基于FPGA的FSK調制解調系統設計

2015-05-04 08:52:09楊湲肖順文鄒貴祥易歡李怡琳

數字技術與應用 2014年12期

楊湲++肖順文++鄒貴祥++易歡++李怡琳

摘要：根據FSK調制和解調的原理，設計了一種基于 FPGA 芯片的FSK調制解調器。本系統采用頻率鍵控法設計調制模塊，利用過零檢測法實現解調模塊。測試結果表明：fsk解調信號波形和輸入基帶信號波形一致，滿足系統的設計要求，整個系統具有較高穩定性。

關鍵詞：FPGA 移頻鍵控過零檢測法

中圖分類號：TN914.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0161-02

1 前言

FSK（Frequency-shift keying）頻移鍵控是利用基帶數字信號離散取值特點去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數字調制技術，用FSK來實現調制過程具有轉換速度快、波形好、穩定度高、電路結構簡單、抗干擾能力強等優點，因此FSK調制技術在數據傳輸中廣泛應用[1，2]。在本設計中，調制器與解調器均采用模塊化設計方法實現。在調制中，根據基帶信號的變化控制頻率成分的輸出，以此實現利用輸出頻率的變化來傳遞數字信息。解調則是采用過零檢測法實現，即在一個檢測周期，計數上升沿的個數，根據上升沿個數判斷頻率的大小，從而判斷出輸入的是“0”還是“1”。本設計中調制解調系統采用頂層設計方法，簡化了設計的復雜性、加快了設計速度。

2 調制、解調原理

本設計中調制系統采用FSK調制，它是輸出頻率隨數字信號而變化的一種調制方式，即利用數字基帶信號去控制選擇開關來改變輸出的頻率成分，從而實現FSK調制[1]。在2FSK中，設0對應的載波頻率ω1，1對應的載波頻率ω2，則其表達式如（1）所示[3]：

特別地，在正交解調中，過零檢測法結構簡單、易于實現、對增益起伏不敏感，因此本設計采用該方法進行信號解調。在過零檢測法中，信號頻率的高低是由在一個單位時間內，信號波形通過零電平軸的次數來確定的，因此采用過零檢測法，測出過零點數，便可判斷相關的頻率成分[4]。

3 調制、解調電路結構

調制、解調電路結構如圖1所示[4]，基帶信號輸入到寄存器保存信息，再由寄存器輸出信號，控制二選一選通開關，使其中一路頻率輸出，便得到調制fsk信號。將fsk信號輸入到解調器中，用一個寄存器保存已調信號，當時鐘上升沿到來的時候，計數器Ⅰ計數一次，計數值為10時清零，當fsk信號的上升沿到來時，計數器Ⅱ計數一次，在計數器Ⅰ記數到10 時清零。判決器的功能是：以10個時鐘信號為周期，在計數器Ⅰ計數值為9 時，對計數器Ⅱ計數值進行判決，計數器Ⅱ的數值小于2輸出“1”，否則輸出“0”，輸出結果即為解調信號[7，8]。

4 調制、解調硬件電路設計

調制原理圖如圖2所示，clk為2MHz時鐘脈沖信號輸入，jishuqi1輸出頻率為500KHz的載波f1，f1輸入到xuanzeqi的a端，jishuqi2輸出頻率為100KHz的載波f2，f2輸入到xuanzeqi的b端。由inn信號控制xuanzeqi，使f1、f2其中的一路頻率輸出。

解調原理圖如圖3所示，將調制器輸出的fsk信號連接到解調器的fsk端，調制信號經過解調器解調后得到outt信號。

5 調制、解調仿真結果

調制設計仿真圖如圖4所示，從仿真圖看出輸入的時鐘脈沖為2MHz，經4分頻后得到500KHz的載波f1，經20分頻后得到100KHz的載波f2，fsk是輸出的調制信號。

解調設計仿真圖如圖5所示，從仿真圖看出，輸出信號和輸入信號波形完全一致，系統具有可靠的穩定性，能夠滿足設計的要求。

6 結語

本設計的調制解調系統是以Quartus II 9.0軟件為操作平臺，基于VHDL語言進行設計，利用模塊化設計，簡化了電路，提高了運算的速度，實現了調制解調的相關功能，并且提高了系統穩定性。

參考文獻

[1]張志聰.2FSK解調器前端設計[D].四川成都：電子科技大學，2010：3-4.

[2]林德彬，楊錦輝.無線編碼解碼控制系統的設計與實踐[J].西安航空技術高等專科學校學報，2006，24（5）：24-26.

[3]周志法，艾文，張堯琴.基于FPGA的2FSK數字信號調制解調[J].電子科技，2012，25（3）：121-123.