基于FPGA的通信信号源的设计

通信信号源设计原理

    通过设计一个DDS信号源，然后将该信号作为载波信号，再对基带信号进行2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK调制，进而产生多种通信信号。

    设计框图如下：

    将PN序列进行2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK调制，其中载波发生器提供三种不同的载波信号，按键设置用来选择当前DAC输出的最终调制信号，DAC输出模块将调制好的数字化波形转换为模拟信号。

    PN序列采用的设计方法是m序列，采用3级寄存器生成7序列基带信号。

    调制模块分别包含：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK这四种调制方式，可以通过按键选择所要输出的调制信号。

    按键设置,主要分为按键消抖和按键编码，用来切换输出信号。

    载波发生器，采用DDS的方法进行生成三种载波信号，分别为：500Hz（起始相位为0度），1K（起始相位为0度），1K（起始相位为180度）。

    DAC输出模块，这是驱动TLC5615的硬件接口，用于将数字信号转换位模拟信号。

硬件原理图说明

按键操作：

波形输出：

示波器要接LVOUT这个排针的引脚，旁边那个就是地；输出的是经过调制的正弦信号！

136是输出PN序列，135是输出pdsk调制。

将这两个信号接入示波器可以和前面的DAC输出进行对比。

实验代码

• 顶层接口模块：

/********************************版权声明**************************************

** 大西瓜团队

**

**----------------------------文件信息--------------------------

** 文件名称： DDS_top.v

** 创建日期：

** 功能描述：顶层设计

** 硬件平台：大西瓜第3代开发板 http://daxiguafpga.taobao.com

** 版权声明：本代码属个人知识产权,本代码仅供交流学习.

**---------------------------修改文件的相关信息----------------

** 修改人：

** 修改日期：        

** 描述:PN序列频率为500HZ

        载波1频率为500HZ

        载波2频率为1000Hz

        载波3频率为1000Hz相位相差180

*******************************************************************************/

module DDS_top(clk,//内部时钟

reset,//复位

sclk,//DAC时钟输入

din,//DAC数据输入

cs,//DAC片选

m_ser_out,//PN序列输出,25引脚

set_ask,//设置输出为ask

set_fsk,//设置输出为fsk

set_psk,//设置输出为psk

set_dpsk,//设置输出为pdsk

dpsk_code_out //pdsk调制输出,27引脚

);

input clk;

input reset;

output sclk;

output din;

output cs;

input set_ask;

input     set_fsk;

input     set_psk;

input     set_dpsk;

output m_ser_out;

output dpsk_code_out;

wire clk;

wire reset;

wire set_ask_line;

wire     set_fsk_line;

wire     set_psk_line;

wire     set_dpsk_line;

wire clk_div;

wire[9:0] data_line1;

wire[9:0] data_line2;

wire[9:0] data_line3;

wire[9:0] ask_code_sin_out;

wire[9:0] fsk_code_sin_out;

wire[9:0] psk_code_sin_out;

wire[9:0] dpsk_code_sin_out;

wire[9:0] dac_data_in;

DDS u4(.clk(clk),

.reset_n(reset),

.dds_data_out1(data_line1),

.dds_data_out2(data_line2),

.dds_data_out3(data_line3));

m_ser u5(

.clk(clk),//sys clk

.reset_n(reset),//sys reset_n

.clk_div(clk_div),

.m_ser_out(m_ser_out)//PN ser_code out

);

ask_code u6(

.clk(clk),

.m_ser_code_in(m_ser_out),

.dds_sin_data_in(data_line2),//10k正弦波

.ask_code_sin_out(ask_code_sin_out)

);

fsk_code u7(

.clk(clk),

.m_ser_code_in(m_ser_out),

.dds_sin_data_in1(data_line1),//1k正弦波

.dds_sin_data_in2(data_line2),//10k正弦波

.fsk_code_sin_out(fsk_code_sin_out)

);

psk_code u8(

.clk(clk),

.m_ser_code_in(m_ser_out),

.dds_sin_data_in2(data_line2),//10k正弦波

.dds_sin_data_in3(data_line3),//10k正弦波

.psk_code_sin_out(psk_code_sin_out)

);

dpsk_code u9(

.clk(clk_div),//sys 500Hz

.reset_n(reset),//

.m_ser_code_in(m_ser_out),//PN序列输入

.dpsk_code_out(dpsk_code_out),//dpsk调制输出

.dds_sin_data_in2(data_line2),//10k正弦波

.dds_sin_data_in3(data_line3),//10k正弦波,相位相差180

.dpsk_code_sin_out(dpsk_code_sin_out)//

);

key u10(.clk(clk),.key(set_ask),.key_out(set_ask_line));

key u11(.clk(clk),.key(set_fsk),.key_out(set_fsk_line));

key u12(.clk(clk),.key(set_psk),.key_out(set_psk_line));

key u13(.clk(clk),.key(set_dpsk),.key_out(set_dpsk_line));

key_coding u14(

.clk(clk),

.reset_n(reset),

.set_ask(set_ask_line),

.set_fsk(set_fsk_line),

.set_psk(set_psk_line),

.set_dpsk(set_dpsk_line),

.ask_code_sin_out(ask_code_sin_out),//

.fsk_code_sin_out(fsk_code_sin_out),//

.psk_code_sin_out(psk_code_sin_out),//

.dpsk_code_sin_out(dpsk_code_sin_out),//

.code_data_out(dac_data_in));//

TLC5615 u15(

.clk(clk),

.sclk(sclk),

.din(din),

.cs(cs),

.din_in(dac_data_in));

endmodule

• 按键编码模块：

/********************************版权声明**************************************

** 大西瓜团队

**

**----------------------------文件信息--------------------------

** 文件名称： key_coding.v

** 创建日期：

** 功能描述：按键编码

** 硬件平台：大西瓜第3代开发板 http://daxiguafpga.taobao.com

** 版权声明：本代码属个人知识产权,本代码仅供交流学习.

**---------------------------修改文件的相关信息----------------

** 修改人：

** 修改日期：        

** 修改内容：

*******************************************************************************/

module key_coding(

clk,

reset_n,

set_ask,

set_fsk,

set_psk,

set_dpsk,

ask_code_sin_out,//

fsk_code_sin_out,//

psk_code_sin_out,//

dpsk_code_sin_out,//

code_data_out //

);

input clk;

input reset_n;

input set_ask;

input set_fsk;

input set_psk;

input set_dpsk;

input[9:0] ask_code_sin_out;//

input[9:0] fsk_code_sin_out;//

input[9:0] psk_code_sin_out;//

input[9:0] dpsk_code_sin_out;//

output[9:0] code_data_out;

wire reset;

wire set_ask;

wire set_fsk;

wire set_psk;

wire set_dpsk;

wire[9:0] ask_code_sin_out;//

wire[9:0] fsk_code_sin_out;//

wire[9:0] psk_code_sin_out;//

wire[9:0] dpsk_code_sin_out;//

reg[9:0] code_data_out;

wire[3:0] set_mode_code;

/******************调制模式选择****************************************/

assign set_mode_code={set_ask,set_fsk,set_psk,set_dpsk};

always@(posedge clk ornegedge reset_n)

begin

if(!reset_n)

begin

code_data_out<=10'd0;

end

else

case(set_mode_code)

4'b0111:code_data_out<=ask_code_sin_out;

4'b1011:code_data_out<=fsk_code_sin_out;

4'b1101:code_data_out<=psk_code_sin_out;

4'b1110:code_data_out<=dpsk_code_sin_out;

default:code_data_out<=ask_code_sin_out;

endcase

end

endmodule

• 按键消抖模块：

/********************************版权声明**************************************

** 大西瓜团队

**

**----------------------------文件信息--------------------------

** 文件名称： key.v

** 创建日期：

** 功能描述：按键消抖

** 硬件平台：大西瓜第3代开发板 http://daxiguafpga.taobao.com

** 版权声明：本代码属个人知识产权,本代码仅供交流学习.

**---------------------------修改文件的相关信息----------------

** 修改人：

** 修改日期：        

** 修改内容：

*******************************************************************************/

module key(

clk,

key,

key_out);

input clk;

input key;//时钟输入，按键输入

output key_out;//经消抖后的按键信号输出

wire clk;

wire key;

reg key_out;

parameter s0=2'b00,s1=2'b01,s2=2'b10,s3=2'b11;

reg[1:0] state;

always@(posedge clk)

begin

case(state)

s0:

begin

key_out<=1'b1;

     if(key==1'b0)

         state<=s1;

     else

     state<=s0;

     end

     s1:

     begin

     if(key==1'b0)

         state<=s2;

     else

     state<=s0;

     end

     s2:

     begin

     if(key==1'b0)

         state<=s3;

     else

     state<=s0;

     end

     s3:

     begin

     if(key==1'b0)

     begin

         key_out<=1'b0;

         state<=s3;

         end

        else

         begin

         key_out<=1'b1;

         state<=s0;

     end

     end

     default:

     state<=s0;

endcase

end

endmodule

• DDS模块：

/********************************版权声明**************************************

** 大西瓜团队

**

**----------------------------文件信息--------------------------

** 文件名称： DDS.v

** 创建日期：

** 功能描述：DDS信号发生与嵌入式逻辑分析仪的调用

** 硬件平台：大西瓜第3代开发板 http://daxiguafpga.taobao.com

** 版权声明：本代码属个人知识产权,本代码仅供交流学习.

**---------------------------修改文件的相关信息----------------

** 修改人：

** 修改日期：        

** 修改内容：

*******************************************************************************/

module DDS(

clk,

reset_n,

dds_data_out1,

dds_data_out2,

dds_data_out3

);

input clk;//时钟输入

input reset_n;

output[9:0] dds_data_out1;

output[9:0] dds_data_out2;

output[9:0] dds_data_out3;

wire clk;

wire reset_n;

wire[9:0] dds_data_out1;

wire[9:0] dds_data_out2;

wire[9:0] dds_data_out3;

//**************************************************//

//******************产生载波1(500)**********************//

//**************************************************//

/**************连接线***************/

wire[31:0] f32_bus1;//AC频率控制字输入

wire[9:0] p_bus1;

wire[31:0] reg32_out1;//32位寄存器输出

wire[31:0] reg32_in1;//32位寄存器输入

wire[9:0] reg10_in1;

wire[9:0] reg10_out_address1;

/************************************/

parameter[11:0] f32_bus_init1=12'd0;

parameter[9:0] p10_bus_init1=10'd0;//设置初始相位

assign f32_bus1[31:20]=f32_bus_init1;//初始化,高位置低

assign f32_bus1[19:0]=20'd42950;//低位可以设置DDS的输出频率

assign p_bus1=p10_bus_init1;

/*********************元件例化************************************/

adder_32 u1(.data1(f32_bus1),.data2(reg32_out1),.sum(reg32_in1));

reg32 u2(.clk(clk),.reset_n(reset_n),.data_in(reg32_in1),.data_out(reg32_out1));

adder_10 u3(.data1(p_bus1),.data2(reg32_out1[31:22]),.sum(reg10_in1));

reg_10 u4(.clk(clk),.reset_n(reset_n),.data_in(reg10_in1),.data_out(reg10_out_address1));

sin_rom u5(.address(reg10_out_address1),.clock(clk),.q(dds_data_out1));//正弦

//**************************************************//

//******************产生载波2(1K)**********************//

//**************************************************//

/**************连接线***************/

wire[31:0] f32_bus2;//AC频率控制字输入

wire[9:0] p_bus2;

wire[31:0] reg32_out2;//32位寄存器输出

wire[31:0] reg32_in2;//32位寄存器输入

wire[9:0] reg10_in2;

wire[9:0] reg10_out_address2;

/************************************/

parameter[11:0] f32_bus_init2=12'd0;//

parameter[9:0] p10_bus_init2=10'd0;//设置初始相位

assign f32_bus2[31:20]=f32_bus_init2;//初始化,高位置低

assign f32_bus2[19:0]=20'd85899;//低位可以设置DDS的输出频率

assign p_bus2=p10_bus_init2;

/*********************元件例化************************************/

adder_32 u6(.data1(f32_bus2),.data2(reg32_out2),.sum(reg32_in2));

reg32 u7(.clk(clk),.reset_n(reset_n),.data_in(reg32_in2),.data_out(reg32_out2));

adder_10 u8(.data1(p_bus2),.data2(reg32_out2[31:22]),.sum(reg10_in2));

reg_10 u9(.clk(clk),.reset_n(reset_n),.data_in(reg10_in2),.data_out(reg10_out_address2));

sin_rom u10(.address(reg10_out_address2),.clock(clk),.q(dds_data_out2));//正弦

//**************************************************//

//******************产生载波3(1K,相位与2相反)**********************//

//**************************************************//

/**************连接线***************/

wire[31:0] f32_bus3;//AC频率控制字输入

wire[9:0] p_bus3;

wire[31:0] reg32_out3;//32位寄存器输出

wire[31:0] reg32_in3;//32位寄存器输入

wire[9:0] reg10_in3;

wire[9:0] reg10_out_address3;

/************************************/

parameter[11:0] f32_bus_init3=12'd0;//

parameter[9:0] p10_bus_init3=10'd512;//设置初始相位

assign f32_bus3[31:20]=f32_bus_init3;//初始化,高位置低

assign f32_bus3[19:0]=20'd85899;//低位可以设置DDS的输出频率

assign p_bus3=p10_bus_init3;

/*********************元件例化************************************/

adder_32 u11(.data1(f32_bus3),.data2(reg32_out3),.sum(reg32_in3));

reg32 u12(.clk(clk),.reset_n(reset_n),.data_in(reg32_in3),.data_out(reg32_out3));

adder_10 u13(.data1(p_bus3),.data2(reg32_out3[31:22]),.sum(reg10_in3));

reg_10 u14(.clk(clk),.reset_n(reset_n),.data_in(reg10_in3),.data_out(reg10_out_address3));

sin_rom u15(.address(reg10_out_address3),.clock(clk),.q(dds_data_out3));//正弦

endmodule

• m序列生成模块：

module m_ser(

clk,//sys clk

reset_n,//sys reset_n

clk_div,

m_ser_out //PN ser_code out

);

input clk;

input reset_n;

output clk_div;

output m_ser_out;

wire clk;

wire reset_n;

reg m_ser_out;

reg[2:0] m_code;

reg clk_div;

reg[17:0]clk_cnt;

always@(posedge clk ornegedge reset_n)

begin

if(!reset_n)

begin

clk_div<=1'b0;

clk_cnt<=18'd0;

end

else

if(clk_cnt==18'd49999)//500Hz PNcode

begin

clk_cnt<=18'd0;

clk_div<=~clk_div;

end

else

clk_cnt<=clk_cnt+1'b1;

end

always@(posedge clk_div ornegedge reset_n)

begin

if(!reset_n)

begin

m_code<=3'b001;//置数初始化

m_ser_out<=1'b0;

end

else

begin

m_code[2:1]<=m_code[1:0];

m_code[0]<=m_code[2]^ m_code[0];//将2和0进行异或然后放到0

m_ser_out<=m_code[2];//将2进行输出

end

end

endmodule

ModelSim仿真过程

安装ModelSim软件之后，打开该文件夹

打开红色那个文件

点击project出现了仿真的文件

点击：start simulation

选择work

选择这个文件，然后点击OK

按住ctrl，选择这几个信号，然后右击：ADD TO WAVEàSELECTED SIGNAL.

点击红圈，放大窗口

选择这几个信号

右击，radixàunsigned

然后再右击：formatàanalog:

选择那四个信号，再右击properties，

实验效果

2ASK

2FSK

2PSK

PN序列和DPSK序列

2DPSK

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