【正文】 模式（MODE）有以下幾種類型： IN 信號(hào)進(jìn)入實(shí)體但并不輸出； OUT 信號(hào)離開實(shí)體但并不輸入；并且不會(huì)在內(nèi)部反饋使用；INOUT 信號(hào)是雙向的（既可以進(jìn)入實(shí)體，也可以離開實(shí)體）；BUFFER 信號(hào)輸出到實(shí)體外部，但同時(shí)也在實(shí)體內(nèi)部反饋。 由此看出，實(shí)體（ENTITY）類似于原理圖中的符號(hào),它并不描述模塊的具體功能。 （4）結(jié)構(gòu)體（architecture）結(jié)構(gòu)體是VHDL設(shè)計(jì)中最主要部分，它具體地指明了該基本設(shè)計(jì)單元的行為、元件及內(nèi)部的連接關(guān)系，也就是說它定義了設(shè)計(jì)單元具體的功能。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。 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(gè)值的對(duì)象就稱為客體（Object）。在電子線路中，這3類客體通常都具有一定的物理含義。所謂常數(shù)說明就是對(duì)某一常數(shù)名賦予一個(gè)固定的值。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(dá)式； 常量在定義時(shí)賦初值，賦值符號(hào)為“:=”。在仿真過程中它不像信號(hào)那樣，到了規(guī)定的仿真時(shí)間才進(jìn)行賦值，變量的賦值是立即生效的。 ③ 信號(hào)（Signal） 信號(hào)是電子線路內(nèi)部硬件連接的抽象。信號(hào)通常在構(gòu)造體、程序包和實(shí)體中說明。 （2） VHDL的運(yùn)算符 在VHDL語言中共有4類運(yùn)算符，可以分別進(jìn)行邏輯運(yùn)算（Logical）、關(guān)系運(yùn)算（Relational）、算術(shù)運(yùn)算（Arithmetic）和并置運(yùn)算（Concatenation）。另外，運(yùn)算符是有優(yōu)先級(jí)的，例如邏輯運(yùn)算符NOT，在所有的運(yùn)算符中優(yōu)先級(jí)最高。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(guān)。 順序語句（Sequential）:順序語句總是處于進(jìn)程的內(nèi)部，并且從仿真的角度來看是順序執(zhí)行的。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。對(duì)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(guān)閉通路，輸出零電平，所以又稱為通斷鍵控 OOK(onoff Keying)。 ()幅移鍵控調(diào)制器可以用一個(gè)相乘器實(shí)現(xiàn),也可以用一個(gè)開關(guān)電路來代替。 ~K)(tstc?os乘 法 器 )(2teASK)(ts b)(a )(2teASK設(shè)輸入序列為 010010，相應(yīng)的輸出波形如圖 所示：0110 0信 號(hào)ASK2 圖 ASK信號(hào)波形?? ??tnTtgattste sncASK ??osos2 ????????????圖 相乘法產(chǎn)生 ASK 圖 開關(guān)電路法產(chǎn)生 ASK ASK解調(diào)原理二進(jìn)制序列幅移鍵控信號(hào)的解調(diào)，與模擬雙邊帶 AM 信號(hào)的解調(diào)方法一樣，可以用相干解調(diào)或包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)）實(shí)現(xiàn)，如圖 （a） 、 （b）所示。 包 絡(luò) 檢 波BPFLPF抽 樣 判 決位 定 時(shí) 輸 出)(te2ASK )(b)cos(0???t)(te2ASK 輸 出?位 定 時(shí)抽 樣 判 決LPFBPF(a)(tv)(tx)(ty)ty 圖 ASK解調(diào)框圖 PSK的調(diào)制與解調(diào)在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號(hào)。235。205。228。187。171。171。212。187。233。227。203。168。247。227。170。216。231。227。198。224。解調(diào)原理框圖及波形如圖， 所示。248。168。203。168。247。224。203。247。205。168。203。168。247。233。249。208。246。247。228。246。168。177。246。229。 FSK調(diào)制原理二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的疊加。 1f2f 1f2f圖 FSK信號(hào)波形213。181。198。1f1 209。205。191。185。207。198。187。180。208。186。209。205。191。185。213。181。198。2f2207。188。198。e2FSK(t)1010信 號(hào)FSK2 FSK解調(diào)原理頻移鍵控信號(hào)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(jìn)制序列幅移鍵控信號(hào)的解調(diào)相同，只是必須使用兩套 2ASK 接收電路，如圖（a） 、 （b ）所示。圖 FSK解調(diào)框圖解調(diào) 2FSK 信號(hào)還可以用鑒頻法、過零檢測法及差分檢波法等。248。168。203。168。247。252。231。236。168。247。233。249。208。246。247。228。246。168。177。246。229。248。168。203。168。247。252。231。236。168。247。248。168。203。168。247。205。194。178。198。 179。209。197。190。198。202。179。182。202。194。179。180。205。194。178。198。??? 181。168。203。168。247。224。203。247。224。203。247。其原理框圖及各點(diǎn)波形如圖 所示。222。249。162。214。247。246。229。206。201。205。e f202。179。(a)abcde4硬件模塊方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) DDS（直接數(shù)字式頻率合成器）DDS 是直接數(shù)字式頻率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文縮寫，DDS 是一種新型的頻率合成技術(shù)。DDS 同 DSP（數(shù)字信號(hào)處理）一樣，是一項(xiàng)關(guān)鍵的數(shù)字化技術(shù)。 DDS原理實(shí)驗(yàn)采用目前使用最廣泛的一種 DDS 方式是利用高速存儲(chǔ)器作查找表，然后通過高速 DAC 輸出已經(jīng)用數(shù)字形式存儲(chǔ)的波形。累加寄存器一方面將上一時(shí)鐘周期作用后所產(chǎn)生的新的數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一時(shí)鐘的作用下繼續(xù)與頻率控制數(shù)據(jù) M 相加；另一方面將這個(gè)值作為取樣地址值送入幅度/相位轉(zhuǎn)換電路，此電路根據(jù)取樣地址輸出相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)。調(diào)節(jié) M 可以改變?nèi)拥狞c(diǎn)數(shù)，從而改變頻率?？梢?，通過設(shè)定相位累加器位數(shù) N、頻率控制字 M 和基準(zhǔn)時(shí)鐘的值，就可以產(chǎn)生任一頻率的輸出。硬件模塊的設(shè)計(jì)大致包含波形選擇模塊、頻率控制模塊、波形存儲(chǔ)模塊、等 3 個(gè)模塊，如圖 所示。其中，頻率控制字生成模塊可根據(jù)輸入產(chǎn)生指定頻率，同時(shí)顯示輸入頻率數(shù)字。波形數(shù)據(jù) ROM 表模塊存放三種波形的幅值／相位量化值，通過地址選擇相應(yīng)波形的數(shù)據(jù)。這樣就能從波形存儲(chǔ)器里選擇輸出不同的波形數(shù)據(jù)。圖 波形選擇模塊實(shí)體圖 波形存儲(chǔ)模塊如圖 ，該模塊 ROM 里存儲(chǔ)著四種波形數(shù)據(jù)，每個(gè)波形一周期選 256個(gè)數(shù)值。首先利用 MATLAB 生成一個(gè) .HEX 文件，.HEX 文件存儲(chǔ)的是一個(gè)深度為8192，寬度為 8 的正弦波形數(shù)字信號(hào)（數(shù)據(jù)不能超過 256）。本模塊的功能是通過傳送過來的地址，查找地址所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸出。圖 波形存儲(chǔ)模塊實(shí)體圖 頂層實(shí)體模塊頂層實(shí)體模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)上述模塊的配置以及連線，如圖 所示為該模塊的設(shè)計(jì)結(jié)果。 m序列發(fā)生器 m序列原理二進(jìn)制的m序列是一種重要的偽隨機(jī)序列,結(jié)構(gòu)簡單,實(shí)現(xiàn)方便。偽的意思是說這種碼是周期性的序列，易于產(chǎn)生和復(fù)制，但其隨機(jī)性接近于噪聲或隨機(jī)序列。例如, 在連續(xù)波雷達(dá)中可用作測距信號(hào)，在遙控系統(tǒng)中可用作遙控信號(hào)，在多址通信中可用作地址信號(hào)，在數(shù)字通信中可用作群同步信號(hào)，還可用作噪聲源及在保密通信中起加密作用等。有關(guān)產(chǎn)生m序列發(fā)生器的方法很多。產(chǎn)生偽隨機(jī)序列可以有不同的方法, 而移位寄存器(移存器) 是實(shí)用中最常用的。移位時(shí)鐘到來時(shí)使每一級(jí)的存數(shù)(即狀態(tài)) 向下一級(jí)移動(dòng)，成為下一級(jí)的新存數(shù)。由n 級(jí)線性移存器所產(chǎn)生的序列長度因反饋邏輯函數(shù)的不同而不一樣。也就是說，n級(jí)線性移存器序列結(jié)構(gòu)由它的初始狀態(tài)和反饋邏輯完全確定，其最長的可能周期P = —1,具有這種最長周期的線性移存器序列，簡稱m序2n列。由于m序列的均衡性、游程分布、自相關(guān)特性和功率譜等的基本性質(zhì)和隨機(jī)序列很相似。但是具有或基本具有隨機(jī)性質(zhì)的序列不僅只有m序列一種，m序列只是其中最常用的一種。帶線性反饋邏輯的移位寄存器設(shè)定各級(jí)寄存器的初始狀態(tài)后，在時(shí)鐘觸發(fā)下，每次移位后各級(jí)寄存器狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。它是一種周期序列，其周期不但與移位寄存器的級(jí)數(shù)有關(guān)，而且與線性反饋邏輯有關(guān)。此外，周期還與移位寄存器的初始狀態(tài)有關(guān)。線性反饋邏輯遵從如下遞歸關(guān)系： （）410a??即第 1 級(jí)與第 2 級(jí)輸出的模 2 運(yùn)算結(jié)果反饋到第 4 級(jí)去。 4級(jí)m序列發(fā)生器假設(shè)這 4 級(jí)移位寄存器的初始狀態(tài)為 0001，即第 1 級(jí)為 1，其余 3 級(jí)為0 狀態(tài)，那么隨著移位時(shí)鐘節(jié)拍，這個(gè)移位寄存器各級(jí)相繼出現(xiàn)的狀態(tài)如表 所示：表 m序列發(fā)生器狀態(tài)轉(zhuǎn)移序列由表 可知，在第 15 個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍時(shí)，移位寄存器的狀態(tài)與第 0 個(gè)狀態(tài)相同，因而從第 16 拍開始必定重復(fù)第 1 至 15 拍的過程。反饋移位寄存器序列是禁止全 0 狀態(tài)出現(xiàn)的，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)全 0，則以后的序列將恒為 0。圖 序列模塊實(shí)體圖 m序列仿真結(jié)果分析（1）功能仿真波形如圖 ：圖 功能仿真圖（2）嵌入式邏輯分析儀波形如圖 ：圖 SignalTap II仿真波形仿真結(jié)果分析：分析波形可見，輸出的基帶信號(hào)與設(shè)計(jì)一致，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，結(jié)果正確。4 分頻、8 分頻所得時(shí)鐘信號(hào)用于正弦載波的產(chǎn)生，512 分頻的時(shí)鐘信號(hào)用于產(chǎn)生基帶信號(hào)。圖 分頻器模塊實(shí)體圖 ASK/PSK調(diào)制與解調(diào) ASK/PSK調(diào)制方案由于 ASK 和 PSK 在調(diào)制時(shí)只需要一路正弦載波，可以將 ASK 和 PSK 的調(diào)制放在一個(gè)模塊里進(jìn)行，利用 DE2 開發(fā)板上的一個(gè)鍵進(jìn)行選擇，即當(dāng)此鍵為低電平時(shí)進(jìn)行 ASK 調(diào)制，變?yōu)楦唠娖綍r(shí)為 PSK 調(diào)制。具體設(shè)計(jì)框圖如圖（a） ， （b ） ， （c ）所示：正弦載波二選一選擇鍵 K基帶信號(hào)ASK/PSK 信號(hào)ASK/PSK調(diào)制 圖 (a) ASK/PSK調(diào)制模塊框圖 圖 （b）ASK 調(diào)制框圖（K=0 時(shí)） 圖 （c）PSK 調(diào)制框圖（K=1 時(shí)） ASK/PSK調(diào)制模塊如圖 ，模塊由系統(tǒng)時(shí)鐘觸發(fā)，包括三個(gè)輸入端：選擇開關(guān)，正弦載波輸入端，基帶信號(hào)輸入端。圖 ASK/PSK調(diào)制模塊實(shí)體圖 ASK/PSK調(diào)制仿真結(jié)果分析（1）ASK 調(diào)制（當(dāng) K=0 時(shí)）邏輯分析儀的波形如圖 ：正弦載波基帶信號(hào)二選一選擇器ASK 信號(hào)正弦載波基帶信號(hào)正弦波及其取反作為“0”和“π”相信號(hào)PSK 信號(hào)圖 SignalTap II仿真波形（ASK）（2）PSK 調(diào)制（當(dāng) K=1 時(shí)）邏輯分析儀的波形如圖 ：圖 SignalTap II仿真波形（PSK）仿真結(jié)果分析：分析以上仿真波形圖可知，仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)相符，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。當(dāng) K 鍵為 0 時(shí)，對(duì) ASK 進(jìn)行解調(diào)，K 為 1 時(shí)對(duì) PSK 進(jìn)行解調(diào)。二選一選擇鍵 KASK/PSK 調(diào)制信號(hào)ASK/PSK解調(diào)基帶信號(hào)圖 ASK/PSK解調(diào)模塊框圖圖 ASK/PSK 解調(diào)框圖 ASK/PSK解調(diào)模塊 模塊由時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)，K=0 時(shí)進(jìn)行 ASK 解調(diào)，K=1 時(shí)進(jìn)行 PSK 解調(diào)。 FSK調(diào)制與解調(diào) FSK調(diào)制方案使用兩路載波，采用鍵控法進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)基帶信號(hào)為 1 時(shí)，輸出載波 1，當(dāng)基帶信號(hào)為 0 時(shí)，輸出載波 2。設(shè)計(jì)框圖如圖 ：圖 FSK調(diào)制框圖 FSK調(diào)制模塊該模塊由時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)，x 為基帶信號(hào)，sin1 和 sin2 分別為兩路載波，采用鍵控法產(chǎn)生 FSK 信號(hào)后由 y 輸出，模塊圖如圖 。 FSK解調(diào)方案由于過零檢測法用 vhdl 語言實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，且對(duì)于數(shù)字信號(hào)來說，過零檢測法較其他三種分析方法更簡單，因此我們決定用過零檢測法來實(shí)現(xiàn) FSK信號(hào)的解調(diào)。圖 FSK解調(diào)模塊實(shí)體圖 FSK解調(diào)仿真結(jié)果分析FSK 解調(diào)在邏輯分析以上的波形如圖 所示：圖 SignalTap II仿真波形（FSK 解調(diào)）仿真結(jié)果分析：由仿真結(jié)果可看出，解調(diào)出的波形與基帶信號(hào)相同，解調(diào)成功。圖 SignalTap II仿真波形（2）當(dāng) K=1 時(shí)系統(tǒng)輸出波形如圖 所示，其中包括基帶波形， PSK 調(diào)制解調(diào)波形，F(xiàn)SK 調(diào)制解調(diào)波形。結(jié)論從測試結(jié)果來看，該系統(tǒng)簡單且達(dá)到了任務(wù)要求。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大部分通過 Quartus II 軟件和 ALTERA 公司生產(chǎn)的 DE2 開發(fā)板實(shí)現(xiàn)，在完成設(shè)計(jì)任務(wù)的同時(shí)，既熟悉了 VHDL 語言的編寫，也對(duì) QuartusII 這款功能強(qiáng)大的軟件有了更深的認(rèn)識(shí)。第二：一開始對(duì)于這三種信號(hào)的解調(diào)方法我打算采用 IP 核生成濾波器進(jìn)行解調(diào)，但后來發(fā)現(xiàn)濾出來的波形與預(yù)測相差很大，最后采用 VHDL 語言實(shí)現(xiàn)。在初期的設(shè)計(jì)過程中，有很多功能我沒有使用過，只能慢慢摸索，最后達(dá)成目的時(shí)很有成就感。遺憾的是，由于種種原因，我想附加的一些功能沒有實(shí)現(xiàn)，如果能有更多時(shí)間，我相信能將本系統(tǒng)更多的投入實(shí)踐。除了順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的喜悅，心里也涌起一股即將離別的悵然。從課題的選擇、開題答辯以及到具體的設(shè)計(jì)和調(diào)試，這一系列的過程中都凝聚著老師們與我的汗水和心血。與此同時(shí)，感謝學(xué)校對(duì)我的精心栽培，北方工業(yè)大學(xué)是一所有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和濃厚的學(xué)術(shù)氛圍的高等學(xué)府，在這生活的四年里，我不僅掌握了專業(yè)知識(shí)，也擁有了走入社會(huì)應(yīng)當(dāng)具備的素質(zhì)。 USE 。 U