【文章內(nèi)容簡介】 信號，信號的輸入/輸出類型被稱為端口模式，同時實體中還定義他們的數(shù)據(jù)類型。 任何一個基本設計單元的實體說明都具有如下的結(jié)構(gòu)： Entity entity_name 實體名 is port （ 信號名{，信號名}：端口模式 端口類型； ）； End entity_ name。 每個端口所定義的信號名在實體中必須是唯一的，說明信號名的屬性包括端口模式和端口類型，端口模式?jīng)Q定信號的流向，端口類型決定端口所采用的數(shù)據(jù)類型。 端口模式（MODE）有以下幾種類型： IN 信號進入實體但并不輸出； OUT 信號離開實體但并不輸入；并且不會在內(nèi)部反饋使用；INOUT 信號是雙向的（既可以進入實體，也可以離開實體）；BUFFER 信號輸出到實體外部，但同時也在實體內(nèi)部反饋。 端口類型（TYPE）有以下幾種類型： Integer：可用作循環(huán)的指針或常數(shù)，通常不用于I/O信號； Bit：可取值“0”或“1”； std_ logic：工業(yè)標準的邏輯類型，取值“0”，“1”，“X” 和“Z” ； std_ logic_ vector：std_ logic的組合，工業(yè)標準的邏輯類型。 由此看出，實體（ENTITY）類似于原理圖中的符號,它并不描述模塊的具體功能。實體的通信點是端口（PORT），它與模塊的輸入/輸出或器件的引腳相關聯(lián)。 （4）結(jié)構(gòu)體（architecture）結(jié)構(gòu)體是VHDL設計中最主要部分，它具體地指明了該基本設計單元的行為、元件及內(nèi)部的連接關系，也就是說它定義了設計單元具體的功能。結(jié)構(gòu)體對其基本設計單元的輸入輸出關系可以用3種方式進行描述，即行為描述（基本設計單元的數(shù)學模型描述）、寄存器傳輸描述（數(shù)據(jù)流描述）和結(jié)構(gòu)描述（邏輯元件連接描述）。不同的描述方式，只體現(xiàn)在描述語句上，而結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)是完全一樣的。 一個完整的、能被綜合實現(xiàn)的VHDL設計必須有一個實體和對應的結(jié)構(gòu)體，一個實體可以對應一個或多個結(jié)構(gòu)體，由于結(jié)構(gòu)體是對實體功能的具體描述，因此它一定要跟在實體的后面，通常先編譯實體后才能對結(jié)構(gòu)體進行編譯。 VHDL的基本語法 （1）VHDL語言的客體及其分類 在VHDL語言中凡是可以賦予一個值的對象就稱為客體（Object）。客體主要包括以下3種：信號、常數(shù)、變量（Signal、Constant、Variable）。在電子線路中，這3類客體通常都具有一定的物理含義。① 常數(shù)（Constant） 常數(shù)是一個固定的值。所謂常數(shù)說明就是對某一常數(shù)名賦予一個固定的值。通常賦值在程序開始前進行，該值的數(shù)據(jù)類型則在說明語句中指明。常數(shù)說明的一般格式如下： Constant 常數(shù)名：數(shù)據(jù)類型:=表達式； 常量在定義時賦初值，賦值符號為“:=”。 ② 變量（Variable） 變量只能在進程語句、函數(shù)語句和過程語句中使用，它是一個局部量。在仿真過程中它不像信號那樣，到了規(guī)定的仿真時間才進行賦值，變量的賦值是立即生效的。變量說明語句的格式如下： Variable 變量名：數(shù)據(jù)類型 約束條件:=表達式； 變量的賦值符號“:=”。 ③ 信號（Signal） 信號是電子線路內(nèi)部硬件連接的抽象。它除了沒有數(shù)據(jù)流動方向說明外，其它性質(zhì)幾乎和“端口”一致。信號通常在構(gòu)造體、程序包和實體中說明。信號說明語句的格式如下： Signal 信號名：數(shù)據(jù)類型 約束條件=表達式； 信號的賦值符號為“=”。 （2） VHDL的運算符 在VHDL語言中共有4類運算符，可以分別進行邏輯運算（Logical）、關系運算（Relational）、算術運算（Arithmetic）和并置運算（Concatenation）。被運算符所運算的數(shù)據(jù)應該與運算符所要求的類型相一致。另外，運算符是有優(yōu)先級的，例如邏輯運算符NOT，在所有的運算符中優(yōu)先級最高。 （3） VHDL常用語句VHDL 常用語句分并行（Concurrent）語句和順序（Sequential）語句： 并行語句（Concurrent）:并行語句總是處于進程（PROCESS）的外部。所有并行語句都是并行執(zhí)行的，即與它們出現(xiàn)的先后次序無關。如when .else語句。 順序語句（Sequential）:順序語句總是處于進程的內(nèi)部，并且從仿真的角度來看是順序執(zhí)行的。如ifthenelse語句。第二章 數(shù)字調(diào)制解調(diào)原理 ASK的調(diào)制與解調(diào)原理振幅鍵控[6]是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制。當數(shù)字基帶信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控。 ASK調(diào)制原理二進制幅移鍵控ASK信號是利用二進制數(shù)字基帶脈沖序列中的“1”、“0”碼去控制載波輸出的有或無得到的。對單極性不歸零的矩形脈沖序列而言，“1”碼打開通路，送出載波；“0”碼關閉通路，輸出零電平，所以又稱為通斷鍵控OOK(onoff Keying)。一般情況下，調(diào)制信號是具有一定波形形狀的二進制序列，即 (21)式21中Ts為碼元間隔；g(t)為調(diào)制信號的脈沖形狀表達式，為討論方便，這里設其為單極性不歸零的矩形脈沖；an為二進制符號，見公式22： (22)借助于模擬幅度調(diào)制原理，二進制序列幅移鍵控信號的一般表達式見式23。 (23)幅移鍵控調(diào)制器可以用一個相乘器實現(xiàn),也可以用一個開關電路來代替。（a)、(b)。 乘法器輸入信號s(t)s(t)coswcte2aske2ask (a) (b) 相乘法產(chǎn)生 開關電路法產(chǎn)生 ASK解調(diào)原理二進制序列幅移鍵控信號的解調(diào)，與模擬雙邊帶[10]AM信號的解調(diào)方法一樣，可以用相干解調(diào)或包絡檢波（非相干解調(diào)）實現(xiàn)， (a)、(b)所示。設計電路時，考慮到成本等綜合因素，在2ASK系統(tǒng)中很少使用相干解調(diào)。BPF乘法器抽樣判決抽樣判決LPF包絡檢波BPFLPFe2ASK(t)e2ASK(t)Cos(wt+α)位定時位定時輸出輸出(a)(b) ASK解調(diào)框圖 FSK的調(diào)制與解調(diào)原理正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化，則產(chǎn)生二進制移頻鍵控信號（2FSK信號）。 FSK調(diào)制原理二進制移頻鍵控信號可以看成是兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號的疊加。 若二進制基帶信號的1符號對應于載波頻率f1，0符號對應于載波頻率f2，則二進制移頻鍵控信號的時域表達式見式24： (24)：振蕩器1 f1 振蕩器2 f2反相器選通開關選通開關相加器e2FSK(t) FSK調(diào)制框圖 FSK解調(diào)原理頻移鍵控信號[6]的解調(diào)也可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)，原理與二進制序列幅移鍵控信號的解調(diào)相同，只是必須使用兩套2ASK接收電路，（a）、（b）所示。與選擇幅移鍵控信號解調(diào)方式的同樣理由，在2FSK系統(tǒng)中也很少使用相干解調(diào)。低通濾波器相乘器帶通濾波器帶通濾波器帶通濾波器包絡檢波器包絡檢波器抽樣判決器相乘器低通濾波器抽樣判決器帶通濾波器定時脈沖定時脈沖(a)(b)Cosw1tCosw2t FSK解調(diào)框圖解調(diào)2FSK信號還可以用鑒頻法、過零檢測[6]法及差分檢波法等。過零檢測法的基本思想是，利用不同頻率的正弦波在一個碼元間隔內(nèi)過零點數(shù)目的不同，來檢測已調(diào)波中頻率的變化。 PSK的調(diào)制與解調(diào)原理在二進制數(shù)字調(diào)制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2PSK)信號。 PSK的調(diào)制原理移相鍵控[6]以載波的固定相位為參考，用與載波相同的相位表示“1”碼；π相位表示“0”碼，則第k個碼元表示見公式25： (25)2PSK已調(diào)信號的時域表達式為 (26) 其中表達式為： (27) PSK解調(diào)原理2PSK信號的解調(diào)只能用相干解調(diào)一種形式。帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器e2psk(t)輸出定時脈沖 PSK解調(diào)框圖第三章 模塊方案設計與仿真 ASK的調(diào)制與解調(diào) ASK的調(diào)制方案。輸入隨機信息序列｛Ak｝，經(jīng)過基帶信號形成器，產(chǎn)生波形序列，然后通過乘法器進行頻譜搬移，并使帶通濾波器來濾除高頻諧波和低頻干擾，最終輸出振幅鍵控信號Uask(t)。基帶信號形成器乘法器帶通濾波器｛Ak｝cos2πfctUask(t) ASK的調(diào)制器原理圖 ASK的解調(diào)模塊。模塊有系統(tǒng)時鐘觸發(fā)，包括兩個輸入端：開始調(diào)制信號start、基帶信號x。由y輸出調(diào)制信號。 ASK的解調(diào)模塊 ASK調(diào)制仿真結(jié)果分析。當start信號為高電平時，進行ASK調(diào)制；載波信號f通過系統(tǒng)時鐘四分頻獲得。 ASK調(diào)制仿真圖 ASK的解調(diào)方案Ask解調(diào)有同步解調(diào)和包絡解調(diào)兩種方法，我們以包絡解調(diào)法為例?？梢钥闯觯庹{(diào)器包括分頻器、計數(shù)器、寄存器和判決器等。其中，分頻器[5]對時鐘信號進行分頻得到與發(fā)射端數(shù)字載波相同的數(shù)字載波信號；寄存器在時鐘上升沿到來時把數(shù)字ASK信號存入寄存器；計數(shù)器利用分頻輸出的載波信號作為計數(shù)器的時鐘信號，在其上升沿到來時，對寄存器中的ASK載波個數(shù)進行計數(shù)，當計數(shù)值大于3時，輸出1，否則輸出為0；判決器則以數(shù)字載波為判決時鐘，對計數(shù)器輸出信號進行抽樣判決，并輸出借調(diào)后的基帶信號。clkstartASK信號寄存器分頻器計數(shù)器判決器基帶信號 ASK的解調(diào)原理圖 ASK解調(diào)模塊。模塊有系統(tǒng)時鐘觸發(fā)，包括兩個輸入端：開始調(diào)制信號start、基帶信號x。由y輸出調(diào)制信號。 ASK解調(diào)模塊圖 ASK解調(diào)仿真結(jié)果分析。當start信號為高電平時，進行ASK解調(diào)；在q=11時，m清零；在q=10時，根據(jù)m的大小對輸出基帶信號y的電平判決；在q為其他時，m記xx（x信號的寄存器）的脈沖數(shù)；輸出的基帶信號y滯后輸入的調(diào)制信號x10個clk。 ASK解調(diào)仿真圖 FSK的調(diào)制與解調(diào) FSK的調(diào)制方案FSK用不同頻率的載波來傳送數(shù)字信號，并用數(shù)字基帶信號控制載波的頻率。FSK是用兩個不同頻率的載波來代表數(shù)字信號的兩種電平，接收端收到不同的載波信號在進行逆變化成為數(shù)字信號，完成信息傳輸過程。首先通過兩個獨立的分頻器產(chǎn)生不同頻率的載波信號，然后通過選通開關選擇不同頻率的高頻信號，從而實現(xiàn)FSK調(diào)制。f1f2基帶信號 FSK的調(diào)制原理圖 FSK調(diào)制模塊。模塊有系統(tǒng)時鐘觸發(fā)，包括兩個輸入端：開始調(diào)制信號start、基帶信號x。由y輸出調(diào)制信號。 FSK調(diào)制模塊圖 FSK調(diào)制仿真結(jié)果分析。當start為高電平時，進行FSK調(diào)制；載波ff2分別是通過clk信號的12分頻和2分頻得到的；基帶碼長是載波信號f1的兩個周期，載波信號f2的6個周期；輸出的調(diào)制信號在時間上滯后于載波信號一個時鐘周期，滯后于輸入時鐘脈沖兩個周期。 FSK調(diào)制仿真圖 FSK的解調(diào)方案FSK解調(diào)器與ASK解調(diào)器類似，也是由分頻器、寄存器、計數(shù)器和判決器構(gòu)成，Clk寄存器分頻器Start調(diào)制信號計數(shù)器判決器基帶信號 FSK的解調(diào)圖 FSK的解調(diào)模塊。模塊有系統(tǒng)時鐘觸發(fā)，包括兩個輸入端：開始調(diào)制信號start、基帶信號x。