南理工电类综合实验报告fm调制解调的数字实现

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1、《电类综合实验》仿真报告实验课题：FM调制解调的数字实现指导教师：刘光祖学生姓名：院系：电光学院专业：通信与信息系统实验时间：2016.05.09至2016.05.13一、实验背景1.FPGA简介FPGA（Field－ProgrammableGateArray，现场可编程逻辑门阵列）是在PAL、GAL、CPLD等可编程逻辑器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路领域一种半定制的集成数字芯片，其最大特点是现场可编程，既解决了全定制电路的不足，又克服了原有可编程逻辑器件门电路数有限的缺点。FPGA的内部结构由CLB、RAM、DCM、IOB、Interconnect等构成。如下给出了

2、FPGA的最典型的结构：FPGA开发的一般流程：1(a)1(b)2.DE2-115开发板简介本实验中所用开发板为Altera公司的DE2-115。如下为开发板的配置列表：•AlteraCyclone®IV4CE115FPGA器件•Altera串行配置芯片：EPCS64•USBBlaster在线编程；也支持JTAG和AS可编程方式•2MBSRAM•两片64MBSDRAM•8MBFlashmemory•SD卡插槽•4个按钮•18个滑动开关•18个红色LED•9个绿色LED•50M时钟源•24位音频编解码器，麦克风插孔•电视解码•RJ452G以太网接口•VGA连接器•含有USB_A和US

3、B_B连接器的主从控制器•RS232收发器和9针连接器•PS/2鼠标和键盘连接器•红外接收器ControlPanel是开发板自带的一个工具软件，可以通过该软件提供的图形界面直接对FPGA上的各个外设进行操作。通过该操作可以确认PC机与开发板的连接是否正确，开发板的硬件工作是否正常。ControlPanel的安装过程如下：确保QUARTUSII10.0或以上版本能被成功安装；将开关RUN/PROG切换到RUN位置；将USB接线连接至USB驱动端口，供12V电源并打开开关；打开主机上的可执行文件DE2_115_ControlPanel.exe，controlPanel的用户界面如下：D

4、E2_115_ControlPanel.exe一旦被启动，DE2_115_ControlPanel.sof程序流文件将会被自动加载；如果未连接，点击CONNECT，点sof文件将会重新加载到板子上；注意，控制面板将会占用一直到你关闭那个端口，除非你关闭USB端口，否则你不能使用QUARTUSII来下载文件；控制面板现在可以使用了，通过设置一些LED灯ON/OFF的状态来观察DE2-115上的状态。JTAG配置FPGA如下左图所示：开发板代码设计流程如上右图所示。1.A/D、D/A扩展板AD、DA扩展板是利用HSMC接口进行扩展的子卡，相当于FPGA的一个外设。扩展板提供两路65M，

5、14位采样分辨率的ADC以及两路125M，14位采样精度的DAC。采样时钟设置灵活可以采用多种形式。信号输入和输出采用变压器耦合方式，频率范围为0.1MHz~800MHz。ADC的基本参数：集成双端口14位AD；3V供电（2.7V-3.6V）；SNR=71.6dB；固定的模拟输入范围0V~2V二、实验原理本实验利用DE2-115开发板及AD、DA扩展板实现一个数字式FM调制解调器，并要求测试调制解调器的功能和解调性能。1.基本原理FM调制信号的时域及频域波形FM信号的解调方法主要分为以下两种：(1)鉴相法：鉴相法指的是利用鉴相电路将已调载波中的相位信息提取出来，再对相位信息求导即可

6、得到调制信号，鉴相的方法可以鉴相的方法可以是模拟的也可以是数字的。(2)鉴频法：鉴频法指的是利用鉴频器直接将已调载波中的瞬时频率提取出来，鉴频方法主要有两种，一种是将FM信号经过频幅转换网络，转换成调频-调幅波，再经过调幅解调得到调制信号。另一种是将FM信号经过频相转换网络转换成调频-调相波，在经过鉴相器得到调制信号。2.调制实现FM调制的数字实现最直接的方法就是利用DDS技术。DDS是通过控制相位累加器的累加增量值来改变相位累加器的循环频率。再通过相位累加器对波形表进行查表得到所需频率的输出信号。其工作原理决定了我们可以很容易的改变输出波形的频率和相位。基于DDS的基本原理，模拟

7、调制方法中的直接法和间接法在DDS技术中实际上是统一的，因为DDS实现过程中的相位累加器实际上可以看做是一个积分器，而相位累加器的输出实际上就代表了信号的瞬时相位。如下为DDS实现的FM调制器框图：数字FM实现的改进方案：由于FM是一种非线性调制，因此已调信号的频谱宽度会大大展宽，而在实际应用中很多时候通信信道都是带限的，为了防止不同频道之间的干扰对信号的边带抑制都有严格规定，而上述调制的实现方案实际上并没有考虑边带抑制的问题。根据对FM信号的数学表达式的分析在最简单