FPGA实验报告模板.docx

基于FPGA的2ASK通信信号生成及测量摘要本次实验利用仿真软件quartus，首先在软件上利用电路元器件完成了2ask通信信号的生成，其次对生成的2ask通信信号进行了仿真和测量。最终将程序烧录到实际电路板上，利用示波器测量出了实际电路板的波形与仿真结果相同。本次实验证明了可以利用开关的原理生成2ask通信信号。实验原理由于本实验中的调制为二进制数字调制，调制信号仅有0和1两个变化状态，即1的时候载波可以通过，0的时候载波不可以通过。这类似与开关的原理。故本次实验采用这种”0”“1”键控的方式完成2ASK通信信号的生成。本次实验需要的调制信号采用一个15位的M序列，利用存储器与计数器生成一个正弦模拟信号，并利用verilog语言编写一个11倍的分频器。实验设计思想与实现任务一：利用QUARTUS软件生成2ASK通信信号第一步：分模块设计1．控制信号的产生：控制信号由M序列发生器产生，M序列产生一个周期为15的01序列信号，具体电路见图12．开关：本次实验使用verilog语言编写开关函数。见程序1.3．11倍分频器：本次实验使用verilog语言编写11倍的分频器，见程序24.载波：1）存储器：用QUARTUS中的LPM-rom实现，存放正弦信号中的样点值2）计数器：利用QUARTUS中的LPM-counter实现。计数器每跳一个值，存储器读出一个值，循环下去，输出正弦序列。 第二步：按模块连接电路。电路图详见图2。任务二：对产生的2ASK通信信号进行仿真测量利用QUARTUS的仿真功能对进行了仿真，仿真图见图3任务三：将程序烧录到实验板上，并将示波器上的波形与仿真结果进行对比。利用QUARTUS的烧录功能，将程序烧录到实验板上，加上电源后，用示波器测量输出波形。示波器的图见图4四．实验结论从仿真图（图3），与实际波形图（图4）的对比中可以看出两个波形基本相同，证明了可以利用开关的原理实现了载波信号与调制信号的相乘，生成了2ASK通信信号。15位伪随机码产生电路在实验一及后面的多个实验中都要用到m序列来作为信码，这是因为m序列的理论比较成熟，实现比较简便，实际应用也较广泛，所以本实验中予以研究和测试。m序列是最常用的一种伪随机序列，它是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长的一种序列。带线性反馈的移位寄存器设定各级寄存器的初始状态后，在时钟触发下，每次移位后各级移位寄存器状态会发生变换。观察其中一级移位寄存器（通常是末级）的输出，随着移位时钟节拍的推移会产生一个序列，称为移位寄存器序列。可以发现，移位寄存器序列是一种周期序列，其周期不但与移位寄存器的级数有关，而且与线性反馈逻辑有关。在相同级数的情况下，采用不同的线性反馈逻辑所得周期长度是不同的。此外，周期长度还与移位寄存器的初始状态有关。图1所示的是四级移位寄存器与模二加法器组成的m序列发生器。图1 M序列发生器m序列是一种伪随机序列，它具有如下性质：⑴每一周期中，“1”码出现次，“0”码出现次，即“0”、“1”出现的概率几乎相等；⑵将一个序列中连续出现的相同码称为一个游程。m序列中共有个游程，其中“0”和“1”的游程数目各占一半。而在一个周期内长度为1的游程占1/2，长度为2的游程占1/4，长度为3的游程占1/8，,等等，最后还有一个长度为n的连“1”码游程，和一个长度为（n-1）的连“0”码游程。例如：时， 位，构成的m序列为111101011001000。(3) m序列与其位移序列的模二和仍是m序列的另一移位序列，即 （2-5） (4) m序列的自相关函数由下式计算式中，A为“0”的位数，D为“1”的位数。令，则 （2-6）自相关函数曲线如图2.14所示。图2 m序列自相关函数曲线由上图可以看出，当周期T0很长及码元宽度(T0/m)很小时，自相关函数近于冲击函数的形状。（5）由m序列的自相关函数式经过傅里叶变换，可求出其功率谱密度： （2-7）按上式画出的功率谱曲线如图3所示。由图可见，在和时，Ps（ω）的特性趋于白噪声的功率谱特性。图3 m序列的功率谱实验系统中用4级移位寄存器产生m序列，其周期长度为15位m序列产生电路、频谱照如图4. 图4 m序列的频谱结构照实验过程或步骤： 用“数学计算FFT”模式可以将时域信号转换为它的频率分量（频谱）具体操作要领如下：a.观察频谱前的准备工作 ① 按下CH1键，显示一个时域波形；② 旋转“垂直位置”旋钮，将时域波形垂直移至屏幕中心（零分度），确保FFT显示真实的直流分量值；③ 旋转“水平位置”旋钮，将要分析的部分时域波形定位于屏幕中心的八个分度中。示波器使用时域波形来计算FFT谱（任何实时数字化示波器再不出现错误的条件下可以测定的最高频率是取样速率的一半，这个频率为奈奎斯特频率，超出奈奎斯特频率的频率信息将因取样