摘 要
通信行业快速发展，信号调制技术不断发展，通信系统设计方法不断进步，FPGA/CPLD技术随之诞生。在本篇论文中，讲述的正是基于FPGA/CPLD的FSK调制解调器设计技术。在所设计的调制器中，所采用的是FSK调制技术中基本的频率键控法予以实现；在信号的解调制端则采用基本的过零检测法来设计实现。论文中讲述了FSK调制解调的过程和原理，并以2FSK和4FSK为例，通过VHDL硬件描述语言进行了2FSK和4FSK的调制器和解调器的设计，在FPGA/CPLD仿真环境Quartus II 6.0集成系统中进行了编译、综合和仿真，目标程序下载到SE-5M型EDA实验开发系统的EPF10K10L84目标芯片上进行了物理电路的验证。经验证，结果正确。
【关键词】 FSK；调制；FPGA/CPLD；频率键控；过零检测
【论文类型】 设计型
Title：The Design of the FSK modulator and demodulator based on the CPLD/FPGA
Major：Electronic and Information Engineering
Name：Zhou Yunru Signature：
Supervisor：Zhu Daixian Signature：
ABSTRACT
With the fast development of telecommunication industry, the signal modulation technology development, communication system design progresses, FPGA/CPLD technology was born. In this paper, I describe the FSK modem design based on FPGA/CPLD techniques. Modulator was designed with the frequency shift keying of the basic FSK modulation technology; And demodulator was designed with the zero-crossing detection method. The paper covers the processes and principles of FSK modulation and demodulation. The VHDL hardware description language was used for designing the 2FSK and 4FSK modulator and demodulator. I use the Quartus II 6.0 integrated FPGA/CPLD simulation environment for compilation, synthesis and simulation my program. I also download the program to the target chip EPF10K10L84 of SE-5M-EPF10K10L84 objective of EDA experiment system with a physical circuit simulation. And the result is rightly as what I expectant.
【Keywords】FSK, modulation, FPGA/CPLD, The frequency shift keying, Zero-crossing detection
【Type of Thesis】Design
目录
1 概述 1
1.1 课题研究的背景 1
1.1.1 课题研究的背景 1
1.1.2 课题研究的意义 2
1.2 课题研究工作 3
1.2.1 设计要求 3
1.2.2 论文布局 3
2 数字调制技术 4
2.1 数字振幅键控 4
2.1.1 数字振幅键控原理 4
2.1.2 数字振幅键控解调 5
2.1.3 数字振幅键控性能 6
2.2 数字相位键控 8
2.2.1 数字相移键控原理 8
2.2.2 数字相位键控解调 9
2.2.3 数字相位键控性能 10
2.3 数字频率键控 11
2.3.1 数字频率键控原理 11
2.3.2 数字频率键控解调 13
2.3.3 数字频率键控性能 15
2.3.4 MFSK简介 15
3 FPGA技术 17
3.1 FPGA技术发展史 17
3.2 FPGA开发基础 18
3.2.1 FPGA设计流程 18
3.2.2 硬件描述语言 19
4 FSK的FPGA实现 23
4.1 FSK的实现 23
4.1.1 FPGA实现的FSK设计概述 23
4.1.2 FPGA实现的FSK设计 23
4.2 设计的FPGA仿真验证 30
5 总结 37
5.1 课题研究总结 37
5.2 课题研究的展望 38
致 谢 39
参考文献 40
1 概述
本节属于论文的概述部分。在本章节，所要提及的内容有两个方面：一方面，就本课题研究的背景和意义作以简短的叙述；另一方面，为了方便广大读者的阅读，在本章节的第二部分给出了课题研究的一些要求和本篇论文的一个粗略布局。
1.1 课题研究的背景
1.1.1 课题研究的背景
通信技术和通信产业是二十世纪八十年代以来发展极其迅速的领域之一，这不仅是在国内如此，国外也是如此，这是人类社会进入信息时代的重要标志。从最初的点到点式通信发展为现代的网状全方位多层次通信网，交换机技术从最初的人工式到现代的程控交换技术，传播信号也由模拟信号成了现代的数字信号，系统也出现了纯数字系统和模数并存的系统，技术不断深化发展，新技术不断被研究产生。
图 1-1 基带通信系统
图1-2 (a) 模拟通信系统
图1-2 (b) 数字通信系统
传统的基带通信系统，有着支持的用户数量少，信号传输质量不高，易受到干扰等缺点，为了克服这些问题，出现了诸如编码，调制，加密，扩频等技术。以基带传输系统为例，如图1-1所示，信源通过信道直接传送给信宿，显然，在短距离单用户时可以实现，但当远距离多用户通信时，或者在有限带宽的高频信道如无线或光纤信道上传输时，将无法实现或者说即使能够实现也不会获得较好的接收质量。因此，必须对信号进行一定的处理，这个处理就叫做信号调制，含调制的通信系统如图1-2中(a)所示，原始基带信号经过调制，变成频带信号，由于高频信号相对于低频信号有着诸多优点，使得信号可以远距离传输，并且为复用技术提供了可能。为了比较数字和模拟通信系统之间的不同，图1-2中(b)给出了模拟通信系统模型。调制技术发展几十年以来，已经在日常生活和工业控制中被广泛采用。
1.1.2 课题研究的意义
数字信号在当前应用越来越广泛，数字调制技术也就成为时下研究的热点。对于数字调制技术而言，主要有3种方式，分别为数字调幅(数字信号对载波幅度调制称为振幅键控ASM)，数字调相(数字信号对载波相位调制称为相移键控PSK)，数字调频(数字信号对载波频率调制称为频移键控FSK)。作为数字调制技术中重要的方法之一的FSK调制技术，是用不同频率的载波来传送数字信号，用数字基带信号控制载波信号的频率，它是信息传输中使用较早的一种调制方式，主要特点是：抗干扰能力较强，不受信道参数变化的影响，传输距离远，误码率低等。在中低速数据传输中，特别是在衰落信道中传输数据时，有着广泛的应用，其实现方法主要有单片机实现方式、数字电路实现方式、DSP实现方式、专用芯片实现方式、硬件描述语言VHDL实现方式等。然而，数字电路实现方式有其无法克制的局限性：系统升级，修改都不容易，移植性差，单片机需要很多外围电路，这样就增加了设计成本，移植升级操作不方便；ASIC（专用芯片）实现方式使用场合有限，不便推广，升级换代成本投入大等；软件类实现方式中，FPGA 最大的特点就是灵活，实现想实现的任何数字电路，可以定制各种电路，减少受制于专用芯片的束缚，真正为自己的产品量身定做，在设计的过程中可以灵活的更改设计，而且它强大的逻辑资源和寄存器资源可以让你轻松的去发挥设计理念，其并行执行，硬件实现的方式可以应对设计中大量的高速电子线路设计需求。 FPGA比DSP拥有更快的速度，可以实现非常复杂的高速逻辑，FPGA比ASIC（专用芯片）有更短的设计周期和灵活性，免去昂贵的开发费用，而且可以随时裁减，增加设计者想要实现的功能，降低设计风险，回避芯片厂商的限制。另外知识产权的概念不断涌现，他人抄袭现象严重，而FPGA完全让设计的智慧得以保护，让公司的利益在较长时间内得到保证。随着FPGA芯片供应商和第三方公司的重视，有非常多现成的IP核被提供，进一步
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2014-8-26
