低杂散性能往往选择直接数字频率合成器的光谱相结合的性能和频率调整的决议。这些应用包括使用直接数字频率合成器的调制，作为参考的PLL来提高整体频率可调，作为一个本地振荡器（LO），甚至直接射频传输。另外，许多工业和医学领域的应用使用直接数字频率合成器作为一个可编程的波形发生器。由于DDS的是数字可编程的相位和频率的波形可以很容易地调整，而不需要改变的外部组成部分，这通常需要改变使用传统的模拟编程波形发生器。直接数字频率合成器允许进行简单的调整频率的实时定位共振频率或补偿温度漂移。这种应用包括使用DDS在频率可调来源测量阻抗（例如在一个阻抗为基础的感应器），产生的脉冲波调制信号的微型驱动，或审查衰减局域网或电话线。今天的成本竞争力，高-性能，功能综合DDS的集成电路正在成为双方共同的通信系统和传感器应用。的优势，使他们有吸引力的设计工程师包括：数字控制微赫兹的频率调整和分学位阶段的调整能力，跳跃速度极快的速度在调整输出频率（或阶段）;阶段-啤酒花连续频率无超/下冲或模拟有关的闭环解决时间异常，数字结构的DDS无需为手动调节和调整相关的组成部分老化和温度漂移的模拟合成器解决方案，并数字控制接口的直接数字频率合成器的架构有利于一种环境，使系统可远程控制和优化高分辨率下的处理器控制。如何将我使用直接数字频率合成器装置的FSK信号的编码？二进制频键控（通常称为简单的FSK信号）是一个最简单的形式的数据编码。数据传输转移的频率连续承运人有两种离散频率（因此二进制）。一个频率或许被指定为标志的频率（二进制）和另外，因为空间频率（二进制零）。这种编码方案很容易实施使用DDS的。那个DDS的频率调谐字，代表输出频率，设置适当的价值观产生f0和f1发生格局的0和1的传播。用户程序两个词需要调整到前传输设备。对于AD9834，两个频率可用登记为方便FSK信号的编码。一个专用的引脚设备（FSELECT）接受调制信号，并选择适当的调整字（或频率登记）。

三、源程序//名称：mif文件制作（C语言）//功能描述：产生256个正弦波形8位数据值。#include"math