基于FPGA的FSK调制解器器设计
基于FPGA的MSK调制解调器设计与应用
邮局订阅号：82-946360元/年技术创新PLD CPLD FPGA 应用《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注基于FPGA 的MSK 调制解调器设计与应用Designing and Application of MSK Modulator and Demodulator basade on FPGA(常州工学院)肖闽进XIAO Min-jin摘要:提出了一种基于FPGA 的数字MSK 调制解调器设计方法,应用VHDL 语言进行了模块设计和时序仿真。
硬件部分在Altera 公司EP2C15AF256C8N FPGA 上实现。
结果表明,数字MSK 调制解调器具有相位连续,频带利用率高的优点。
关键词:现场可编程逻辑阵列;最小频移键控;调制;时序仿真中图分类号:TN911.3;TP302.1文献标识码:A Abstract:A method for designing Minimum Frequency Shift Keying modulator and demodulate is developed.The VHDL Models aredesigned and simulated,the results show the MSK enjyos the characteristics of phase continuation and high band utilization.Key words:FPGA;MSK;Modulator;Simulation文章编号:1008-0570(2009)09-2-0139-02数字调制解调器在点对点的数据传输中得到了广泛的应用。
通常的二进制数字调制解调器是建立在模拟载波上的,在电路实现时需要模拟信号源,这会给全数字应用场合带来不方便。
本文分析了MSK(最小频移键控)数字调制信号特征,提出一种全数字固定数据速率MSK 调制解调器的设计方法,应用VHDL 语言进行了模块设计和时序仿真。
FSK调制及解调实验报告
FSK调制及解调实验报告FSK调制及解调实验报告一、实验目的1.深入理解频移键控（FSK）调制的基本原理和特点；2.掌握FSK调制和解调的实验方法和技能；3.通过实验观察和分析FSK调制解调的性能和应用。
二、实验原理频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）是一种常见的数字调制方法，它利用不同频率的信号代表二进制数据中的“0”和“1”。
在FSK调制中，输入信号被分为两种频率，通常表示为f1和f2，分别对应二进制数据中的“0”和“1”。
FSK调制的基本原理是将输入的二进制数据序列通过频率切换的方式转换为高频信号序列。
具体来说，当输入数据为“0”时，选择频率为f1的信号进行传输；当输入数据为“1”时，选择频率为f2的信号进行传输。
解调过程中，接收端将收到的混合信号进行滤波处理，根据不同的频率将其分离，再通过低通滤波器恢复出原始的二进制数据序列。
三、实验步骤1.FSK调制过程(1) 将输入的二进制数据序列通过串并转换器转换为并行数据序列；(2) 利用FSK调制器将并行数据序列转换为FSK信号；(3) 通过高频信道发送FSK信号。
2.FSK解调过程(1) 通过高频信道接收FSK信号；(2) 利用FSK解调器将FSK信号转换为并行数据序列；(3) 通过并串转换器将并行数据序列转换为原始的二进制数据序列。
四、实验结果与分析1.FSK调制结果与分析在FSK调制实验中，我们选择了两种不同的频率f1和f2分别表示二进制数据中的“0”和“1”。
通过对输入的二进制数据进行FSK调制，我们成功地将原始的二进制数据转换为FSK信号，并可以通过高频信道进行传输。
在调制过程中，我们需要注意信号转换的准确性和稳定性，以确保传输的可靠性。
2.FSK解调结果与分析在FSK解调实验中，我们首先接收到了通过高频信道传输过来的FSK信号，然后利用FSK解调器将信号转换为并行数据序列。
最后，通过并串转换器将并行数据序列恢复为原始的二进制数据序列。
FSK 通信系统调制解调综合实验电路设计
学生实验报告书实验课程名称通信原理开课学院信息工程学院指导教师姓名学生姓名学生专业班级2014-- 2015学年第 1 学期实验教学管理基本规范实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。
为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。
1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参照执行或暂不执行。
2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。
3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。
每部分均在实验成绩中占一定比例。
各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。
各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。
4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。
教师要在实验过程中抽查学生预习情况，在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。
5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。
在完成所有实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。
6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。
实验课程名称：__通信原理_____________图3-2 2FSK调制器各点的时间波形本次综合设计实验调制部分正是采用此方法设计的。
整个调制系统包括：载波振荡器、分频器、反相器、调制器与加法器等单元电路组成。
2FSK）信号常用解调方法有很多种，在设计中利用过零检测法。
过零检测法是利用信号波形在单位时间内与零电平轴交叉的次数来测定信号频率。
解调系所示电路：图4-1 主载波振荡器电原理图图4-2 主载波信号波形图分频器电路设计与工作原理④ m序列发生器电路设计与工作原理m序列也称作伪随机序列，它的显著特点是：图4-7 门电路与电子开关构成的调制器电原理图由图可知，若用门电路构成调制器，其工作过程是：从“信码\IN”输入的基带信号分成两路，1路经（74LS00）反相后接至OOK2（74LS00）的控制端，另1路直接接至OOK1的控制信号解调电路设计与工作原理从前面原理的介绍中，我们知道2FSK调制信号的解调若用非相干过零检测法，必须有七个单元模块来完成。
FFSK调制解调论文设计
基于CM X469A 的 FFS K调制解调器设计与应用摘要：本课题主要内容是在介绍信号、调制和解调的基本原理，对调制、解调及其形成的波形从理论上作一定的分析和讨论；着重于介绍调制器的电路原理及设计方法。
本课题提出一种用AT89C2051 单片机控制CMX 469A 集成芯片实现FFSK 调制解调器的设计方法, 并应用于点对点的数据传输系统。
结果表明：FFS K 调制解调器具有相位连续、包络恒定的特征, 频带利用率优于一般FS K 和PS K /D PS K。
关键词：快速频移键控；单片机；AT89C2051；CMX469A；调制解调器Abstract: The main contents of this issue is to introduce signal modulation and demodulation of the basic principles of modulation, demodulation and waveform shape for a certain theoretical analysis and discussion; focus on introducing the principle of the modulator circuit and design method.The subject of a single-chip AT89C2051 with CMX 469A control FFSK integrated modem chip design methodology, and applied topoint-to-point data transmission systems. The results showed that: FFS K modem with a continuous phase, constant envelope characteristics, bandwidth efficiency is superior to the general FS K and PS K / D PS K.Key words: fast frequency shift keying; modem; single-chip microcomputer;；AT89C2051；CMX469A；1概述 (3)1.1课题背景 (3)1.2课题简介 (3)1.3数字调制的特点及分类 (4)1.4关键元器件介绍 (5)1.4.1AT89C2051单片机 (5)1.4.2CMX496A简介 (7)2FFSK数字调制 (8)2.1二进制数字调制原理 (8)2.1.1调制定理 (8)2.1.2基本原理 (10)2.2二进制振幅键控（2ASK） (11)2.2.1二进制振幅键控的调制与解调 (11)2.2.2单边带和残余边带调制的概念 (12)2.3二进制移频键控（2FSK） (12)2.3.12FSK信号的产生和解调 (12)2.4二进制移相键控 (13)2.4.1二进制移相键控及二进制差分相位键控（2PSK）及（2DPSK） (13)3FFSK数字解调 (15)3.1FFSK解调原理 (15)3.1.1基带差分解调 (15)3.1.2中频差分解调 (16)3.1.3鉴频器解调 (17)3.2非相干解调与相干解调性能比较 (18)3.3信道非线性对线性调制的影响 (19)3.4FFSK的误码性能分析 (19)4FFSK调制解调器的系统总体设计 (20)4.1功能模块介绍 (21)4.2FFS K信号特点与调制解调方法 (21)5FFSK调制解调功能模块设计 (23)5.1单片机AT89C2051与CMX469A接口模块设计 (23)5.2码变换器 (25)5.3多路分频器（÷2、÷4、÷8、÷16分频） (25)5.4滤波器A和滤波器B (27)5.5放大器 (27)5.6信号调制 (28)5.6.12FSK、2ASK调制 (28)5.6.22DPSK与2PSK调制 (30)6系统软件设计 (31)6.1系统发射与接收流程图 (31)6.2软件设计思路 (32)7总结及致谢 (34)7.1小结 (34)7.2致谢 (34)8参考文献 (35)9附录 (36)附录一：总原理图 (36)附录二：元件清单 (37)附录三：程序清单 (38)1概述1.1 课题背景无线通信在现代社会中起着举足轻重的作用。
实验报告 基于FPGA的2FSK调制器的实现
一、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0f 时代表传0，载频为1f 时代表传1。
显然，2FSK 信号完全可以看成两个分别以0f 和1f 为载频、以n a 和n a 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，-A图1 2FSK 信号的典型时域波形其一般时域数学表达式为t nT t g a t nT t g a t S n s n n s n FSK 102cos )(cos )()(ωω⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑∑ （10-1）式中，002f πω=，112f πω=，n a 是n a 的反码，即⎩⎨⎧=PP a n －概率为概率为11⎩⎨⎧=PP a n －概率为概率为1012、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;output[7:0] 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;reg[23:0] 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;endelsecnt<=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;reg[23:0] 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;endelsecnt<=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;reg[23:0] cnt;always @(posedge clk_27M)beginif (reset)begincnt<=0; //同步复位flag<=0;endelse if(cnt==13499999)begincnt<=0;flag<=~flag;endelsecnt<=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;endcaseendendmodule//正弦波形模块module sin(clk,reset,sin_out);input clk,reset;output[7:0] sin_out;reg[7:0] sin_out;reg[6:0] num;always@(posedge clk or posedge reset)beginif(reset)sin_out<=0;else if(num==63)num<=0;elsenum<=num+1;case(num)0:sin_out<=255;1:sin_out<=254;2:sin_out<=252;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;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<=8'bx;endcaseendendmodule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图6 最终波形输出结果图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。
FSK信号调制与解调技术
1 引言1.1 研究的背景与意义现代社会中人们对于通信设备的使用要求越来越高，随着无线通信技术的不断发展，人们所要处理的各种信息量呈爆炸式地增长。
传统的通信信号处理是基于冯·诺依曼计算机的串行处理方式，利用传统的冯·诺依曼式计算机来进行海量信息处理的话，以现有的技术，是不可能在短时间内完成的。
而具于并行结构的信息处理方式为提高信息的处理速度提供了一个新的解决思路。
随着人们对于通信的要求不断提高,应用领域的不断拓展，通信带宽显得越来越紧张。
人们想了很多方法，来使有限的带宽能尽可能的携带更多的信息。
但这样做会出现一个问题,即：信号调制阶数的增加可以提升传送时所携带的信息量，但在解调时其误码率也相应显著地提高。
信息量不断增加的结果可能是，解调器很难去解调出本身所传递的信息.如果在提高信息携带量的同时，能够找到一种合适的解调方式，将解调的误码率控制在允许的范围内,同时又不需要恢复原始载波信号，从而降低解调系统的复杂程度,那将是很好的。
通信技术在不断地发展，在现今的无线、有线信道中,有很多信号在同时进行着传递，相互之间都会有干扰，而强干扰信号也可能来自于其它媒介。
在军事领域，抗干扰技术的研究就更为必要。
我们需要通信设备在强干扰地环境下进行正常的通信工作.目前常用的通信调制方法有很多种,如FSK、QPSK、QAM等。
在实际的通信工程中，不同的调制制式由于自身的特点而应用于不同场合，而通信中不同的调制、解调制式就构成了不同的系统.如果按照常规的方法,每产生一种信号就需要一个硬件电路，甚至一个模块，那么要使一部发射机产生几种、几十种不同制式的通信信号，其电路就会异常复杂，体积重量都会很大。
而在接收机部分，情况也同样是如此，即对某种特定的调制信号，必须有一个特定的对应模块电路来对该信号进行解调工作。
如果发射端所发射的信号调制方式发生改变，这一解调模块就无能为力了。
实际上，随着通信技术的进步和发展,现代社会对于通信技术的要求越来越高，比如要求通信系统具有最低的成本、最高的效率,以及跨平台工作的特性，如PDA、电脑、手机使用时所要求的通用性、互连性等。
基于FPGA的FSK调制解调器设计与实现
基于FPGA的FSK调制解调器设计与实现FSK调制解调器是一种常用的数字通信技术，可用于数据传输、无线通信等领域。
本文将介绍基于FPGA的FSK调制解调器的设计和实现，包括原理介绍、系统设计、硬件实现和性能分析等方面。
一、引言FSK调制解调器是一种数字通信系统，它通过改变载波频率的方式来传输数字信号。
本文基于FPGA实现FSK调制解调器，利用FPGA 的灵活性和可重构性，提供了一种高效、可靠的数字通信解决方案。
二、FSK调制解调原理介绍FSK调制解调器是通过将数字信号映射到两个不同频率的载波上，实现信息传输的。
调制过程中，二进制数据0和1分别对应两个特定频率的载波，解调过程中通过判断输入信号的频率来还原原始数据。
三、系统设计1. FSK调制器在FPGA中设计FSK调制器，需要使用相应的调制算法将数字信号转换为两个不同频率的载波。
可以采用数字频率合成技术合成两个不同频率的信号，并通过逻辑电路实现相应的调制功能。
2. FSK解调器FSK解调器的设计目标是通过输入信号的频率变化来判定数字信号的0和1。
可以采用数字滤波器和频率判决电路实现解调功能，将输入的频率信号转换为相应的数字信号。
四、硬件实现1. FPGA配置基于FPGA的FSK调制解调器的硬件实现，首先需要将相应的调制解调算法和电路设计编写为硬件描述语言如VHDL，并经过综合、布局布线等步骤生成比特流。
2. ADC和DAC为了接收和发送模拟信号，需要使用ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号，并使用DAC（数模转换器）将数字信号转换为模拟信号。
3. 时钟模块与控制模块为了保持系统的同步和稳定性，需要设计时钟模块和控制模块。
时钟模块用于在固定的时间间隔内，对输入信号进行采样和调制；控制模块用于控制时钟、数据流等系统参数，保证系统的正常运行。
五、性能分析1. 调制误差分析通过对比输入信号与调制后的信号的频谱图，可以评估FSK调制器的性能，主要包括频率偏移、频谱扩展等指标。
CPFSK调制解调器设计与实现
CPFSK调制解调器设计与实现本文主要设计实现了CPFSK调制解调通信系统,系统中包含m序列加密解密电路、RS编译码电路、交织与解交织电路、卷积编译码电路以及CPFSK调制解调电路。
文中首先设计了系统的总体框图,然后对系统中的各个电路的设计与实现作了深入的研究。
在系统的加密部分中,本文基于m序列设计32级m序列加密解密电路,并在FPGA的硬件基础上,采用Verilog语言实现了32级m序列加密解密电路；在系统的纠错码中,采用了RS(255,239)码与(2,1,7)卷积码级联的方式,并在两编码器的级联中间插入了交织器,以提高纠错系统的纠错性能；对于RS(255,239)码的编码电路,本文对其传统的编码算法进行了改进,并在FPGA的硬件基础上,采用Verilog语言实现了RS(255,239)编码电路,并基于Altera的IP核实现了RS(255,239)码的译码电路；在研究RS编译码电路中,还研究了电路工作过程中遇到的码率匹配问题和串并转换问题,并提出了该问题的解决方案,在FPGA的硬件基础上,采用Verilog语言设计实现了码率匹配电路和串并转换电路；交织器本文采用卷积交织的方法来实现,并在FPGA的硬件基础上,采用Verilog语言实现了交织与解交织电路；对于(2,1,7)卷积码的编码电路,本文在FPGA的硬件基础上,采用Verilog语言实现了(2,1,7)卷积编码电路,而(2,1,7)卷积码的译码电路,本文采用Viterbi译码算法来实现,并基于Altera的IP核实现了Viterbi 译码电路；最后,CPFSK调制解调电路采用了其特殊的一种方式MSK调制,采用Verilog语言设计实现了MSK经典的正交调制电路,并在DFT算法的基础上,设计了一种更加简单有效的MSK解调方案,采用Verilog语言实现了该解调电路。
在硬件实现的同时,本文还在Matlab平台上对各个模块进行了仿真验证,确保电路设计的正确性。
基于FPGA的CPFSK调制解调器设计与实现
基于FPGA的CPFSK调制解调器设计与实现随着无线通信技术的快速发展，频率偏移键控频移键控（CPFSK）调制解调器在数字通信系统中发挥着重要的作用。
本文将介绍如何基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）设计和实现一个高性能的CPFSK 调制解调器。
文章将从原理介绍、系统设计、硬件实现和性能评估等方面展开讨论。
一、引言CPFSK是一种基于频率偏移的调制技术，适用于许多数字通信系统中。
其具有频谱效率高、抗干扰性强等优点，因此在无线通信领域得到广泛应用。
为了满足不同应用场景的需求，设计一个高性能、低功耗的CPFSK调制解调器是非常重要的。
二、系统设计1. 调制器设计CPFSK调制器的设计主要包括生成正弦信号、生成频率调制信号和信号合成等步骤。
我们可以利用FPGA的资源来实现这些功能。
通过分析CPFSK调制的原理，我们可以设计出一个高效的调制器电路，并将其转化为硬件描述语言进行实现。
2. 解调器设计CPFSK解调器的设计与调制器类似，主要包括解调出载波频率和解调出基带信号等步骤。
在解调器设计中，我们需要将接收到的信号进行滤波、混频等处理，以还原原始的基带信号。
同样地，我们可以利用FPGA的资源来实现这些功能。
三、硬件实现1. 系统结构基于FPGA的CPFSK调制解调器可以采用并行处理的结构。
通过并行计算，我们可以提高系统的运算速度和实时性。
在系统结构设计中，我们需要考虑FPGA的资源限制和系统的实际应用需求，合理划分各个模块并进行资源分配。
2. 硬件描述语言我们可以使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）进行CPFSK调制解调器的设计和实现。
硬件描述语言可以以高层次的形式描述硬件电路，并且可以方便地在FPGA上进行逻辑综合和布局布线。
四、性能评估为了评估设计的CPFSK调制解调器的性能，我们可以使用仿真工具进行系统级仿真和时序仿真。
通过仿真，我们可以得到系统的误码率、噪声性能等性能指标，并对设计进行优化。
2FSK调制解调电路的设计
2FSK调制解调电路的设计引言：调频键控(Frequency Shift Keying, FSK)是一种常见的数字调制解调技术，其原理是通过改变载波频率来传输数字信号。
二进制FSK(2FSK)是最基本的FSK调制方式，其中两个不同的频率代表了二进制中的0和1、本文将介绍2FSK调制解调电路的设计。
一、2FSK调制电路1.频率可调的带通滤波器频率可调的带通滤波器用于接收输入信号，并将频率转换为两个不同的预设频率。
该滤波器通常由一个带可调中心频率的VoltageControlled Oscillator (VCO)和一个窄带滤波器组成。
输入信号经过一级放大后进入VCO，VCO将输入信号频率转换为预设频率。
滤波器用于滤除不需要的频率成分，只保留希望传输的频率分量。
2.相位锁定环路(PLL)相位锁定环路是2FSK调制电路的核心。
它由一个相频比较器(Phase-Frequency Detector, PFD)、一个环路滤波器(Loop Filter)、一个VCO和一个除频器(Divider)组成。
相频比较器用于比较参考信号和VCO输出信号的相位差，产生一个频率和相位误差的输出。
这个输出信号经过环路滤波器后，将调整VCO的输出频率，使其与参考信号的相位差最小化。
除频器将VCO输出的频率除以一个预设的常数，得到一个比输入信号低的频率，在输入信号的两种频率之间切换。
二、2FSK解调电路2FSK解调电路主要由一个鉴频器和一个比较器组成。
1.鉴频器鉴频器用于提取输入信号中的频率信息，并将其转换为与输入信号频率相同的模拟信号。
鉴频器通常由一个窄带滤波器和一个包络检波器组成。
窄带滤波器用于滤除不需要的频率成分，只保留输入信号中的目标频率分量。
包络检波器将滤波后的信号变为其包络信号，将其转换为模拟信号。
2.比较器比较器用于将模拟信号转换为数字信号，实现2FSK信号的解调。
比较器通常由一个阈值电路和一个数字信号输出端口组成。
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摘要以往的移频键控调制解调器采用“固定功能集成电路+连线”方式设计，集成块多，连线复杂，容易出错，且体积较大。
为解决上述问题，本文在EDA技术开发平台MAX+plus II上设计实现了一种新型的2FSK信号调制解调器,利用m 序列的随机性和确定性来产生输入基带信号,用分频器把时钟信号分频成两个不同频率的信号。
详细介绍了基于FPGA的2FSK信号发生器的设计方法,提供了VHDL源代码在MAX+plus II环境下的仿真结果。
本设计采用的是Lattice公司的FPGA 芯片，它有效地缩小了系统的体积，降低了成本，且电路简洁，增加了系统的可靠性。
由于所用的器件在信号处理过程中有一定的延迟，所以不可避免的出现信号失真。
这在实际应用中也是不可避免的。
采用更好的调制解调方法和改进器件的信号处理速度可以使信号延迟得到改善。
关键字：现场可编程门阵列移频键控调制解调器可移植性AbstractThe method of integrated circuits of fixed function with lines had been adopted, but there are many integrated units, cmplicated lines, large volume in this system ,which makes errors easily. To resolve the problem, I design and achieve a new FSK modem based on EDA technology development platforms of MAX+plus II,and use pseu-do-random sequence to generate the importation of base-band signal,with crossover frequency of the clock signal into two different frequency signals.Provided details on the FPGA-based FSK signal generator design and simulation results with VHDL source code provided in the MAX+plus II environment. Because those devices used in the system always delay during the signal processing process, it is inevitable that the signal would be distortion. It is also inevitable in the practical application. In order to improve the system, using better modulation methods and improving the signal processing speed of the devices are helpful.Keywords: FPGA FSK Modem Portability目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景及本文研究意义 (1)1.2 FSK应用现状[4] (2)1.2.1蓝牙(Bluetooth)通信设备 (3)1.2.2医学植入微电子器件 (3)1.2.3低速调制解调器[5] (3)1.2.4铁路信号控制系统中的移频自动闭塞系统[6] (3)1.2.5便携式消费电子 (4)1.3 本文内容 (4)第二章FPGA的设计基础 (5)2.1 FPGA简介 (5)2.2 EDA设计平台选择 (6)2.2.1 设计输入 (6)2.2.2 项目编译 (6)2.2.3 项目校验 (7)2.2.4 器件编程 (7)2.3硬件描述语言的选择 (7)第三章系统方案设计 (10)3.1系统的性能指标 (10)3.2系统实现原理 (10)3.3 2FSK若干种调制方式比较 (12)3.3.1用小逻辑器件实现 (12)3.3.2 用2ASK的调制方案来实现2FSK调制 (13)3.3.3 用可编程逻辑器件设计2FSK调制器 (14)3.3.4 几种方案的性能比较 (15)3.4 调制系统的设计 (15)3.5 解调系统的设计 (19)第四章软件设计及仿真 (20)4.1 2FSK调制程序及仿真图 (20)4.1.1 2FSK调制VHDL程序 (20)4.1.2 2FSK调制仿真图及注释 (22)4.2 2FSK解调程序及仿真图 (23)4.2.1 2FSK解调VHDL程序 (23)4.2.2 2FSK解调仿真图及注释 (24)第五章总结 (26)致谢...................................................................................... 错误！未定义书签。
参考文献.. (27)第一章绪论本章阐述通信系统中数字信号传输研究背景、FSK应用现状、本文研究意义以及本文的主要工作，明确指出了当今通信系统所面临的问题以及数字通信系统的若干优点，数字通信传输的发展方向和发展前景。
1.1 课题背景及本文研究意义背景：通信按照传统的理解就是信息的传输与交换，其中信息可以用标记、符号、声音或图像来表示。
在当今社会，通信与传感、计算机技术紧密结合,成为整个社会的“高级神经中枢”。
没有通信，人类社会将不可以想象的。
一般来说，整个社会的生产力水平要求与之相适应。
如果整个社会的通信水平跟不上，社会成员之间的合作程度也会受到影响，社会生产力的发展也必然最终受到限制。
电通信的历史并不长,至今不过只有160年的时间。
一般把1838年有线电报的发明作为开始使用电通信的标志,但那时的通信距离只有70km。
1876年发明的有线电话被称为是现代通信的开端。
1878年世界上的第一个人工交换局只有21个用户。
无线电报于1896年实现,它开创了无线电通信发展的道路。
1906年电子管的发明迅速提高了无线通信及有线通信的水平。
伴随着通信技术的发展,通信科学在20世纪30年代起获得了突破性的进展,先后形成了脉冲编码原理、信息论、通信统计理论等重要理论体系。
1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制(PCM)的概念，从此之后通信数字化的时代应该说已经开始了，而50年代以来，由于晶体管和集成电路的问世，不仅模拟通信获得高速发展，而且促成了具有广阔前景的数字通信的形成。
在通信种类上，相继出现了脉码通信、微波通信、卫星通信、光纤通信、计算机通信等。
特别是通讯技术与计算机技术的结合,正在以前所未有的力度促进通信网、计算机网和综合业务网的发展。
总之，在这些因素的带动下，数字通信高速发展了起来[1]。
随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。
现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。
而这些系统都使用到了数字调制技术。
而且从电子时代初期开始，随着技术的不断发展，本地通讯与全球通讯的之间壁垒被打破，从而导致我们世界变得越来越小，人们分享知识和信息也更加容易。
贝尔和马可尼可谓通讯事业的鼻祖，他们所完成的开拓性工作不仅为现代信息时代奠定了基础，而且为未来电讯发展铺平了道路。
而且，通信事业正蓬勃发展，有广阔的情景。
可见，通信已与我们的生活密不可分。
通信传输的方式有多种多样。
传统的本地通讯借助于电线传输，因为这既省钱又可保证信息可靠传送。
而长途通讯则需要通过无线电波传送信息。
无线电通信在现代通信中占有及其重要的地位，被广泛应用于商业、气象、运输、民用等领域。
例如,蓝牙技术,它可在世界上的任何地方实现短距离的无线语音和数据通信[2]。
无线电以电磁波的形式在空间中传播的，为了延长传输距离，减少噪声干扰，提高信道利用率以及保护信号接受质量，发射信号采用不同的调制体制并在不同的信道上传送。
这就不仅在系统硬件设备方面有所浪费，而且从传送信息的准确性考虑，由于气象条件、高大建筑物以及其他各种各样的电磁干扰，往往所采取的措施并不能保证了信息传送的确定性。
随着现代科学技术的发展,目前使用的最为广泛的是电通信方式,即电信号携带所需要传递的消息,然后经过电信道进行,达到通信的目的。
之所以使用电通信方式是因为这种方式能使消息几乎在任意的通信距离上实现迅速而有准确的传递。
因此，如今所说的“通信”这一术语一般就是指电通信。
各种消息在转换成电信号的时候，消息与电信号之间必须建立单一的对应关系，否则接收端就无法得到原来的消息。
通常，消息被载荷在电信号的一个参量上，如果电信号的该参量携带着离散消息，则该参量必将是离散取值。
这样的信号就称为数字信号。
如果电信号的参量连续取值，则这样的信号就称为模拟信号[2]。
点对点之间建立的通信系统是通信的最基本形式,其模型可用图1.1表示[3]。
图1.1通信系统的一般原理图意义：以往的移频键控调制解调器采用“固定功能集成电路+连线”方式设计，集成块多，连线复杂，容易出错，且体积较大。
为解决上述问题，本文介绍了一种基于现场可编程门阵列FPGA芯片来设计移频键控FSK调制解调器的基本方法，用VHDL语言来描述硬件的行为硬件不同时描述的方式就不一样，每一款芯片都有其独特的设计，我们在编写程序的时候要严格根据硬件的物理构成来编写对应的程序，使其完成我们所预想的功能。
1.2 FSK应用现状[4]频移键控(FSK)调制解调方式的应用比较广泛，尤其是在数据率较低、数据量比较小、短距离传输的无线通信领域。
目前，针对FSK信号在这些领域的应用，国内外己经有大量的研究成果。
1.2.1蓝牙(Bluetooth)通信设备蓝牙(Bluetooth)是应用FSK调制解调的一个重要领域之一。
蓝牙可替代短距离线缆，实现在移动电话、便携式电脑和其他电子装置间的无缝线连接。
它具有成本低、功耗低、体积小的特点。
蓝牙技术的目标是用无线技术连接所有的移动电子设备，进而形成一种个人身边网络，使得其范围内的各种信息化的移动和便携设备都能实现资源共享。
可见，蓝牙应用的市场需求是非常广阔的，越来越多的蓝牙芯片会投入生产，越来越多的旅馆、邮局、高尔夫球场、飞机场、商场、会议中心和商业领域都在采用蓝牙技术。
1.2.2医学植入微电子器件FSK解调方式的另外一个前景广阔的应用领域是在医学植入微电子器件领域。
国外早在19世纪初就研究出了电子心率计。
而现在，越来越多的病人已经受益于可植入微电子器件(IMD, Implantable Microelectronic Devices)的先进技术，尤其是在药物或者物理手段不起作用的疾病和身体缺陷治疗方面。