【正文】 26 FPGA 設計原理框圖167。本設計就是運用DDS技術做的信號發(fā)生器。n 為相位累加器 R O M 查找表 D / A 轉(zhuǎn)換 L P F 低通濾波器時鐘信號 F c l k頻率控制字 K輸出 F圖31 DDS的基本結(jié)構(gòu)圖DDS 的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由相位累加器、波形ROM、DAC 以及低通濾波器等組成。合成時，通過改變相位累加器的頻率控制字，來改變相位增量，而相位增量的不同將導致一個周期內(nèi)取樣點的不同，從而改變頻率 [6]。 FPGA 軟件設計思想167。圖 3 DDSAM的 FPGA設 計為 了 簡 化 仿 真 和 實 驗, 取全局時 鐘頻率1 .5MHz,設 置 載 波 頻 率 取 為 100kHz,調(diào)制信號取1 .6kHz,調(diào)制指 數(shù) 為0 .5,相 位 累加器 、 rom有 效 數(shù)據(jù)和數(shù)模轉(zhuǎn) 化 位數(shù)都 為8 bit。 每 一 個 調(diào) 制信號 系 統(tǒng) 時 鐘 zclk調(diào) 制 波 相位累加 器累加 一 次,r om2輸 出數(shù) 據(jù) 與調(diào) 制指數(shù)控制字A m[9 .. 0]相乘,輸出 數(shù)據(jù)d m[17 ...0],取 高1 0bit與 載波幅度 控制 字Ac[9 ...0]在 add3中 相 加,a dd3輸 出一個1 0bit數(shù) 的結(jié) 果,mul t2為8 bit10bit的 乘 法 器,其 作 用 是 把a dd3輸 出 結(jié) 果 與r om1輸 出 數(shù) 據(jù) 相 乘得 到 已 調(diào) 制 信 號 的 離 散 序列,再 經(jīng) 過dat a_conversion模 塊 轉(zhuǎn) 換 成 DAC器 件的 數(shù)據(jù) 格 式 輸 出, 完 成 整 個 調(diào) 制過程 。圖 中add add2是1 2bit加 法 器和 12bitD寄 存 器d ff dff2分別構(gòu) 成 調(diào) 制 波 相 位 累 加 器 、載 波 相 位 累 加 器。圖 2 　MA TLAB 仿真圖167。圖 2 上圖給 出 了 取 載 波 頻 率 為 200Hz(kc=51),調(diào)制頻率 為 20Hz(Z =4,kΩ =20),調(diào) 幅 指 數(shù)為 的波形 圖 和 頻 譜 圖。 制 指 數(shù) 控 制 字 分 析 及 MATLAB仿 真由已 調(diào)幅波的振 幅定義ka為比 例常數(shù) ,因此,已調(diào)波 可以用下式 表示:式中 ma=kaUΩ M/UCM為 調(diào)制指數(shù) 。在調(diào) 制信號頻率 較 低 時, 通 過 降 低 fr 來 提 高 調(diào) 制 信號的 精度,在實際 應 用 中,AM 的 調(diào) 制 信 號 一 般比較小 ,因此可 通 過 對 fr 分 頻 使 調(diào) 制 信 號 保 持 較 高的精度 。圖 中f r為全局時 鐘頻率,首先 以 載 波 頻 率 控 制 字 Kc經(jīng)過 第 一 級 波形 查 找 表, 產(chǎn) 生 載 波 信 號 序 列 Uc,同樣以調(diào) 制頻 率 控 制 字K Ω 經(jīng) 過 第 二 級 波 形 查找 表,產(chǎn)生調(diào) 制 信 號 序 列U Ω ,輸 出 數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 的 信 號 序 列U 0必是 Uc、 UΩ 載 波 幅度 控 制 字A c和 調(diào) 制 指 數(shù) 控制字A Ω 的函數(shù)運算 結(jié)果。 AM 信號的產(chǎn)生167。所以基于 DDS 技術設計的幅度調(diào)制 AM 信號發(fā)生器具有一定的實用性。所以采用 FPGA 設計 DDS 系統(tǒng)具有很高的性價比。用 FPGA 實現(xiàn) DDS 較專用 DDS 芯片更為靈活，只要改變 FPGA 中 ROM 內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，DDS 就可以產(chǎn)生任意調(diào)制波形，且分辨率高，具有相當大的靈活性。用 AD9852 實現(xiàn)調(diào)制信號的產(chǎn)生，突出地體現(xiàn)了直接數(shù)字頻率合成器的頻率分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換速度快、輸出頻譜純的特點。由于系統(tǒng)是通過實時改變 DDS 的幅度控制字和頻率控制字，來實現(xiàn)調(diào)幅和調(diào)頻的功能，因此對控制器的處理速度提出了較高的要求，本設計采用 DSP 芯片TMS320C31 為控制器，通過鍵盤和液晶顯示作為用戶的人機接口。需要產(chǎn)生一個載波頻率為 f0，調(diào)制頻率為 f 的幅度調(diào)制信號，則給 AD9852 輸入一個 48位的頻率控制字，產(chǎn)生一個頻率為 f0 的固定幅度的載波。參考時鐘一般為高穩(wěn)定度的晶體振蕩器，其輸出用于同步 DDS 各組成部分的工作。167。整個設計思路靈活，圖形界面簡單直觀，開發(fā)周期短。本文利用 QuartusⅡ和 Matlab/Simulink 之間的接口工具DSP Builder 來設計整個 DDS 系統(tǒng)，DSP Builder 具備一個友好的開發(fā)環(huán)境，并且和 QuartusⅡ交互性強，易于使用。DSP Builder 是美國 Altera 公司推出的一個面向 DSP 開發(fā)的系統(tǒng)級工具，他作為 Matlab 的一個 Simulink 工具箱，使得用 FPGA 設計 DSP 系統(tǒng)完全通過Simulink 的圖形化界面進行建模、系統(tǒng)級仿真，設計模型可直接向 VHDL 硬件描述語言轉(zhuǎn)換，并自動調(diào)用 QuartusⅡ等 EDA 設計軟件，完成綜合、網(wǎng)表生成以及器件適配乃至 FPGA 的配置下載，使得系統(tǒng)描述與硬件實現(xiàn)有機的融合為一體，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代電子技術自動化開發(fā)的特點與優(yōu)勢。幅度調(diào)制（AM）接收設備簡單，信號帶寬較寬。其目的在于簡化模擬信號的數(shù)字化方法。 幅度調(diào)制的發(fā)展167。因 此 系 統(tǒng) 中 必 須 采 用 數(shù) 字 調(diào) 制 技 術 ， 然 而 一 般 的 數(shù) 字 調(diào) 制 技 術 ， 如ASK、 PSK 和 FSK 因 傳 輸 效 率 低 而 無 法 滿 足 移 動 通 信 的 要 求 ， 為 此 ， 需 要 專 門研 究 一 些 抗 干 擾 性 強 、 誤 碼 性 能 好 、 頻 譜 利 用 率 高 的 數(shù) 字 調(diào) 制 技 術 ， 盡 可 能 地提 高 單 位 頻 譜 內(nèi) 傳 輸 數(shù) 據(jù) 的 比 特 率 ， 以 適 用 于 移 動 通 信 窄 帶 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 要 求 。 沖 編 碼 調(diào) 制 （ PCM： Pulse Code Modulation) 。 寬 調(diào) 制 （ PDM： Pulse Duration Modulation） 。 位 鍵 控 PSK。 因 為 相 位 的 變 化 率 就 是 頻 率 ， 所以 調(diào) 相 波 和 調(diào) 頻 波 是 密 切 相 關 的 ；（ 二 ） 數(shù) 字 調(diào) 制 ： 用 數(shù) 字 信 號 對 正 弦 或 余 弦 高 頻 振 蕩 進 行 調(diào) 制主 要 有 ： 幅 鍵 控 ASK。 通 過 調(diào) 制 ， 不 僅 可 以 進 行 頻 譜 搬 移 ，把 調(diào) 制 信 號 的 頻 譜 搬 移 到 所 希 望 的 位 置 上 ， 從 而 將 調(diào) 制 信 號 轉(zhuǎn) 換 成 適 合 于 傳 播的 已 調(diào) 信 號 ， 而 且 它 對 系 統(tǒng) 的 傳 輸 有 效 性 和 傳 輸 的 可 靠 性 有 著 很 大 的 影 響 ， 調(diào)制 方 式 往 往 決 定 了 一 個 通 信 系 統(tǒng) 的 性 能 。 而 解 調(diào) 則 是 將 基 帶 信 號 從 載 波 中 提 取 出 來 以 便 預 定 的 接 收 者 （ 也 稱 為 信 宿 ）處 理 和 理 解 的 過 程 。 這 個 信 號叫 做 已 調(diào) 信 號 ， 而 基 帶 信 號 叫 做 調(diào) 制 信 號 。 一 般 來 說 ， 信 號 源 的 信 息 （ 也 稱 為 信 源 ） 含 有 直 流 分 量 和 頻 率 較 低 的 頻 率分 量 ， 稱 為 基 帶 信 號 。 這 種 增 量 調(diào) 制 信 號 的 解 調(diào) 也 很 簡 單 ， 只 要 將 收 到的 脈 沖 序 列 進 行 積 分 和 濾 波 即 可 復 原 ， 因 此 編 碼 和 解 碼 設 備 都 比 較 簡 單 。 現(xiàn) 在 已 有 多 種 增 量 調(diào) 制 方 法 ， 其 中 最 簡 單 的 一 種 ， 是在 每 一 采 樣 瞬 間 當 增 量 值 超 過 某 一 規(guī) 定 值 時 發(fā) 正 脈 沖 ， 小 于 規(guī) 定 值 時 發(fā) 負 脈 沖 。 脈 碼 調(diào) 制 不 是 用 改 變 脈 沖 序 列 的 參 數(shù) 來 傳 輸 信 息 ， 而 是 用 參 數(shù) 固 定 的 脈 沖的 不 同 組 合 來 傳 遞 信 息 ， 因 此 抗 干 擾 能 力 強 ， 失 真 很 小 ， 是 現(xiàn) 代 通 信 技 術 的 發(fā)展 方 向 。 即 先對 信 號 進 行 采 樣 ， 并 對 采 樣 值 進 行 量 化 （ 整 量 化 ） ， 再 對 經(jīng) 過 采 樣 和 量 化 后 的信 號 幅 度 進 行 編 碼 ， 因 此 脈 碼 調(diào) 制 的 本 質(zhì) 不 是 調(diào) 制 ， 而 是 數(shù) 字 編 碼 ， 所 以 能 充分 保 證 傳 輸 質(zhì) 量 。 但 脈 碼 調(diào) 制 到 20世 紀 50 年 代 才 開 始 實 用 化 。 主 要 用 于 儀 表 測 量 等 方 面 ， 很 少 直 接 用 于 無 線 電 通 信 。 ④ 脈 頻 調(diào) 制 (PFM)： 用 調(diào) 制 信 號 控 制 脈 沖 的 重 復 頻 率 ， 即 單 位 時間 內(nèi) 脈 沖 的 個 數(shù) ， 使 脈 沖 的 重 復 頻 率 隨 調(diào) 制 信 號 變 化 。 脈 位 調(diào) 制 在 第 二次 世 界 大 戰(zhàn) 中 期 已 付 之 實 用 。 ③ 脈 位 調(diào) 制 (PPM)： 用 調(diào) 制信 號 控 制 脈 沖 序 列 中 各 脈 沖 的 相 對 位 置 （ 即 相 位 ） ， 使 各 脈 沖 的 相 對 位 置 隨 調(diào)制 信 號 變 化 。 脈寬 調(diào) 制 也 是 20 世 紀 30 年 代 里 夫 發(fā) 明 的 。② 脈 寬 調(diào) 制 (PDM)： 用 調(diào) 制 信 號 控 制 脈 沖 序 列 中 各 脈 沖 的 寬 度 ， 使 每 個 脈 沖 的持 續(xù) 時 間 與 該 瞬 時 的 調(diào) 制 信 號 值 成 比 例 。 脈 幅 調(diào) 制 是 夫 在 20 世 紀 30 年 代 發(fā) 明 的 ， 在 第 二 次 世 界 大 戰(zhàn) 中 期已 付 之 實 用 。 ① 脈 幅 調(diào) 制 (PAM)： 用 調(diào) 制 信 號 控 制 脈 沖 序 列 的 幅 度 ， 使 脈沖 幅 度 在 其 平 均 值 上 下 隨 調(diào) 制 信 號 的 瞬 時 值 變 化 。 已 調(diào) 脈 沖 序 列 還 可 以 用 各 種 方 法 去 調(diào) 制 高 頻 振 蕩 載 波 。 數(shù) 字 式 脈 沖 調(diào) 制 是 指 用 數(shù) 字 信 號 對 脈 沖 序 列 參 數(shù) 進 行 調(diào)制 ， 有 脈 碼 調(diào) 制 和 增 量 調(diào) 制 等 。 脈 沖 調(diào) 制 可 分 為 模 擬 式 和 數(shù) 字 式 兩 類 。 此 時 ， 調(diào) 制 信 號 是 脈 沖 序 列 ， 載 波 是 高 頻 振 蕩 的 連 續(xù) 波 。 此 時 ,調(diào) 制 信 號是 連 續(xù) 波 ,載 波 是 重 復 的 脈 沖 序 列 。 差 分 移 相 鍵 控 抗 干 擾 能 力 強 ，且 不 要 求 傳 送 參 考 相 位 ， 因 此 實 現(xiàn) 較 簡 單 。躍 變 ，就 表 示 傳 輸 1。 而 不 看 它 的 絕 對 相 位 。 而 傳 送 0 時 前 后 碼 元 之 間 的 載 波 相 位 不 發(fā) 生 變 化 。④ 差 分 移 相 鍵 控 (DPSK)： 利 用 調(diào) 制 信 號 前 后 碼 元 之 間 載 波 相 對 相 位 的 變 化來 傳 遞 信 息 。 有 時 也 把 代 表 兩 個 以 上 符 號 的 多 相 制 相 位 調(diào) 制 稱 為 移 相 鍵 控 。 ③ 移 相 鍵 控 (PSK)： 用 數(shù) 字 調(diào) 制 信 號 的 正 負 控 制 載 波 的 相 位 。 有時 也 把 代 表 兩 個 以 上 符 號 的 多 進 制 頻 率 調(diào) 制 稱 為 移 頻 鍵 控 。 ② 移 頻 鍵 控 (FSK)： 用 數(shù) 字 調(diào) 制 信 號 的 正 負 控 制 載 波 的 頻 率 。 有 時 也 把 代 表 多 個 符 號 的 多 電 平 振 幅 調(diào)制 稱 為 振 幅 鍵 控 。① 振 幅 鍵 控 (ASK)： 用 數(shù) 字 調(diào) 制 信 號 控 制 載 波 的 通 斷 。★ 數(shù) 字 調(diào) 制 的 主 要 要 求 ： 已 調(diào) 信 號 的 頻 譜 窄 和 帶 外 衰 減 快 ； 易 于 采 用 相 干或 非 相 干 解 調(diào) ； 抗 噪 聲 和 抗 干 擾 能 力 強 ； 適 宜 在 衰 落 信 道 中 傳 輸 。 167。 在 數(shù) 字 通 信 中 為 了 提 高 頻 帶 利 用 率 而 采 用 殘 留 邊 帶 調(diào) 制(VSB),即 傳 輸 一 個 邊 帶 （ 在 鄰 近 載 波 的 部 分 也 受 到 一 些 衰 減 ） 和 另 一 個 邊 帶 的殘 留 部 分 。 單 邊 帶 調(diào) 制 常 用 于 有 線 載 波電 話 和 短 波 無 線 電 多 路 通 信 。 位 于 比 載 波 頻 率 低 的 一 側(cè) 的 邊 頻 帶 ，稱 為 下 邊 帶 。 這 兩 個 頻 帶 統(tǒng) 稱 為 邊 頻 帶 或 邊 帶 。 在 調(diào) 相 時 頻 率 也 有 相應 的 變 化 ， 但 這 種 頻 率 變 化 并 不 與 調(diào) 制 信 號 成 比 例 。 調(diào) 相 波 的 振 幅 保 持 不 變 ， 調(diào) 相波 的 瞬 時 相 角 偏 離 載 波 相 角 的 量 與 調(diào) 制 信 號 的 瞬 時 值 成 比 例 。 ③ 調(diào) 相 (PM)： 用 調(diào) 制 信 號 控 制 載 波 的 相 位 ， 使 載 波的 相 位 隨 著 調(diào) 制 信 號 變 化 。 調(diào) 頻 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 稍 復 雜 ， 占 用 的 頻 帶 遠 較調(diào) 幅 波 為 寬 ， 因 此 必 須 工 作 在 超 短 波 波 段 。 已 調(diào) 波 稱 為 調(diào) 頻 波 。 調(diào) 幅 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 簡 單 ,但 抗 干 擾 性 差 ,傳 輸 時 信 號 容 易 失 真 。 已 調(diào) 波 稱 為 調(diào) 幅 波 。 它 有 調(diào) 幅 、 調(diào) 頻 和 調(diào) 相 三種 基 本 形 式 。167。 此 時 只 改 變 頻 譜 中 各