基于FPGA的AM调制系统

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了基于FPGA的AM调制系统。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

  要:本系统由FPGA、串口屏、DAC模块和AD831组成。FPGA通过调用宏功能模块NCO,按照输入时钟50MHz,产生相应频率正弦信号输出,共产生两路,一路为调制信号,另一路为载波信号。根据AM调制的原理,调用宏功能模块LPM_MULT将调制信号和载波信号的数值相乘,得到AM调制信号,并能够对调制度进行调节。并系统采用AD831完成对于AM调制信号的上变频,本振信号由信号发生器产生。

关键词:AM,DDS,UART,FPGA

1. 设计方案工作原理

1.1 系统方案描述

本系统框图如图1.1所示,FPGA通过调用宏功能模块NCO,按照输入时钟50MHz,产生相应频率的调制信号、载波信号和AM调制信号数值,DAC模块根据控制字产生相应频率和幅值的信号。输出的AM调制信号接入AD831与高频率信号进行混频最终输出高频信号。串口屏通过串口与FPGA进行通信可以在一定范围内对调制信号的频率、载波频率和调制度进行调节。

am调制的fpga实现,FPGA开发实战笔记,fpga开发
图1.1 系统框图

1.2 方案比较与选择

1.2.1 FPGA

方案1:使用高云的GW1NSR-LV4C型号的FPGA,其具有Cortex-M3的硬核处理器,共有4608个逻辑单元、3456个寄存器,乘法器的参数为16,Block SRAM有180K,用户闪存为256K,并有2个锁相环PLL,4个I/O Bank,用户I/O数为44。

方案2:使用EP4CE6系列的Cyclone IV EP4CE6F17C8N型号FPGA,其含256个管脚,6272个逻辑单元,采用BGA封装。采用低成本、低功耗的FPGA架构、6K到150K的逻辑单元、高达6.3Mb的嵌入式存储器、高达360个18×18乘法器,实现DSP处理密集型应用、协议桥接应用,实现小于1.5W的总功耗。

综合以上考虑,考虑到AM调制系统的需求和各项频率的需求,在尽、可能减少功耗的前提下,选择方案2。

1.2.2 DAC电路方案

方案1:使用ACM9767高速DAC模块,其为一款高性能高速双通道DAC模块,本模块具有单电源5V供电输入,双通道数字转模拟信号输出,每个通道数据分辨率为14位,输出电压范围为正负5V,且转换速率高达125Msps。

方案2:使用与FPGA开发板的AD和DA集成板,其采用THS5651A电路,能够产生规定频率的波形,并且稳定输出。具有精度高、电路简单、价格便宜的特点。

综合上述考虑,考虑到电路的复杂程度、结果的精确程度以及方案的价格等方面,选择方案2。

1.2.3 人机交互方案

方案1:使用数码管和按键作为人机交互,数码管显示调节的模式(调制信号、载波信号和调制深度),按键调节频率和调制度。

方案2:使用串口屏制作人机交换界面,制作一个主界面和三个子界面,三个子界面分别调节调制信号的频率、载波信号的频率和调制深度。

方案3:使用数码管和矩阵按键,数码管作为调节模式的显示,矩阵按键作为输入,输入相应的频率和调制深度。

综合以上考虑,为了方便快捷的调节频率、调制度,我们最终选择方案2。

2.核心部件电路设计

2.1 DAC电路

DAC电路,即数模转换电路。其采用THS5651A电路,完成数模转换。其通过R27和内部VREF设定的DAC输出差分电流是IOUTA = 0mA-5mA,IOUTB = 5mA-0mA(这里IOUTA和IOUTB是差分对),具体的输出电流值由输入DAC的码值DA_Data[9:0]确定。IOUTA和IOUTB通过外部运放电路转化为单端电压。

DAC电路如下图2.1所示。

am调制的fpga实现,FPGA开发实战笔记,fpga开发
图2.1 DAC电路图

 2.2 AD831混频电路

AD831混频电路起到的是混频作用,将对FPGA产生的AM调制信号完成上变频。其能够完成将信号频率由一个量值转为另一个量值,常常用于产生中频信号。AD831由混频器、限幅放大器、低噪声输出放大器和偏置电路等组成,是一款集成的混频器,其本人和射频输入均可达到500MHz,中频输出方式由两种:差分电流输出和单端电压输出,在采用差分电流输出时,输出频率可达250MHz;在采用单端电压输出时,输出频率可达200MHz。

AD831电路如下图2.2所示。

am调制的fpga实现,FPGA开发实战笔记,fpga开发
图2.2 AD831电路图

3.系统软件设计分析

3.1 主要模块程序设计

FPGA程序主要由四部分组成,分别为U0-串口接收模块、U1-频率调节模块、U3-波形选择模块和U4-DAC转换模块。U0-串口接收模块用于接收来自串口屏发出的频率和调制深度信息,然后将接收的信息传送到U1-频率调节模块,U1-频率调节模块进行处理生成三个相对应的控制字转送给U3-波形选择模块,同时U3-波形选择模块根据拨动按键来选择输出的波形,然后将波形产生数据传送给U4-DAC转换模块。

AM调制系统RTL图如图3.1所示。

am调制的fpga实现,FPGA开发实战笔记,fpga开发
图3.1 系统RTL图

 3.2 关键模块程序清单

关键模块的程序原文件列表主要包含串口、波形选择、频率调节、DAC转换和顶层文件。

模块程序清单如图3.2所示。

am调制的fpga实现,FPGA开发实战笔记,fpga开发
图3.2 程序清单图

 4.竞赛工作环境条件

4.1 设计分析软件环境

Windows 10;Quartus Ⅱ;Modelsim。

4.2 仪器设备硬件平台

示波器(RIGOL:DS2022A-EDU);信号发生器(RIGOL:DG4102);直流电源(RIGOL:DP832)。

4.3 测试条件

工作电源电压:±12V;

温度:室温;

气压:标压。

5.作品成效总结分析

5.1 系统测试性能指标

调制信号测试方案:输出信号为正弦波,频率为1KHz,观察示波器结果。

载波信号测试方案:输出信号为正弦波,频率为5MHz,观察示波器结果。

AM调制测试方案:输出信号为AM调制信号,观察示波器结果与波形。然后接入AD831模块射频输入端,并使用信号发生器产生25 MHz,100mv Vpp的正弦信号,接入AD831模块本振输入端,混频后得到30 MHz,并使用示波器的MATH功能的FFT来观察频谱。

自由设置调制信号测试方案:使用串口屏调节调制信号频率,观察示波器结果。

自由设置载波信号测试方案:使用串口屏调节载波信号频率,观察示波器结果。

调制度测试方案:使用串口屏调节调制深度,观察示波器结果,对其进行分析。

5.2 成效得失对比分析

5.2.1 调制信号测试结果

表5.1 调制信号测试结果表

波形

频率

谐波失真度

正弦波

1KHz

1.42%

5.2.2 载波信号测试结果

表5.2 载波信号测试结果表

波形

频率

谐波失真度

正弦波

5MHz

1.31%

5.2.3 AM调制测试结果

表5.3 AM调制测试结果表

是否调制

调制深度

是否上变频

上变频频率

0.5

30.02MHz

5.2.3 自由设置调制信号参数测试结果

使用串口屏进入调制信号参数测试界面,调节调制信号频率,观察示波器结构。其频率范围为1KHz-10KHz,分辨率为0.01KHz.以下为部分测试结果。

表5.4 调制信号频率测试结果表

理论信号

实际信号

1.00KHz

1.001KHz

1.05KHz

1.051KHz

1.50KHz

1.498KHz

2.00KHz

2.008KHz

3.50KHz

3.499KHz

5.00KHz

5.002KHz

10.00KHz

9.997KHz

5.2.4 自由设置载波信号参数测试结果

使用串口屏进入载波信号频率设置界面,调节载波信号频率,观察示波器结果。其范围为1M-10MHz,分辨率为0.01MHz。以下为部分测试结果。

表5.5 载波信号频率测试结果表

理论信号

实际信号

1.00MHz

1.002MHz

2.00MHz

2.006MHz

3.00MHz

2.988MHz

4.00MHz

3.989MHz

5.00MHz

5.008MHz

6.50MHz

6.503MHz

7.70MHz

7.705MHz

8.80MHz

8.796MHz

10.00MHz

10.004MHz

5.2.4 自由设置调制深度测试结果

使用串口屏进入调制深度设置界面,调节调制深度,观察示波器结果。步进为0.1。

以下为部分测试结果。

表5.6 调制深度测试结果表

理论值

实际值

0

0.001

0.1

0.107

0.2

0.180

0.3

0.280

0.4

0.390

0.5

0.450

0.6

0.580

0.7

0.670

0.8

0.790

0.9

0.875

1

0.998

5.3创新特色总结

系统电路系统简单,输出波形美观。结构清晰分明,采用正负12V供电,对电源要求低;此外,系统还具有以下3点优点:

  1. 利用宏功能模块NCO和LPM_MULT实现调制信号和载波信号以及AM调制信号的产生,精度高,速度快,远远超过题目所设定的要求。
  2. 具有混频的功能,精度高,可以将FPGA产生的射频信号进行上变频。
  3. 系统可以通过串口屏对系统进行交互和控制。系统可以对频率进行粗略调节和精细调节,可以实现超越题目要求的频率输出。

综上,系统完全实现了题目的要求,精度较高,并且在功能上加以拓展。性能十分优良。效果远超题目要求。


更新日志:

2023年7月5日——文章首次上传


资源下载:

CSDN:(22条消息) 基于FPGA的AM调制系统资源-CSDN文库

百度网盘:https://pan.baidu.com/s/1Ur-ZZSfTkvGNh3Q_XjY6NA?pwd=18at 
提取码:18at 文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-754171.html

到了这里,关于基于FPGA的AM调制系统的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • AM62X+FPGA+AD+vxworks实时操作系统数据采集处理解决方案

    Specification Description 处理器 AM6231 at up to 1.2GHz 操作系统 VXWORKS 存储  DDR4,8GB EMMC 接口 •PrPMC接口 •1个USB2.0 •3路RMII •1路RS485 •1路IRIGB •1路RS232 调试接口 JTAG / COP debug port 工业环境监测设备: Specification Description 处理器 AM6231 at up to 1.2GHz 操作系统 VXWORKS 存储 DDR4,4GB EMM

    2024年02月11日
    浏览(50)
  • AM62x GPMC并口如何实现“小数据-低时延,大数据-高带宽”—ARM+FPGA低成本通信方案

    GPMC并口简介 GPMC(General Purpose Memory Controller)是TI处理器特有的通用存储器控制器接口,支持8/16bit数据位宽,支持128MB访问空间,最高时钟速率133MHz。GPMC是AM62x、AM64x、AM437x、AM335x、AM57x等处理器专用于与外部存储器设备的接口,如: (1)FPGA器件 (2)ADC器件 (3)SRAM内存 (4)NOR/NAND闪存

    2024年02月11日
    浏览(35)
  • 基于FPGA的QPSK调制系统verilog开发

    目录 一、理论基础 二、核心程序 三、测试结果         正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)是一种数字调制方式。它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题,所以在实际中主要采用相对移相方式DQPSK。QPSK是一种四进制相位调制,具有良

    2024年02月01日
    浏览(43)
  • 基于FPGA的FSK调制解调系统verilog开发

    目录 1.算法仿真效果 2.verilog核心程序 3.算法涉及理论知识概要 4.完整verilog VIVADO2019.2仿真结果如下:       频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。数字频率调制是数据通信中使用较 早的一种通信方式,由于这种调制解调方式容易实现,抗噪声和抗衰减性能较强,

    2024年02月05日
    浏览(67)
  • AM振幅调制器

    AM振幅调制器是一种基础电路,其原理是将信息信号调制到载波信号上,从而实现信号的传输。在现代通信系统中,AM振幅调制器被广泛应用于调制和解调模拟信号,如广播电视和无线电通信等领域。 本报告旨在设计一种简单的AM振幅调制器电路,以便学生更好地了解和掌握这

    2024年02月03日
    浏览(49)
  • 【调制解调】AM 调幅

    学习数字信号处理算法时整理的学习笔记。同系列文章目录可见 《DSP 学习之路》目录,代码已上传到 Github - ModulationAndDemodulation。本篇介绍 AM 调幅信号的调制与解调,内附全套 MATLAB 代码。 目录 说明 1. AM 调制算法 1.1 算法描述 1.2 调制信号 m(t) 为确知信号时 1.3 调制信号 m

    2024年02月13日
    浏览(56)
  • 通信原理与MATLAB(一):AM的调制解调

    AM的调制原理如下图所示,基带信号m(t)和直流量A0相加,然后和高频载波相乘实现AM信号的调制。 AM的解调原理如下图所示,AM信号经过信道传输之后,再和载波相乘,然后经过低通滤波,隔直流之后恢复出原始基带信号。 AM.m文件,主文件 T2F.m文件,FFT功能 F2T.m文件,IFFT功能

    2023年04月08日
    浏览(47)
  • 通信原理板块——幅度调制(线性调制)原理(AM、DSB、SSB、VSB)

    微信公众号上线,搜索公众号 小灰灰的FPGA ,关注可获取相关源码,定期更新有关FPGA的项目以及开源项目源码,包括但不限于各类检测芯片驱动、低速接口驱动、高速接口驱动、数据信号处理、图像处理以及AXI总线等 1、调制的定义、目的及分类 (1)调制——将信号形式转换成

    2024年02月04日
    浏览(40)
  • m基于FPGA的8PSK调制解调系统verilog实现,包含testbench测试文件

    目录 1.算法仿真效果 2.算法涉及理论知识概要 2.1 8PSK调制原理 2.2 基于FPGA的8PSK调制解调器设计和实现 3.Verilog核心程序 4.完整算法代码文件获得 vivado仿真结果如下: 借助matlab看8PSK的星座图:         随着通信技术的不断发展,相位调制技术因其高频谱效率和抗干扰能力而广

    2024年02月05日
    浏览(45)
  • m基于FPGA的PPM光学脉位调制解调系统verilog实现,包含testbench

    目录 1.算法仿真效果 2.算法涉及理论知识概要 2.1 PPM调制解调原理 2.2 基于FPGA的PPM系统实现 3.Verilog核心程序 4.完整算法代码文件获得 vivado2019.2仿真结果如下:          基于FPGA的PPM(脉冲位置调制)光学脉位调制解调系统是一个复杂的电子与光电子相结合的通信系统。    

    2024年02月03日
    浏览(50)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包