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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文msk調(diào)制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-文庫吧資料

2024-12-11 20:30本頁面
  

【正文】 11 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 3233 3435 3637 3839 4041 4243 44P4Header 22X2I/O182I/O183 I/O184I/O185 I/O186I/O187 I/O188I/O193 I/O194I/O195 I/O196I/O197 I/O200I/O201 I/O202I/O203 I/O206I/O207 I/O208I/O213 I/O214I/O215 I/O216I/O217 I/O218I/O219 I/O222I/O223 I/O224I/O225 I/O226I/O227 I/O228I/O233 I/O234I/O235 I/O236I/O237 I/O238I/O239 I/O240I/O121I/O122I/O123I/O124I/O125I/O126I/O127I/O128I/O131I/O132I/O133I/O134I/O135I/O136I/O137I/O138I/O139I/O140I/O141I/O143I/O144I/O156I/O158I/O159I/O160I/O161I/O162I/O163I/O164I/O165I/O166I/O167I/O168I/O169I/O170I/O173I/O174I/O175I/O176I/O177I/O178I/O179I/O180I/O121 I/O122I/O123 I/O124I/O125 I/O126I/O127 I/O128I/O131 I/O132I/O133 I/O134I/O135 I/O136I/O137 I/O138I/O139 I/O140I/O141 I/O143I/O156I/O161I/O165I/O167I/O169I/O173I/O175I/O177I/O179I/O180I/O61I/O62I/O63I/O64I/O65I/O66I/O67I/O68I/O73I/O74I/O75I/O76I/O77I/O78I/O79I/O82I/O83I/O84I/O85I/O86I/O87I/O88I/O93I/O94I/O95I/O98I/O99I/O100I/O101I/O104I/O105I/O106I/O107I/O108I/O113I/O114I/O115I/O116I/O117I/O118I/O119I/O120I/O61 I/O62I/O63 I/O64I/O65 I/O66I/O67 I/O68I/O73 I/O74I/O75 I/O76I/O77 I/O78I/O79 I/O82I/O83 I/O84I/O85 I/O86I/O87 I/O88I/O93 I/O94I/O95 I/O98I/O99 I/O100I/O101 I/O104I/O105 I/O106I/O107 I/O108I/O113 I/O114I/O115 I/O116I/O117 I/O118I/O119 I/O120I/O144I/O158 I/O159I/O160I/O162 I/O163I/O164I/O166I/O168I/O170I/O174I/O176I/O178TDIDATA0nCECONF_DONEnCONFIGnCSOnCSOPLLVAU_ 電源模塊電源模塊 .SchDocCLKINVCC3_3U_ 時(shí)鐘模塊時(shí)鐘模塊 .SchDocCONF_DONEnCONFIGDATA0DCLKnCSOASDOnSTATUSINIT_DONEnCETCKTDOTMSTDIU_ 配置模塊配置模塊 .SchDocASDOASDOASDOnCSOVCC3_3 圖 5 核心板原理圖 FPGA 器件 (實(shí)現(xiàn) DDS功能,產(chǎn)生 MSK調(diào)制信號(hào)) 鍵盤(復(fù)位) 高速 DA轉(zhuǎn)換 波形數(shù)據(jù) 模擬波形 時(shí)鐘信號(hào)(晶振) 重慶文理學(xué)院本科生畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 9 頁,共 25 頁 觀察上述原理圖,可以發(fā)現(xiàn),在該原理圖中有三個(gè)不同顏色的模塊,它們分別是電源模塊、時(shí)鐘模塊和配置模塊, 這三個(gè)模塊都是 FPGA 核心板的重要組成部分。 圖 4 系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖 FPGA 核心板 ( EP1C6Q240C8) FPGA 核心板部分是整個(gè)系統(tǒng)最重要的組成部分,它的主要功能就是 下載 編寫好的 系統(tǒng) 程序 。 THS5651A 轉(zhuǎn)入信號(hào)支持直接二進(jìn)制和二進(jìn)制補(bǔ)碼輸入格式,以滿幅為 20mA 的電流形式輸出,其輸出電阻更是高達(dá) 300K 歐。它具有功耗低、體積小、兼容性好、轉(zhuǎn)換速率快(可達(dá) 125MHz)、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。配置芯片采用 EPCS1。使用 和 雙電源供電。同時(shí) PLL還具有時(shí)鐘合成功能,內(nèi)部實(shí)際運(yùn)行的時(shí)鐘可以不同于輸入時(shí)鐘頻率,每個(gè) PLL 可以提供 3 個(gè)不同頻率的時(shí)鐘輸出。全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)由 8 個(gè)全局時(shí)鐘組成,可驅(qū)動(dòng)整個(gè)器件;還可以用做控制線和為片機(jī)所有資源提供時(shí)鐘,如 IOE、 LE 等。 M4K RAM 塊可用于實(shí)現(xiàn)真正的雙端口、簡單的雙端口或單端口存儲(chǔ)器,最大數(shù)據(jù)寬度為 36 位,最大速度為 250MHz。 EP1C6Q240C8 為用戶提供了 92K 比特的嵌入式 RAM 存儲(chǔ)空間,這些存儲(chǔ)資源由若干個(gè)容量為4K、加上奇偶校驗(yàn)位后總?cè)萘繛?4608 的 M4K RAM 塊組成。 I/O 引腳支持各種單端和差分 I/O 接口標(biāo)準(zhǔn),如 66/33MHz、 64/62 位 PCI 標(biāo)準(zhǔn)以及最高速度達(dá) 640MHz/s 的 LVDS I/O 接口標(biāo)準(zhǔn)。 LE 就是一個(gè)能夠完成用戶邏輯功能的最小邏輯單元,所有 LAB 在整個(gè)器件內(nèi)部按行和列的順序排列。 Cyclone 器件采用二維行 列不實(shí)現(xiàn)定制邏輯,但不同速度的行與列連接邏輯陣列和嵌入式存儲(chǔ)塊連接在一起。器件采用二維行 列結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)定制邏輯,內(nèi)部包含了 PLL(鎖相環(huán))和 RAM。 核心板芯片 EP1C6Q240C8 是 Altera 公司生產(chǎn)的 Cyclone FPGA 器件。 本課題將要選擇的芯片是 Cyclone I 代的 EP1C6Q240C8 芯片 ,它速度快、容量大、穩(wěn)定性好、還有豐富的 I/O 口,具有很高的性價(jià)比。這樣就得到了相應(yīng)的MSK 已調(diào)波。 2 ssKKffTN???? ( 12) 最后,由輸入碼元控制二選一選擇器。 基于 DDS 的 MSK 調(diào)制器的原理 如圖 3所示 ,首先根據(jù)碼元速率和已調(diào)波符號(hào)頻率之間的關(guān)系得到傳號(hào)頻率、空號(hào)頻率和載波的取值 。 如圖 2 所示 [19]。 MSK 信號(hào)的表達(dá)式可正交展開為 ? ? c o s c o s c o s c o s s in s in22k c k k cbbS t x t t x t tTT??? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ( 10) 令 cos kkxI? , cosk k KxQ???,則 ,上式可變換為: ? ? c o s c o s s in s in22k c k cbbS t I t t Q t tTT????? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ( 11) 根據(jù)式 ( 11) 就可以構(gòu)成一種 MSK 調(diào)制器。該式表明本比特內(nèi)的相位常數(shù)不僅與本比特區(qū)間的輸入有關(guān),還與前一個(gè)比特區(qū)間內(nèi)的輸入及相位常數(shù)有關(guān)。 令 ct??? ? ??? ? ?1bbt??? ? ? ? ? ( 7) 式中, ?? =2 b t??? ????。其頻差Tbfff 2112 ???? ,即調(diào)制指數(shù)為 bfh ???? ,式中 Tb 為輸入數(shù)據(jù)流的比特寬度[18]。 MSK 調(diào)制,它的英文名是 Minimum Frequency Shift Keying Modulation,即最小移頻鍵控調(diào)制,它是 FSK 調(diào)制的 一種改進(jìn)形式,實(shí)質(zhì)上也就是一種特殊的 FSK調(diào)制。 但是我們知道,在 FSK 方式中,相鄰碼元的頻率不變或者跳變一個(gè)固定值,在兩個(gè)相鄰的頻率跳變的碼元之間,其相位通常是不連續(xù)的 。此時(shí)可將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后再進(jìn)行傳輸 [17]。在數(shù)字通信系統(tǒng)中,一般將原始信號(hào)(圖像、聲音等) 經(jīng)過量化編碼變成二進(jìn)制碼流,稱 為基帶信號(hào)。相位累加器的輸出對相位 幅度轉(zhuǎn)換器中的查找表尋址,輸出相應(yīng)的采樣點(diǎn),經(jīng)過 DAC就可以得到想要的正弦信號(hào)。相位累加器由一個(gè) M位加法器和一個(gè)M位移位寄存器組成。如果想輸出更高的合成頻率,只有增加一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù) N,也就是增加采樣頻率。通常將一個(gè)周期的正弦波均勻分為 N份,取 N為 2的 M次整數(shù)冪,則每一份相位的大小是: 2 N??? ( 4) 這就是最小的相位增量,按此增量均勻輸出每個(gè)采樣點(diǎn),就可以得到最低的合成頻率。但是 , 系統(tǒng)會(huì)存在一個(gè)上限頻率 , 這取決于 N 的選擇和系統(tǒng)的采樣頻率。這些特性使 DDS 在軍事雷達(dá)和通信系統(tǒng)中應(yīng)用日益廣泛。除此之外, DDS 的固有特性還包括:相當(dāng)好的頻率和相位分辨率(頻率的可控范圍達(dá) μHz級(jí),相位控制小于 176。 DDS 以穩(wěn)定度高的參考時(shí)鐘為參考源,通過精密的相位累加器和數(shù)字信號(hào)處理,通過高 速 D/A 變換器產(chǎn)生所需的數(shù)字波形(通常是正弦波形),這個(gè) 數(shù)字波經(jīng)過一個(gè)模擬濾波器后,得到最終的模擬信號(hào)波形 。 2 研究所涉及的理論知識(shí)介紹 直接頻率合成技術(shù)( DDS) DDS 概述 1971 年,美國學(xué)者 和 提出了一種以全數(shù)字技術(shù) , 從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的頻率合成原理 , 這就是直接數(shù)字頻率合成技術(shù) DDS(direct digital synthesis)。 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展方向是最小頻帶占有率的恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù),其關(guān)鍵在于相位變化的連續(xù)性,從而減少頻帶占用帶寬。 另外 ,從調(diào)制方式上來講,選擇 MSK 調(diào)制作為本課題的研究對象也具有深遠(yuǎn)的意義。從而使得一個(gè)復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得相當(dāng) 容易而且直觀。 本課題主要講述的 MATLAB/Simulink 中 DSP Builder 模塊庫在 FPGA 設(shè)計(jì)中的作用及優(yōu)點(diǎn),恰恰就解決了這些問題。但是, FPGA 在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用受限于幾個(gè)因素 : 1) DSP 開發(fā)人員雖然會(huì)運(yùn)用C語言或匯編語言編程,會(huì)使用 Matlab 驗(yàn)證算法 , 但是通常不會(huì)使用硬件描述語言(如 VHDL)實(shí)現(xiàn)數(shù)字設(shè)計(jì)。 ⑦采用自行設(shè)計(jì) 的硬件 電路進(jìn)行調(diào)試,并采用 示波器 驗(yàn)證。 ⑥在康芯電子開發(fā)的 GW48 系統(tǒng)上進(jìn)行系統(tǒng)整體調(diào)試、優(yōu)化,或就某一部分進(jìn)行深入研究。 ④對 MSK 調(diào)制 器進(jìn)行邏輯鎖定和邏輯優(yōu)化。 ②分析 MSK 調(diào)制的原理, 系統(tǒng)地研究 基于 DDS 的 MSK 調(diào)制器的建模方法,并在 DSP Builder下 設(shè)計(jì) MSK 調(diào)制 器系統(tǒng)的 模型 。 ①根據(jù)系統(tǒng)的需要完成 FPGA 核心電路、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤控制電路及 PCB 板電路的制作。因此, GPRS被認(rèn)為是第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)向第三代移動(dòng)通信演進(jìn)的重要一 步 [14]。 GPRS 采用分組交換技術(shù)、在通信的過程中不需要建立和保持電路,符合數(shù)據(jù)通信突發(fā)性的特點(diǎn),并且呼叫建立時(shí)間很短。 目前通信常用的 GPRS 是 基于一種 GMSK(高斯濾波最小頻移鍵控 )調(diào)制技術(shù) 。 MSK調(diào)制后的波形在時(shí)域內(nèi)具有恒定包絡(luò)結(jié)構(gòu) ,在頻域內(nèi)頻譜具有很小的旁瓣 ,主瓣寬重慶文理學(xué)院本科生畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 3 頁,共 25 頁 度窄 ,帶外輻射小的優(yōu)點(diǎn),并且在主瓣帶寬之外功率譜旁瓣的下降也更加迅速 [12][13],從而克服了一般FSK、 PSK、 QAM等調(diào)制方式具有相位突變而影響已調(diào)信號(hào)高頻分量衰減的缺點(diǎn)。 但是在 FSK方式中,相鄰碼元的頻率不變或者跳變一個(gè)固定值,在兩個(gè)相鄰的頻率跳變的碼元之間,其相位通常是不連續(xù)的。它已經(jīng)延伸到無線電通信,生物醫(yī)學(xué),機(jī)械等領(lǐng)域。由 PSK 和 ASK 結(jié)合的相位幅度調(diào)制 PAM,是解決相移數(shù)已達(dá)到上限但還要提高傳輸速率的有效方法 [11]。在 PSK方式下,用載波信號(hào)相位移動(dòng)來表示數(shù)據(jù)。在 FSK 方式下,用載波頻率附近的兩種不同頻率來表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)。 ASK 方式容易受增益變化的影響,是一種低效的調(diào)制技術(shù)。數(shù)字調(diào)制有三種基本形式:移幅鍵控法 ASK、移頻鍵控法
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