FPGA实战--2FSK调制

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我是靠谱客的博主聪慧小天鹅，这篇文章主要介绍FPGA实战--2FSK调制，现在分享给大家，希望可以做个参考。

首先了解一下2FSK的百度百科：（2ASK请直接看结尾）

FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是：实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率。如果是采用二进制调制信号，则称为2FSK；采用多进制调制信号，则称为MFSK。

l 调制方法：2FSK可看作是两个不同载波频率的ASK已调信号之和。

l 解调方法：相干法和非相干法。

l 类型：二进制移频键控( 2FSK)，多进制移频键控(MFSK)。

在上述三种基本的调制方法之外，随着大容量和远距离数字通信技术的发展，出现了一些新的问题，主要是信道的带宽限制和非线性对传输信号的影响。在这种情况下，传统的数字调制方式已不能满足应用的需求，需要采用新的数字调制方式以减小信道对所传信号的影响，以便在有限的带宽资源条件下获得更高的传输速率。这些技术的研究，主要是围绕充分节省频谱和高效率的利用频带展开的。多进制调制，是提高频谱利用率的有效方法，恒包络技术能适应信道的非线性，并且保持较小的频谱占用率。

从传统数字调制技术扩展的技术有最小移频键控（ MSK）、高斯滤波最小移频键控（ GMSK）、正交幅度调制（ QAM）、正交频分复用调制（ OFDM）等等。

我们需要怎么做

本次实战中，我们选用二进制频移键控，原理和方法比较简单粗暴，我们用一个伪随机序列（M序列）来假装按键，然后生成2个不同频率正弦波，通过一个选通开关并口输出，在使用并转串芯片转换实现2FSK的简单实践，下面我们来记录实践流程。

首先是顶层文件（实践中就是原理草图，大概的实现原理）

从左到右分别是时钟接口->分频器->正弦波发生器/M序列发生器->开关选通（实验中时钟为20M），下面是各个模块代码：

分频器：（N代表分频数，为了让结果清晰，所以M序列的分频数很高，因为要让一个上升沿有好几个周期才行）

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module fenpin(clk_out,clk_in);
output clk_out;
input clk_in;
reg[13:0] cnt;
reg clk_out;
parameter N=1024;
always@(posedge clk_in)
begin
  begin
    if(cnt==N/2-1)
    begin clk_out<=!clk_out;
    cnt<=0;
    end else
    cnt<=cnt+1;
  end
end
endmodule

仿真结果：

M序列发生器：

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module MXL(clk ,out);
input clk;
output out;
reg[3:0] tmp=4'b0;
reg out;
always @(posedge clk )
begin
if(tmp > 4'd15)
tmp=4'd0;
else tmp=tmp+1'b1;
case(tmp)
4'd0:out<=0;
4'd1:out<=1;
4'd2:out<=0;
4'd3:out<=0;
4'd4:out<=1;
4'd5:out<=1;
4'd6:out<=0;
4'd7:out<=1;
4'd8:out<=1;
4'd9:out<=0;
4'd10:out<=1;
4'd11:out<=0;
4'd12:out<=0;
4'd13:out<=0;
4'd14:out<=0;
4'd15:out<=0;
endcase
end
endmodule

仿真结果：

重点，正弦波发生器：（这是这个实验难点，需要使用IP，所谓正弦波发生器，就是计数器+ram核，将正弦波抽样128个点，然后随着计数器计数逐个输出，ps，并口），调用IP核流程和mif文件的参数设置参考TOP文件，就是顶层文件图。mif文件导入在ram核的创建中。下面也带上C语言产生mif文件（也就是正弦波的序列）

内部结构图：

C语言mif文件代码（用VC或者devc++运行即可，摘自：点击打开链接）这个代码浅显易懂，读懂为好。

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#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define PI 3.141592
#define DEPTH 128     /*数据深度，即存储单元的个数*/
#define WIDTH 8       /*存储单元的宽度*/

int main(void)
{
    int i,temp;
    float s;

FILE *fp;
    fp = fopen("TestMif.mif","w");   /*文件名随意，但扩展名必须为.mif*/
    if(NULL==fp)
        printf("Can not creat file!rn");
    else
    {
        printf("File created successfully!n");
        /*
        *    生成文件头：注意不要忘了“;”
        */
        fprintf(fp,"DEPTH = %d;n",DEPTH);
        fprintf(fp,"WIDTH = %d;n",WIDTH);
        fprintf(fp,"ADDRESS_RADIX = HEX;n");
        fprintf(fp,"DATA_RADIX = HEX;n");
        fprintf(fp,"CONTENTn");
        fprintf(fp,"BEGINn");

/*
        * 以十六进制输出地址和数据
        */
        for(i=0;i<DEPTH;i++)
        {
             /*周期为128个点的正弦波*/ 
            s = sin(PI*i/64);   
            /*将-1～1之间的正弦波的值扩展到0-255之间*/ 
            temp = (int)((s+1)*255/2);
            /*以十六进制输出地址和数据*/
            fprintf(fp,"%xt:t%x;n",i,temp);
        }//end for
        
        fprintf(fp,"END;n");
        fclose(fp);
    }
}

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#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define PI 3.141592
#define DEPTH 128     /*数据深度，即存储单元的个数*/
#define WIDTH 8       /*存储单元的宽度*/

int main(void)
{
    int i,temp;
    float s;

    FILE *fp;
    fp = fopen("TestMif.mif","w");   /*文件名随意，但扩展名必须为.mif*/
    if(NULL==fp)
        printf("Can not creat file!rn");
    else
    {
        printf("File created successfully!n");
        /*
        *    生成文件头：注意不要忘了“;”
        */
        fprintf(fp,"DEPTH = %d;n",DEPTH);
        fprintf(fp,"WIDTH = %d;n",WIDTH);
        fprintf(fp,"ADDRESS_RADIX = HEX;n");
        fprintf(fp,"DATA_RADIX = HEX;n");
        fprintf(fp,"CONTENTn");
        fprintf(fp,"BEGINn");

        /*
        * 以十六进制输出地址和数据
        */
        for(i=0;i<DEPTH;i++)
        {
             /*周期为128个点的正弦波*/ 
            s = sin(PI*i/64);   
            /*将-1～1之间的正弦波的值扩展到0-255之间*/ 
            temp = (int)((s+1)*255/2);
            /*以十六进制输出地址和数据*/
            fprintf(fp,"%xt:t%x;n",i,temp);
        }//end for
        
        fprintf(fp,"END;n");
        fclose(fp);
    }
}

仿真结果：

选通开关代码：

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module KAIGUAN(din0,dout,din1,sel);
parameter N=12;
input[N-1:0] din0;
output[N-1:0] dout;
input[N-1:0] din1;
input sel;
wire[N-1:0] MW_din0l;
wire[N-1:0] MW_din1l;
reg[N-1:0] MW_dtempl;
always@(MW_din0l or MW_din1l or sel)
begin
  case(sel)
  1'd0:MW_dtempl=MW_din0l;
  default:MW_dtempl=MW_din1l;
  endcase
  end
assign dout=MW_dtempl;
assign MW_din0l=din0;
assign MW_din1l=din1;
endmodule