【文章內(nèi)容簡介】 0。1．分頻器本實例中數(shù)據(jù)速率為 kHz， 要求產(chǎn)生 kHz和kHz兩個正弦信號。對正弦信號每周期取 100個采樣點，因此要求能產(chǎn)生 3個時鐘信號： kHz(數(shù)據(jù)速率 )、 120kHz(產(chǎn)生 kHz正弦信號的輸入時鐘 )和 240kHz(產(chǎn)生 kHz正弦信號的輸入時鐘 )?；鶞?zhǔn)時鐘由一個 12MHz的晶振提供。設(shè)計中要求一個 50分頻 (產(chǎn)生240kHz信號 )，再 2分頻 (產(chǎn)生 120kHz信號 )和 100分頻 (產(chǎn)生 kHz信號 )，共有三個分頻值。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 2． m序列產(chǎn)生器m序列是偽隨機序列的一種，它的顯著特點是：隨機特性，預(yù)先可確定性，循環(huán)特性。正因為這些特性，使得 m序列產(chǎn)生器在通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本例用一種帶有兩個反饋抽頭的 3級反饋移位寄存器，得到一串 “1110010”循環(huán)序列，并采取措施防止進入全 “0”狀態(tài)。通過更換時鐘頻率可以方便地改變輸入碼元的速率。 m序列產(chǎn)生器的電路結(jié)構(gòu)如圖 79所示。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 圖 79m序列產(chǎn)生器電路結(jié)構(gòu)第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 3．跳變檢測將跳變檢測引入正弦波的產(chǎn)生中，可以使每次基帶碼元上升沿或下降沿到來時，對應(yīng)輸出波形位于正弦波形的 sin0處。引入跳變檢測主要是為了便于觀察，確保示波器上顯示為一個連續(xù)的波形?；鶐盘柕奶儥z測可以有很多方法，圖 710為一種便于在可編程邏輯器件中實現(xiàn)的方案。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 圖 710信號跳變檢測電路第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 4． 2:1數(shù)據(jù)選擇器2:1數(shù)據(jù)選擇器用于選擇正弦波產(chǎn)生器的兩個輸入時鐘。一個時鐘的頻率為 120kHz， 此時正弦波產(chǎn)生器產(chǎn)生一個 kHz的正弦波，代表數(shù)字信號 “0”；另一個時鐘的頻率為 240kHz， 此時產(chǎn)生一個 kHz的正弦波信號，代表數(shù)字信號 “1”。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 5．正弦信號的產(chǎn)生用數(shù)字電路和 DAC變換器可以產(chǎn)生要求的模擬信號。根據(jù)抽樣定理可知，當(dāng)用模擬信號最大頻率兩倍以上的速率對該模擬信號采樣時，便可將原模擬信號不失真地恢復(fù)出來。本例要求得到的是兩個不同頻率的正弦信號，實驗中對正弦波每個周期采樣 100個點，即采樣速率為原正弦信號頻率的 100倍，因此完全可以在接收端將原正弦信號不失真地恢復(fù)出來，從而可以在接收端對 FSK信號正確地解調(diào)。經(jīng) DAC轉(zhuǎn)換后，可以在示波器上觀察到比較理想的波形。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 本實驗中每個采樣點采用 8位量化編碼，即 8位分辨率。采樣點的個數(shù)與分辨率的大小主要取決于CPLD/FPGA器件的容量，其中分辨率的高低還與 DAC的位數(shù)有關(guān)。實驗表明，采用 8位分辨率和每周期 100個采樣點可以達到相當(dāng)不錯的效果。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 具體的正弦信號產(chǎn)生器可以用狀態(tài)機來實現(xiàn)。按前面的設(shè)計思路，本實現(xiàn)方案共需 100個狀態(tài)，分別為s1～ s100。 同時設(shè)計一個異步復(fù)位端，保證當(dāng)每個 “1”或 “0”到來時其調(diào)制信號正好位于坐標(biāo)原點，即 sin0處。狀態(tài)機共有 8位輸出 (Q7～ Q0)， 經(jīng) DAC變換為模擬信號輸出。為得到一個純正弦波形，應(yīng)在 DAC的輸出端加上一個低通濾波器，由于本例僅觀察 FSK信號，因此省去了低通濾波器。本設(shè)計中，數(shù)字基帶信號與 FSK調(diào)制信號的對應(yīng)關(guān)系為 “0”對應(yīng) kHz， “1”對應(yīng) kHz， 此二載波的頻率可以方便地通過軟件修改。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 圖 7112FSK/2PSK信號產(chǎn)生器外部接口第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 2FSK/2PSK信號產(chǎn)生器在 2FSK的基礎(chǔ)上，可以較容易地設(shè)計出 2PSK信號產(chǎn)生器，其接口如圖 711所示。在檢測到基帶碼元的上升沿或下降沿時，使輸出波形位于 sinπ處，即可使波形倒相，產(chǎn)生 2PSK信號。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 在設(shè)計的最后，應(yīng)考慮選用 DAC器件將波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬波形輸出。本實驗箱上選用 8位并行 DAC器件 TLC7528， 將 8位數(shù)據(jù)輸出連至 DAC器件的 8位數(shù)據(jù)輸入端，即可觀察到產(chǎn)生的 2FSK/2PSK波形。為了觀察波形的方便，我們將 TLC7528連接成電壓輸出的方式 (器件本身是電流輸出方式 )，后面跟一個射隨器以增強帶載能力。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 2FSK信號產(chǎn)生器的 VHDL程序LIBRARYIEEE。USEUSEENTITYfskISPORT(clock:INSTD_LOGIC。 正弦波發(fā)生器時鐘第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 dout:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0)。 并行數(shù)據(jù) DATAcode:BUFFERSTD_LOGIC 輸出 m序列)。ENDfsk。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 ARCHITECTUREfsk_archOFfskISSIGNALcount100:STD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0)。記錄 100個狀態(tài)SIGNALcount50:STD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0)。SIGNALsinclk1:STD_LOGIC。SIGNALsinclk,coderate:STD_LOGIC。SIGNALtemp,jump_high:STD_LOGIC。SIGNALm:STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0)。 m序列第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 BEGINPROCESS(clock)BEGINIF(clock39。eventANDclock=39。139。)THEN 產(chǎn)生 FSK所需的另一個頻率 sinclk1=clock/2sinclk1=NOTsinclk1。ENDIF。ENDPROCESS。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 PROCESS(sinclk1) sinclk1100分頻得到 coderate碼元速率BEGINIF(sinclk139。eventANDsinclk1=39。139。)THENIF(count50=110001)THENcount50=000000。coderate=NOTcoderate。ELSEcount50=count50+39。139。ENDIF。ENDIF。ENDPROCESS。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 m_sequence_form: 產(chǎn)生 1110010m序列PROCESS(coderate)BEGINIF(coderate39。eventANDcoderate=39。139。)THENm(0)=m(1)。m(1)=m(2)。ENDIF。ENDPROCESS。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 PROCESS(coderate)BEGINIF(coderate39。eventANDcoderate=39。139。)THENm(2)=(m(1)XORm(0))OR(NOT(m(0)ORm(1)orm(2)))。ENDIF。ENDPROCESS。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 code=m(0)。PROCESS(sinclk1,clock,code)BEGINIF(code=39。039。)THENsinclk=sinclk1；ELSEsinclk=clock。選擇正弦波產(chǎn)生器的時鐘頻率ENDIF。ENDPROCESS。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 jump_high=(nottemp)ANDcode。0到 1跳變PROCESS(sinclk) 2FSK跳變的不同處理BEGINIF(sinclk39。eventANDsinclk=39。139。)THENtemp=code。IF((count100=1100011)OR(jump_high=39。139。))THENcount100=0000000。ELSEcount100=count100+39。139。ENDIF。ENDIF。ENDPROCESS。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 PROCESS(count100) 產(chǎn)生正弦周期波形的一個周期內(nèi)的 100個樣點值BEGINCASEcount100ISWHEN0000000=dout=01111111。 WHEN0000001=dout=10000111。WHEN0000010=dout=10001111。 WHEN0000011=dout=10010111。WHEN0000100=dout=10011111。 WHEN0000101=dout=10100110。WHEN0000110=dout=10101110。 WHEN0000111=dout=10110101。WHEN0001000=dout=10111100。 WHEN0001001=dout=11000011。WHEN0001010=dout=11001010。 WHEN0001011=dout=11010000。WHEN0001100=dout=11010110。 WHEN0001101=dout=11011100。WHEN0001110=dout=11100001。 WHEN0001111=dout=11100110。WHEN0010000=dout=11101011。 WHEN0010001=dout=11101111。WHEN0010010=dout=11110010。 WHEN0010011=dout=11110110。WHEN0010100=dout=11111000。 WHEN0010101=dout=11111010。第 7章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例 WHEN0010110=dout=11111100。 WHEN0010111=dout=11111101。WHEN0011000=dout=11111110。 WHEN0011001=dout=11111111。WHEN0011010=dout=11111110。 WHEN0011011=dout=11111101。WHEN0011100=dout=11111100。 WHEN0011101=dout=11111010。WHEN0011110=dout=11111000。 WHEN0011111=dout=11110110。WHEN0100000=dout=11110010。 WHEN0100001=dout=11101111。WHEN0100010=dout=11101011。 WHEN0100011=dout=11100110。WHEN0100100=dou