【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制信號(hào)為數(shù)字型的正弦波調(diào)制，而模擬調(diào)制則是調(diào)制信號(hào)為連續(xù)型的正弦波調(diào)制，因而，數(shù)字調(diào)制具有由數(shù)字信號(hào)帶來(lái)的一些特點(diǎn)。這些特點(diǎn)主要是：第一，數(shù)字調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生，除把數(shù)字的調(diào)制信號(hào)當(dāng)作模擬信號(hào)的特例而直接采用模擬調(diào)制方式產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制信號(hào)外，可以采用鍵控載波的方法。第二，對(duì)于數(shù)字調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，為提高系統(tǒng)的抗噪聲性能，通常采用與模擬調(diào)制系統(tǒng)中不同的解調(diào)方式。 2FSK解調(diào)2FSK信號(hào)常用的解調(diào)方法為相干解調(diào)和非相干解調(diào) ，另外還有鑒頻法等。 相干解調(diào)相干解調(diào)主要利用的是同頻同相的載波頻率，對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行正交，只有當(dāng)頻率與相位相同時(shí)，才能判斷是什么信號(hào)。原理圖如下：帶 通濾波器乘法器低 通濾波器抽樣脈沖輸出輸入 帶 通濾波器乘法器本地載波f2低 通濾波器抽 樣判決器本地載波f1圖25相干解調(diào)原理圖 非相干解調(diào)非相干解調(diào)與相干解調(diào)不同，它是利用脈沖檢測(cè)已調(diào)信號(hào)的周期，以區(qū)分已調(diào)信號(hào)的高低電平，從而判斷已調(diào)信號(hào)。原理圖如下：帶 通濾波器抽樣脈沖輸出輸入 帶 通濾波器抽 樣判決器包 絡(luò)檢波器包 絡(luò)檢波器圖26非相干解調(diào)原理 過(guò)零檢測(cè)數(shù)字調(diào)頻波的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過(guò)零點(diǎn)數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異。這就是過(guò)零檢測(cè)的基本思想，其原理如圖所示。輸入信號(hào)經(jīng)限幅后產(chǎn)生矩形波序列，經(jīng)微分整流形成與頻率變化相應(yīng)的脈沖序列，這個(gè)序列就代表著調(diào)頻波的過(guò)零點(diǎn)。將其變換成具有一定寬度的矩形波，并經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波，便能得到對(duì)應(yīng)于原數(shù)字信號(hào)的基帶脈沖信號(hào)。 整 流微 分低 通濾波器限 幅寬脈沖發(fā)生 圖27過(guò)零檢測(cè)原理圖第三章 2FSK調(diào)制解調(diào)設(shè)計(jì) 2FSK調(diào)制器設(shè)計(jì)整個(gè)2FSK調(diào)制部分分為五個(gè)部分，分別是：分頻器，m序列產(chǎn)生器，數(shù)據(jù)選擇器，2FSK跳變檢測(cè)部分，正弦信號(hào)產(chǎn)生器。整個(gè)系統(tǒng)的輸入時(shí)鐘，在硬件中是由晶體震蕩器完成的。將分頻器接入這個(gè)時(shí)鐘，分頻器產(chǎn)生的系統(tǒng)的輸入時(shí)鐘、4倍頻和16倍頻分別輸入數(shù)據(jù)選擇器和m序列產(chǎn)生器，并和m序列產(chǎn)生器產(chǎn)生的碼元信號(hào)一起完成對(duì)頻率的選擇，再經(jīng)過(guò)跳變檢測(cè)，這時(shí)產(chǎn)生的矩形波通過(guò)正弦信號(hào)產(chǎn)生器，變成調(diào)制信號(hào)。 功能模塊設(shè)計(jì)1 分頻器在數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)中，分頻器是一種基本電路。通常用來(lái)對(duì)某個(gè)給定頻率進(jìn)行分頻，以得到所需的頻率。整數(shù)分頻器的實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，可采用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)數(shù)器，也可以采用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。但在某些場(chǎng)合下，時(shí)鐘源與所需的頻率不成整數(shù)倍關(guān)系，此時(shí)可采用小數(shù)分頻器進(jìn)行分頻。異或門(mén)模n計(jì)數(shù)器F0/()2分頻器F0/(2N1)圖31 分頻器如上圖，、一個(gè)模N計(jì)數(shù)器和一個(gè)二分頻器組成。在實(shí)現(xiàn)時(shí)，模N計(jì)數(shù)器可設(shè)計(jì)成帶預(yù)置的計(jì)數(shù)器。 2 m序列產(chǎn)生器n級(jí)線性移位寄存器，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)某轭^反饋和模2加法器能產(chǎn)生序列的最大可能周期是p=21，這樣的序列叫最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列或m序列。m序列具有許多優(yōu)良特性，是最常采用的擴(kuò)譜碼序列。它具有如下性質(zhì)： 1．序列的平衡性：m序列一個(gè)周期中“1”的個(gè)數(shù)比“0” 多1，且1的個(gè)數(shù)為2n1，0的個(gè)數(shù)為2n11。2．移位可加性：某個(gè)m序列同相移為任意值的同一m序列的模2加是另一相移的m序列。3．在周期為p=21的m序列中，總共有2個(gè)游程，有一個(gè)長(zhǎng)度為n的1游程，一個(gè)長(zhǎng)度為n1的0游程。在實(shí)際工程應(yīng)用中，m序列既可以用硬件產(chǎn)生，也可以用軟件產(chǎn)生，然后存在ROM中通過(guò)相應(yīng)的時(shí)鐘同步輸出。在硬件中可使用移位寄存器來(lái)產(chǎn)生。m序列的顯著特點(diǎn)是：隨機(jī)特性；預(yù)先可確定性；循環(huán)特性，從而在通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在這里用一種帶有兩個(gè)反饋抽頭的3級(jí)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(jìn)入全“0”狀態(tài)。通過(guò)更換時(shí)鐘頻率，是可以方便地改變輸入碼元的速率的。m序列產(chǎn)生器的電路結(jié)構(gòu)如圖。 信號(hào)時(shí)鐘異或門(mén)或 非 門(mén)D QCLK或 門(mén)D QCLKD QCLK圖32 m序列產(chǎn)生器3 數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器的功能：在多個(gè)通道中選擇其中的某一路，或多個(gè)信息中選擇其中的某一個(gè)信息傳送或加以處理。數(shù)據(jù)分配器的功能：將傳送來(lái)的或處理后的信息分配到各通道去。在本設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)選擇器用于選擇正弦波產(chǎn)生器的兩個(gè)輸入時(shí)鐘，一個(gè)頻率為4mHz，此時(shí)正弦波產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)1 MHz的正弦波，代表數(shù)字信號(hào)“1”另一個(gè)頻率4MHz，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)250kHz的正弦波信號(hào)，代表數(shù)字信號(hào)“0”。當(dāng)信號(hào)為1時(shí)，波形與f1相同，說(shuō)明數(shù)據(jù)選擇器選擇了f1這路數(shù)據(jù)。當(dāng)信號(hào)為0時(shí)，波形與f2相同，說(shuō)明數(shù)據(jù)選擇器選擇了f2這路數(shù)據(jù)。跳變檢測(cè)將跳變檢測(cè)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(lái)時(shí)應(yīng)輸出波形位于正弦波形的0相位處，此電路的設(shè)計(jì)主要是便于觀察，確保示波器上成為一個(gè)連續(xù)的波形?；鶐盘?hào)的跳變檢測(cè)可以有很多方法，下圖為一種便于在可編程邏輯器件中實(shí)現(xiàn)的方案。跳變輸出時(shí)鐘信號(hào)基帶碼元異或門(mén)D QClk圖33信號(hào)跳變檢測(cè)電路4正弦信號(hào)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(hào)。根據(jù)抽樣定理可知，當(dāng)用模擬信號(hào)最大頻率2倍以上的速率對(duì)該模擬信號(hào)采樣時(shí)，便可將模擬信號(hào)不失真地恢復(fù)出來(lái)。本例要求得到的是2個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)，實(shí)驗(yàn)中對(duì)正弦波每個(gè)周期采樣10個(gè)點(diǎn)，即采樣速率為原正弦信號(hào)頻率的10倍，因此完全可以在接收端將原正弦信號(hào)不失真地恢復(fù)出來(lái)，從而可以在接收端對(duì)FSK信號(hào)正確地解調(diào)。 每個(gè)采樣點(diǎn)采用8位量化編碼，即8位分辨率。采樣點(diǎn)的個(gè)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(shí)驗(yàn)表明，采用8位分辨率和每周期10個(gè)采樣點(diǎn)可以達(dá)到理想的效果。 波形的降噪兩個(gè)不同頻率的載波對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。這個(gè)2FSK信號(hào)的波形也正確的表示出基帶信號(hào)m序列的值“1110010”1) FIR濾波器數(shù)字濾波器是指輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含頻率成分的相對(duì)比例或者濾除某些頻率成分的的器件。FIR濾波器是有脈沖響應(yīng)的濾波器。FIR濾波器是一種LTI數(shù)字濾波器，它的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)分節(jié)的延時(shí)線，把每一節(jié)的輸出加權(quán)累加，得到濾波器的輸出。數(shù)學(xué)上表示為：（31）2) FIR濾波器的設(shè)計(jì) 在這里，是利用頻率采樣來(lái)對(duì)FIR濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)待設(shè)計(jì)的濾波器的傳輸函數(shù)用表示，對(duì)ω＝0到2π之間等間隔采樣N點(diǎn)，得到Hd（k）（32）（33）再對(duì)N點(diǎn)Hd（k）進(jìn)行IDFT，得到h(n)，式中，h（n）為所設(shè)計(jì)的濾波器的單位取樣響應(yīng)，其系統(tǒng)函數(shù)h（z）為（34）式y(tǒng) (n)h(N—1)h(N2)h(2)h(1)h(n)z1z 1z1x (n)（34）適合FIR直接型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖34 FIR直接型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2FSK解調(diào)器設(shè)計(jì)載波信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波后整形形成寬帶不同的方波，這些方波代表不同的碼元；鑒頻器確定對(duì)應(yīng)載波頻率，根據(jù)頻率判決對(duì)應(yīng)碼元，實(shí)現(xiàn)FSK解調(diào)涉及的帶通濾波FSK整形鑒頻判決輸出技術(shù)問(wèn)題比調(diào)制難度大，一般要使用帶通濾波器、倍頻器、鎖相環(huán)等，電路較為復(fù)雜。（非本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容） 圖35 FSK解調(diào)方框圖第四章 基于max+plusⅡ的2FSK的調(diào)制解調(diào)算法 max+plusⅡ軟件簡(jiǎn)介MAX+PLUS II的全稱(chēng)Multiple Array Matrix and Programmable Logic User System II ，它的中文全稱(chēng)是復(fù)陣列矩陣及可編程邏輯用戶系統(tǒng)。MAX+PLUS II是Altera公司專(zhuān)門(mén)為研制PLD而開(kāi)發(fā)的軟件。從最初的第一代A+PLUS，第二代MAX+plus，發(fā)展到第三代MAX+PLUS II，Altra 公司的開(kāi)發(fā)工具軟件不斷完善。MAX+PLUS II的版本不斷升級(jí)，功能也越來(lái)越強(qiáng)大。MAX+PLUS II是一個(gè)完全集成化的可編程邏輯設(shè)計(jì)環(huán)境，能滿足用戶各種各樣的設(shè)計(jì)需要。它支持Altera公司不同結(jié)構(gòu)的器件，可在多種平臺(tái)上運(yùn)行。MAX+PLUS II具有突出的靈活性和高效性，為設(shè)計(jì)者提供了多種可自由選擇的設(shè)計(jì)方法和工具。豐富的圖形界面，可隨時(shí)訪問(wèn)的在線幫助檔案，是用戶能夠快速輕松地掌握和使用MAX+PLUS II軟件。同時(shí)，強(qiáng)大的功能能極大地減輕設(shè)計(jì)者的負(fù)擔(dān)，使設(shè)計(jì)者可以快速完成所需設(shè)計(jì)。使用該軟件，用戶從開(kāi)始設(shè)計(jì)邏輯電路到完成器件下載編程一般只需數(shù)小時(shí)時(shí)間，其中設(shè)計(jì)的編譯時(shí)間僅需數(shù)分鐘。MAX+PLUS II有很多特點(diǎn)：1廣泛的應(yīng)用范圍。MAX+PLUS II除支持Altera公司的器件外，對(duì)別的公司的PLD器件也有很好的支持2與器件獨(dú)立。MAX+PLUS II提供了與器件結(jié)構(gòu)獨(dú)立的設(shè)計(jì)環(huán)境和綜合能力，用戶可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中不考慮具體的結(jié)構(gòu)；3通用性強(qiáng) ；4兼容性好；5集成度與自動(dòng)化程度高；6擁有強(qiáng)大的幫助系統(tǒng)；7易學(xué)易用，MAX+PLUS II是高度集成的工具，提供豐富的圖形用戶接口，軟件界面新穎友好，通過(guò)短時(shí)期學(xué)習(xí)就能熟練掌握。MAX+PLUS II具有開(kāi)放的界面，提供豐富的邏輯功能庫(kù)供設(shè)計(jì)人員調(diào)用，還具有開(kāi)放核的特點(diǎn)，允許設(shè)計(jì)人員添加自己的宏功能模塊。充分利用這些邏輯功能模塊，可以減輕設(shè)計(jì)的工作量，成倍縮短開(kāi)發(fā)周期。MAX+PLUS II軟件支持各種HDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)輸入。在本設(shè)計(jì)中，主要就是用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編程的。 2FSK調(diào)制解調(diào)算法 m序列算法 M序列算法部分vhdl程序如下（完整程序見(jiàn)附