AM调制的FPGA实现原理和步骤

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：WorkspaceDDSDesignIP_Corecos.coe’，‘wt’）;

fprintf（fid，‘memory_initialization_radix = 10; memory_initialization_vector = ’）;

for i = 1 ： depth

if mod（i-1，8） == 0

fprintf（fid，‘ ’）;

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。