【正文】 a 公司的 CPLD 器件系列和 Xilinx 公司的 FPGA 器件系列開(kāi)發(fā)較早，占據(jù)了國(guó)內(nèi)外較大的 PLD 市場(chǎng)，是目前 CPLD／FPGA 市場(chǎng)應(yīng)用的主流。這樣的 CPLD／FPGA 實(shí)際上就是一個(gè)子系統(tǒng)部件。由于不同的可編程邏輯器件生產(chǎn)廠家的生產(chǎn) CPLD 器件的結(jié)構(gòu)大有不同，不同器件對(duì)應(yīng)的程序編寫(xiě)方法就不一樣，而且 VHDL 語(yǔ)言本身就具有強(qiáng)大的行為描述能力，用語(yǔ)言來(lái)描述硬件的行為，硬件不同時(shí)描述的方式就不一樣，每一款芯片都有其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，我們?cè)诰帉?xiě)程序的時(shí)候要嚴(yán)格根據(jù)硬件的物理構(gòu)成來(lái)編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的程序，使其完成我 們所預(yù)想的功能。而且它的響應(yīng)速度很快，基本上可以滿足通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，是一個(gè)可取的設(shè)計(jì)方案。采用可編程邏輯器件設(shè)計(jì) 2SK 調(diào)制比其它兩種方案就有很大的優(yōu)勢(shì)。 幾種方案的性能比較 由上所述，我們可以很清楚的看到，用小邏輯器件做 2FSK 調(diào)制系統(tǒng)會(huì)因?yàn)槭褂玫钠骷喽霈F(xiàn)較大的延時(shí)，是調(diào)制信號(hào)失真。換句話說(shuō)就是只用一片芯片就可以完成設(shè)計(jì)了。 我用 CPLD器件的相關(guān)原理設(shè)計(jì)了一個(gè) 2FSK的調(diào)制系統(tǒng)的模塊圖見(jiàn)圖 。 可編程邏輯器件可以由用戶通過(guò)編程來(lái)決定芯片的最終功能，它與其它一些器件相比有一些很大的優(yōu)勢(shì)： （ 1）使研制時(shí)間縮短 可編程邏輯器件可以和其它規(guī)格型號(hào)的通用器件一樣在市場(chǎng)上買(mǎi)到，但它的功能的實(shí)現(xiàn)完全獨(dú)立于工廠，有用 戶在實(shí)驗(yàn)室就可以完成，而且采用了先進(jìn)的 EDA 技術(shù)，可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)與編程均十分有效，整個(gè)設(shè)計(jì)通常只需要幾天就可以完成了； 相加 取反 隨機(jī)信號(hào) 2ASK 調(diào)制器 w1 2ASK 調(diào)制器 w2 2FSK 信號(hào) 圖 用 2ASK 來(lái)實(shí)現(xiàn) 2FSK 調(diào)制 （ 2）降低了設(shè)計(jì)成本 和以前的掩膜器件相比，可編程邏輯器件可以大量生產(chǎn)，不需要生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行程序固化，不會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)品滯銷，因此生產(chǎn)價(jià)格比較便宜； （ 3）設(shè)計(jì)的靈活性高 編程邏輯器件是一種由用戶通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片功能的器件，有較好的靈活性。 用可編程邏輯器件設(shè)計(jì) 2FSK 調(diào)制器 在可編程邏輯器件的系列產(chǎn)品種類繁多的電子時(shí)代，我們就不用完全依靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn) 2FSK 的調(diào)制器了。 用 2ASK 調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn) 2FSK 調(diào)制是一種很直接、簡(jiǎn)潔的方法，它反映了 2FSK 的調(diào)制原理，利用了兩信號(hào)合一的方案，讓大家更進(jìn)一步了解了 2ASK和 2FSK 之間的聯(lián)系，對(duì)我們學(xué)習(xí)和掌握通信原理的相關(guān)知識(shí)有很大幫助。即先用頻率為 f1 的載波信號(hào)來(lái)對(duì)隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行 2ASK 調(diào)制 —— 用頻率為 f1的載波代表“ 1”，再將隨機(jī)數(shù)字信號(hào)反相，用頻率為 f2 的載波信號(hào)來(lái)對(duì)隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行 2ASK 調(diào)制 —— 用頻率為 f2 的載波代表“ 0”。那么我們可以用 2ASK 調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)2FSK 信號(hào)的調(diào)制。所以小邏輯器件可以說(shuō)是很難滿足通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求的，我們不能用小邏輯器件來(lái)做上述的 2FSK調(diào)制器。 圖 小邏輯器件組成 2FSK 調(diào)制器 由于小邏輯器件比較容易生產(chǎn)，而且價(jià)格比較便宜，所以可以很方便的實(shí)現(xiàn)2FSK 的調(diào)制。將以上各個(gè)部件根據(jù) 2FSK的調(diào)制原理結(jié)合起來(lái)就可以實(shí)現(xiàn) 2FSK 調(diào)制了。（ 1）用幾個(gè) D 觸發(fā)器來(lái)做一個(gè)隨機(jī)信號(hào)產(chǎn)生器，或者用一個(gè)移位器件來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)；（ 2）正弦信號(hào)就可以用一個(gè)正弦波振蕩器來(lái)完成，或者用一個(gè)同步脈沖經(jīng)過(guò)分頻器分頻，然后經(jīng)過(guò)帶通濾波器進(jìn)行濾波后，就可得到正弦波了；（ 3）反相器是一種簡(jiǎn)單的邏輯器件，可采用非門(mén)；（ 4）相乘器就可以用兩個(gè)與非門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次與門(mén)就成了兩信號(hào)相乘；（ 5）一個(gè)或門(mén)就相當(dāng)于相加器?，F(xiàn)在的小邏輯器件功能齊全，完全可以用小邏輯器件來(lái)完成上述幾個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。所以我選用 VHDL 語(yǔ)言。而且 VHDL語(yǔ)言很早就成為 IEEE標(biāo)準(zhǔn)，成為系統(tǒng)描述的國(guó)際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，得到眾多 EDA 公司的支持。其基本結(jié)構(gòu)如圖 所示 [1720]。 VHDL 強(qiáng)大的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)，使其具有支持大規(guī)模設(shè)計(jì)進(jìn)行分解，以及對(duì)已有的設(shè)計(jì)進(jìn)行再利用的功能，運(yùn)用 VHDL 設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件具有相對(duì)獨(dú)立性，設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有嵌入與工藝有關(guān)的信息，對(duì)硬件的描述與具體的工藝技術(shù)和硬件結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)；當(dāng)門(mén)級(jí)或門(mén)級(jí)以上的描述通過(guò)仿真檢驗(yàn)以后，再用相應(yīng)的工具將設(shè)計(jì)映射成不同的工藝，這使硬件實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)器件有很寬的選擇范圍，并且修改電路與修改工藝相互之間不會(huì)產(chǎn)生不 良影響。 VHDL 作為 EDA 的重要組成部分，提供了借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種很好的手段，用 VHDL 設(shè)計(jì)有許多優(yōu)點(diǎn)，它的硬件描述能力強(qiáng)，可以用于從門(mén)級(jí)、電路級(jí)直至系統(tǒng)級(jí)的描述、仿真、綜合和調(diào)試。 (4) VHDL 是 VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Language 的縮寫(xiě)，最初是美國(guó)國(guó)防部為其超高速集成電路研究計(jì)劃（ VHSIC）提出的硬件描述語(yǔ)言，作為個(gè)合同商之間提交復(fù)雜電路設(shè)計(jì)文檔的一種標(biāo)準(zhǔn)方案。它具有以下描述能力：設(shè)計(jì)的行為特性、設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)流特性、設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)組成以及包含響應(yīng)監(jiān)控和設(shè)計(jì)驗(yàn)證方面的時(shí)延和波形產(chǎn)生機(jī)制。由于他們的模擬、仿真器產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用， Verilog HDL 作為一種便于使用且實(shí)用的語(yǔ)言逐漸被眾多設(shè)計(jì)者所接受，且于 1995 年成為 IEEE Std13641995。 (3) Verilog HDL最初是于 1983 年由 Gateway Design Automation 公司為其模擬器產(chǎn)品 開(kāi)發(fā)的一種硬件描述語(yǔ)言。 (1) ABELHDL是由美國(guó) DATA I/O 公司研制開(kāi)發(fā)的一種邏輯設(shè)計(jì)硬件描述語(yǔ)言，該語(yǔ)言適用于各種不同規(guī)模的可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)，其基本單位為模塊，一項(xiàng)設(shè)計(jì)可用一個(gè)模塊，也可以用多個(gè)模塊組成。 硬件描述語(yǔ)言的選擇 在對(duì) isp器件的編程過(guò)程中，我們可以選用幾種語(yǔ)言編寫(xiě)，比如 ABELHDL，VHDL 語(yǔ)言， Verilog HDL、 AHDL 等。這種結(jié)構(gòu)將有利于提高陣列資源的利用率、降低功耗。由 PAL 或帶通濾 波器 W1 抽樣脈沖 帶通濾 波器 W2 相乘器 低通 濾波器 低通 濾波器 相乘器 抽樣判決器 輸出 輸入 cosw2 cosw1 圖 2FSK 的相干解調(diào) GAL 擴(kuò)展或改進(jìn)所得的邏輯器件，通常稱為陣列擴(kuò)展型的復(fù)雜 PLD—— CPLD。這類 HDPLD 器件不再是 SPLD 的擴(kuò)展，它們有許多基本邏輯單元（不是與 —— 或結(jié)構(gòu)）組成，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上是這些邏輯單元的矩陣。如果說(shuō) SPLD 是有一或陣列作為基本邏輯資源，那么這一類HDPLD 的基本資源就是多個(gè) SPLD（多個(gè) PAL 或多個(gè) GAL）的集合，經(jīng)可編程互連結(jié)構(gòu)來(lái)組成更大規(guī)模的單片系統(tǒng)。按照其單片內(nèi)的結(jié)構(gòu)不同，可以將其 大致分為以下兩大類：（ 1）陣列結(jié)構(gòu)擴(kuò)展型。 針對(duì)上述 SPLD 的缺點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展了一系列性能更為優(yōu)越的高密度可編程邏輯器件 HDPLD。 但是，簡(jiǎn)單的可編程邏輯器件使用是也有很多不便 之處。 PLD 能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能 CPU,下至簡(jiǎn)單的 74 電路，都可以用 PLD 來(lái)實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)單的可編程邏輯器件（ PLD）是 20 世紀(jì) 70 年代出來(lái)的一種半制定芯片。當(dāng)然， 2FSK 也可以采用非相干解調(diào)方法，在這里就不一一講述了 [16]。因此，可以得到 2FSK 信號(hào)的調(diào)制原理圖如圖 示 [15]。 (a) 圖 2FSK 信號(hào)波形圖 (b) 圖 波形分解圖 2FSK 信號(hào)的調(diào)制可以看成是兩個(gè) 2ASK 信號(hào)對(duì)應(yīng)相加。二進(jìn)制頻移鍵控如兩個(gè)不同頻率交替發(fā)送的ASK 信號(hào)。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理 二進(jìn)制頻移鍵控是 利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息 ， 是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式 ,它的主要優(yōu)點(diǎn)是 : 實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容 易 ,抗噪聲與抗衰減的性能較好 ， 在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。由于這個(gè)設(shè)計(jì)只是一種模擬類型的設(shè)計(jì)，沒(méi)有涉及到信號(hào)接受，而且一般通信系統(tǒng)的誤碼率很低，需要做大量的工作，反復(fù)觀察才可以得到，而且在試驗(yàn)室的條件下，各種儀器都比較精密，基本上也沒(méi)有噪聲干擾，誤碼率難以觀察，因此很難給出具體的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和參量，所以在這里我就不計(jì)算它的誤差。因此，數(shù)字信號(hào)要求在信源端進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，相應(yīng)的在信宿端進(jìn)行糾錯(cuò)解碼 [9]。碼元速率指的是單位時(shí)間傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為碼元 /s，又稱波特，簡(jiǎn)記為 Bd，誤碼率指的是錯(cuò)誤碼元數(shù)與傳輸總碼元數(shù)之比，差錯(cuò)率越小，通信的可靠性越高。而數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)其實(shí)就是指的系統(tǒng)有信息傳輸速率，通 常用碼元速率或信號(hào)速率來(lái)表示，可靠性是指數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中的信息差錯(cuò)率，通常用誤信率或誤碼率來(lái)表示。當(dāng)前對(duì)于數(shù)字調(diào)制的研究已經(jīng)很多了 ,而且很多研究都具有開(kāi)創(chuàng)性和實(shí)用性 ,我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候有必要借鑒他們寶貴的經(jīng)驗(yàn) . 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的研究 系統(tǒng)的性能指標(biāo) 通信系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)是有效性和可靠性。 通過(guò)對(duì)它進(jìn)行研究，期望能用最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)、實(shí)時(shí)性最好的電路設(shè)計(jì)出來(lái)。由于 2FSK 傳號(hào)及空號(hào)時(shí)采用兩種不同頻率的信號(hào)，因而不需要固定的比較電壓。二進(jìn)制頻移鍵控作為一種最簡(jiǎn)單的頻移方法，已經(jīng)使用的很少了，但是它的調(diào)制解調(diào)原理非常簡(jiǎn)單，也很有代表性，對(duì)進(jìn)行其它頻移調(diào)制的研究還是有很大幫助。當(dāng)今，無(wú)線電得到了充分的發(fā)展，它擴(kuò)展到了通信的各個(gè)領(lǐng)域，進(jìn)一步推動(dòng)了頻帶通信的進(jìn)步。數(shù)字通信有以下幾種重要好處： 第一， 數(shù)字傳輸抗干擾能力強(qiáng)，尤其在中繼時(shí)，數(shù)字 信號(hào)可以再生而消除噪聲積信息源 加密器 編碼器 解調(diào)器 調(diào)制器 信道 譯碼器 解密器 受信者 噪 聲源 信息源 信道 基帶信號(hào)形成器 受信者 接受濾波器 噪聲源 累； 第二，差錯(cuò)傳輸可以控制，從而可以改善傳輸質(zhì)量； 第三，便于使用現(xiàn)代化的數(shù)字信息處理技術(shù)來(lái)對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理； 第四，數(shù)字信號(hào)易于做高級(jí)保密性的加密處理； 第五，數(shù)字通信可以綜合傳輸各種消息，使通信系統(tǒng)功能增強(qiáng)。其中移頻鍵控是比較幾個(gè)數(shù)字信號(hào)的電壓來(lái)決定各個(gè)載波的通斷，不受所用器件電壓的影響，而且抗干擾性能僅次于移相鍵控，是一種比較好的調(diào)制方法。 數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制一樣，有調(diào)頻 .調(diào)幅和調(diào)相三種基本形式。數(shù)字調(diào)制實(shí)質(zhì)上是將數(shù)字符號(hào)轉(zhuǎn)換成適合信道特性的波形的過(guò)程。而實(shí)際通信中不少信道都不能直接傳送基帶信號(hào)，雖然基帶數(shù)字信號(hào)可以在傳輸距離不遠(yuǎn)的情況下直接傳送，但數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜從零頻開(kāi)始而且集中在低頻段，因此只適合在低通型信道中傳輸。例如，圖 12（ b）所示的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，它的模型就不包含頻帶調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié) [ 7]。當(dāng)然，實(shí)際中的數(shù)字通信系統(tǒng)并非一定要如圖 12（ a）所示的那樣要加所有的環(huán)節(jié)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)字通信模型，一般可以用圖 12 所示。直到20 世紀(jì) 60 年代以后，數(shù)字通信才興旺起來(lái)，甚至目前出現(xiàn)了數(shù)字通信代替模擬通信的一種趨勢(shì)。 圖 通信系統(tǒng)的一般模型 自 1886 年 5 月 24 日 Morse 在華盛頓和巴爾的摩之間發(fā)送世界上第一份電報(bào)以來(lái)，電報(bào)通信已經(jīng)歷了 150 多年。如果電信號(hào)的參量連續(xù)取值，則這樣的信號(hào)就稱為模擬 信號(hào) [2~4]。通常，消息被載荷在電信號(hào)的一個(gè)參量上，如果電信號(hào)的該參量攜帶著離散消息，則該參量必將是離散取值。因此，如今所說(shuō)的“通信”這一術(shù)語(yǔ)一般就是指電通信。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,目前使用的最為廣泛的是電通信方式 ,即電信號(hào)攜帶所需要傳遞的消息 ,然后經(jīng)過(guò)電信道進(jìn)行 ,達(dá)到通信的目的。無(wú)線電以電磁波的形式在空間中傳播的，為了延長(zhǎng)傳輸距離，減少噪聲干擾，提高信道利用率以及保護(hù)信號(hào)接受質(zhì)量，發(fā)射信號(hào)采用不同的調(diào)制體制并在不同的信道上傳送。 無(wú)線電通 信在現(xiàn)代通信中占有及其重要的地位，被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、氣象、運(yùn)輸、民用等領(lǐng)域。 傳統(tǒng)的本地通訊借助于電線傳輸，因?yàn)檫@既省錢(qián)又可保證信息可靠傳送。 可見(jiàn)，通信已與我們的生活密不可分。貝爾和馬可尼可謂通訊事業(yè)的鼻祖，他們所完成的開(kāi)拓性工作不僅為現(xiàn)代信息時(shí)代奠定了基礎(chǔ)，而且為未來(lái)電訊發(fā)展鋪平了道路。而這些系統(tǒng)都使用到了數(shù)字調(diào)制技術(shù)。 隨著時(shí)代的發(fā)展，用戶不再滿足于聽(tīng)到聲音，而且還要看到圖像；通信終端也不局限于單一的電話機(jī)，而且還有傳真機(jī)和計(jì)算機(jī)等數(shù)據(jù)終端。 特別是通訊技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合 ,正在以前所未有的力度促進(jìn)通信網(wǎng) 、 計(jì)算機(jī)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)的發(fā)展 。 1934 年美國(guó)學(xué)者李佛西提出脈沖編碼調(diào)制 (PCM)的概念，從此之后通信數(shù)字化的時(shí)代應(yīng)該說(shuō)已經(jīng)開(kāi)始了， 而 50 年代以來(lái)，由于晶體管和集成電路的問(wèn)世，不僅模擬通信獲得高速發(fā)展，而且促成了具有廣闊前景的數(shù)字通