AM调制的FPGA实现
一、说明：
- 功能：AM调制
- 平台：Vivado 2016.4 和 Matlab R2017a
二、原理：
1. AM调制原理
-
AM已调信号的时域表达式：
-
已调信号的频域表达式：
本质上AM调制就是频谱的搬移。 -
AM调制的系统框图
将调制信号加上一个直流分量，保证信号的最小值大于零，然后再和载波相乘，得到已调信号。
三、AM调制的FPGA实现
1.产生调制信号和载波信号
调用ROM IP核在FPGA内部产生两路余弦信号，其中一路信号用于模拟外部输入的调制信号，另一路用作载波信号。
在配置ROM IP核之前，需要用Matlab生.coe文件，存放在ROM核里。
- Matlab生成.coe文件：
%---------------------------------%
width=8; %设置rom的位宽
depth=1024; %设置rom的深度
%---------------------------------%
x=linspace(0,2*pi,depth); %在一个周期内产生depth个采样点
y_cos=cos(x); %生成余弦函数
%y_cos=sin(x); %生成正弦函数
%y_cos=round(y_cos*(2^(width-1)-1))+2^(width-1)-1; %将数据转化成整数,生成无符号数
y_cos=round(y_cos*(2^(width-1)-1)); %将数据转化成整数,生成有符号数
plot(x,y_cos); %绘图
fid = fopen('E:\Workspace\DDS\Design\IP_Core\cos.coe','wt');
fprintf(fid,'memory_initialization_radix = 10;\nmemory_initialization_vector = ');
for i = 1 : depth
if mod(i-1,8) == 0
fprintf(fid,'\n');
end
fprintf(fid,'%6d,',y_cos(i));
end
fclose(fid); %关闭文件
生成.coe文件后就可以进行IP核的配置了。
- ROM核具体配置：
配置完IP核后，编写控制模块，产生两路信号。其中，调制信号上叠加的直流分量的大小为调制信号的峰值，这样将得到调制度为100%的已调信号。如果要得到不同的调制度，则需要叠加不同大小的直流分量，同时需要注意定义的数据位宽，防止数据溢出。
- 产生载波和带有直流分量的调制信号：
module cos_make(
input clk,
input rst_n,
output reg [7:0] cos_s,
output reg signed [7:0] cos_c
);
//------------------------------------//
parameter freq_s = 32'd429497; //调制信号频率10k
parameter freq_c = 32'd42949673; //载波频率1M
parameter cnt_width = 8'd32;
//------------------------------------//
//------------------------------------//
reg [cnt_width-1:0] cnt_s = 0;
reg [cnt_width-1:0] cnt_c = 0;
wire [9:0] addr_s;
wire [9:0] addr_c;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
cnt_s <= 0;
cnt_c <= 0;
end
else begin
cnt_s <= cnt_s + freq_s;
cnt_c <= cnt_c + freq_c;
end
end
assign addr_s = cnt_s[cnt_width-1:cnt_width-10];
assign addr_c = cnt_c[cnt_width-1:cnt_width-10];
//------------------------------------//
//------------调用ROM核----------------//
wire signed [7:0] cos_s_r;
wire signed [7:0] cos_c_r;
ROM ROM_inst(
.clka (clk),
.addra (addr_s),
.douta (cos_s_r),
.clkb (clk),
.addrb (addr_c),
.doutb (cos_c_r)
);
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
cos_s <= 0;
cos_c <= 0;
end
else begin
cos_s <= cos_s_r + 8 'd128; //加上大小为峰值的直流分量
cos_c <= cos_c_r;
end
end
endmodule
2.生成AM调制信号
得到两路信号后就可以用乘法器将两路信号相乘，得到已调信号。
-
乘法器具体配置：
-
AM调制的顶层模块：
module modulate(
input clk,
input rst_n,
output signed [15:0] AM_mod
);
wire [7:0] cos_s;
wire signed [7:0] cos_c;
//------------调用出波模块------------//
cos_make cos_make_inst0(
.clk (clk),
.rst_n (rst_n),
.cos_s (cos_s),
.cos_c (cos_c)
);
//-----------------------------------//
//------------调用乘法器--------------//
MULT MULT_inst1(
.CLK (clk),
.A (cos_s),
.B (cos_c),
.P (AM_mod)
);
endmodule
3.仿真调制结果
以上AM调制过程基本完成，但是正确与否还需要通过仿真来确定，接下来编写仿真用的测试模块。
- TestBeach的编写：
`timescale 1ns/1ps
module tb_AM();
//---------接口设置----------//
reg sclk;
reg rst_n;
wire signed [15:0] AM_mod;
//--------------------------//
initial sclk = 1;
always #5 sclk = ~sclk; //100M时钟
initial begin
rst_n = 0;
#500
rst_n = 1;
end
//--------------------------//
modulate modulate_inst0(
.clk (sclk),
.rst_n (rst_n),
.AM_mod (AM_mod)
);
endmodule
在Vivado中将各个文件添加进工程后，运行仿真。
- 仿真结果如下：
已调信号能明显看到包络，并且包络的频率同调制信号一致，表明AM调制正确。
