随机实验报告材料2ASK调制QuartusII90西电.docx
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随机实验报告材料2ASK调制QuartusII90西电
2ASK调制器的设计与实现
一、实验目的
(1)掌握2FSK调制的原理及实现方法;
(2)学习与熟悉QuratusII软件的使用;
(3)掌握如何应用仿真器来开发应用系统及仿真调试的过程,了解FPGA开发的基本流程。
2、实验仪器或软件
QuartusII9.0、FPGA实验板、WD990微机电源、双踪示波器。
3、实验原理
3.12ASK调制原理
2ASK是数字调制技术的基础,是一种实用的二进制振幅监控方式。
2ASK调制解调器系统框图如图3.1-1所示:
图3.1-12ASK调制解调器系统
3.1.1 2ASK调制器原理及波形图
在幅度键控中载波幅度是随着调制信号而变化的。
最简单的形式是载波在二进制调制信号1或0的控制之下通或断。
典型的波形如图3.1-2所示:
图3.1-22ASK调制原理与波形
3.1.2实验步骤
2ASK调制器的调制器电路如图3.1-3所示:
图3.1-32ASK调制器电路
1m序列信号:
设计一个周期为15的M序列作为基带信号(信源)(见例1)。
信源码率5000bit/s。
2时钟信号:
由实验板提供20MHz时钟clk,仿真时可设20MHz时钟分频。
③Start信号:
开始信号。
在实验板中需要硬件实现。
Start信号波形图如下:
3分频器:
编写一个通用的奇偶通用分频程序。
分频次数与载波频率有关。
本实验用数字电路完成分频器设计。
4计数器:
使用QuartusⅡ中的lpm_counter器件实现。
5开关电路:
由基带信号来控制它的输出。
使用QuartusⅡ中的lpm_latch器件实现。
当M序列输出为“1”时输出“f”,为“0”时输出“0“。
3.1.3测试.
按系统方框图,模块化设计,在顶层文件中调用各模块,最终完成一个2ASK调制器。
实现此系统可分3步完成:
1电路设计或程序设计。
2QuartusⅡ软件仿真。
3在FPGA实验板中下载并用示波器观察2ASK调制信号。
四、实验结果及分析
第一部分电路图
图3.1.1分频器
分频器的设计:
采用Verilog语言编写程序,再转换为逻辑符号,接入总电路中。
由于分频器是奇偶通用的,就需要统计时钟上下边沿,其中N便是N分频,M是控制占空比。
这里是上分频器是125分频,占空比为20%。
图3.1.2计数器以及ROM
采用查表法设计正弦信号
计数器:
由输出时钟上升沿触发,这里设置了3位的输出q[2..0]。
ROM:
时钟信号与计数器是同一时钟。
ROM的地址输入是3位的,输出是8位bit的输出。
ROM存储的值如图3.1.3所示。
图3.2.4ROM存储的值
给定的载波为正弦波。
设S(x)=sin(x),令x=0,得到第一个样值,X=45得到第二个样值等等,共取得8个样值,然后将这些样值归一化为8位带符号的有效数字。
进行8点采样,得到
0,0.707,1,0.707,0,-0.707,-1,-0.707。
叠加一个直流分量,转换为正整数
1,1.707,2,1.707,1,0.293,0,0.293
由于采用8位bit输出,乘以127。
127,217,254,217,127,37,0,37将载波的正弦波样本值存放在ROM中。
图3.1.3开关电路
Lpm_latch:
参数化锁存器。
gate端接m序列,data[7..0]端接由载波电路输出的模拟正弦信号。
输出为8位数据的2ASK调制信号
图3.1.4m序列发生器
采用74175模块按实验指导书要求完成设计,时钟信号由下分频器输出得到,输出m序列。
图3.1.52ASK调制电路
将各个模块连接后得到2ASK调制电路。
第二部分:
波形图
图3.2.120MHz时钟信号和经过上分频的波形clockDiv1
Clk为20MHz时钟信号。
上分频器采用125分频,占空比为20%。
得到分频后输出160KHz的clockDiv1波形
图3.2.220MHz时钟信号和经过下分频的波形clockDiv2
Clk为20MHz时钟信号。
上分频器采用4000分频,占空比为50%。
得到分频后输出5KHz的clockDiv2波形
图3.2.3计数器波形q
输入为160KHz的clockDiv1,上升沿触发,得到计数器波形,从0计数到7,共8位数字。
图3.2.5正弦波波形
使用查表法,通过计数器和ROM的选择得到正弦波形。
这里正弦波形的频率应为160/8=20(KHz)的正弦载波。
图3.2.6模拟正弦波波形
将正弦信号转换为模拟波形
图3.2.7m序列波形
输出时钟为5KHz,得到相应的m序列波形
图3.2.82ASK调制信号
经过lpm_latch参数化锁存器的选择得到2ASK调制信号
图3.2.92ASK调制信号频域及时域波形
时域波形:
由此看出在FPGA实验板上得到的2ASK波形符合预期以及仿真的结果。
M序列为0的地方,2ASK输出也为0,m序列为1的地方2ASK输出为载波。
频域波形:
观察频谱,可以看出能量主要集中在频谱主瓣上,主瓣上的尖锐凸起即表示载波的频率。
主瓣带宽为10KHz。
为后续的带通滤波、解调提供依据。
五、心得体会
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