sak调制vhdl程序设计通信与电子系--大学毕设论文.doc

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1、XX信息职业技术学院毕业设计报告（论文）系 别： 通信与电子系 专 业： 班 级： 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设计（论文）题目： ASK调制VHDL程序设计 指 导 教 师： XX 起 讫 日 期2011年09月05日2011年11月18日 XX信息职业技术学院毕业设计(论文)成绩评定表学生姓名系部通信与电子系班级课题名称ASK调制VHDL程序设计指导教师评语：在整个毕业设计的过程，态度端正，学习也比较认真，时间安排也很合理，能按时到实验室，不存在无故早退或迟到的情况。能基本在每个阶段完成相应的任务，还能主动加班，做到时间上前紧后松。当然，在这其间也存在一些不足和需要提高的地方。建议

2、成绩： 86 评阅教师: XX 2011年 11 月 14日评阅教师评语：论文结构完整，程序能正确的运行，界面安排合理，论文符合要求。建议成绩： 86 评阅教师: XX 2011年 11 月 15日答辩小组评语：该生对课题工作的总体介绍简洁，流利，表述较流畅，经提示能基本陈述研究结果。建议成绩： 86 答辩小组负责人： 胡连梅 2011年 11 月 16日XX信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书专业通信技术班级姓名课题名称：ASK调制VHDL程序设计主要技术指标：掌握ASK调制解调系统的原理及设计方法根据VHDL语言特点，对系统进行VHDL建模、设计.对设计的程序进行波形调试工作内容和要求：

3、研究ASK调制解调系统的原理及设计方法以及ASK的频谱和抗噪声性能；2.根据各个系统的总体功能与硬件特点，设计总体框图；3.根据VHDL语言特点，对系统进行VHDL建模；4.根据VHDL模型，进行具体VHDL语言程序设计；主要参考文献：1 陶亚雄,刘南平,王坚.现代通信原理.电子工业出版社,20092 文元美,张树群,林家薇,黄爱华.现代通信原理.科学出版社,20053 严国萍,龙占超.通信电子线路.科学出版社,20054 严晓华.现代通信技术基础（第2版）.清华大学出版社,20105 姜威,姚富安,刘勇,南新志.实用电子系统设计基础.北京理工大学出版社, 2008.16 廖超群,邓力,韦彬贵

4、,李显圣.EDA技术.北京理工大学出版社,20097 王兴亮.现代通信原理与技术.电子工业出版社,20098 庄宜松.现代通信技术.重庆大学出版社,20079 聂朝辉.现代移动通信技术.国防工业出版社,200510 苗长云,沈保锁,窦晋江.现代通信原理及应用（第二版）.电子工业出版社, 2009 学 生（签名） 2011年 9月8 日指 导 教师（签名） XX 2011年 9月8 日教研室主任（签名） 胡连梅 2011年 9月8 日系 主 任（签名） 张宗橙 2011年 9月8 日XX信息职业技术学院毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目ASK调制VHDL程序设计选题的背景和意义：通信即传输

5、信息，进行信息的时空转移。通信系统的作用就是将信息从信源发送到一个或多个目的地。实现通信的方式和手段很多，如手势、语言、旌旗、烽火台和击鼓传令，以及现代社会的电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等，这些都是消息传递的方式和信息交流的手段。伴随着人类的文明和科学技术的发展，电信技术也是以一日千里的速度飞速发展，如今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般指“电通信”。现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。课题研究的主要内容：1.根据各个系统的总体功能与硬件特点，设计总体框图；2.根据VHDL模型，进行具体VHDL语言程序设计；3.对设计的程序进行波形仿真与调试

6、。主要研究（设计）方法论述： 数字幅度调制又称幅度键控（ASK），二进制幅度键控记作2ASK。2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止）日期工作内容2011.09.052011.09.12确定论文题目，完成开题报告2011.09.122011.09.31收集资料2011.10.012011.10.30完成论文和修改2010.11.012010.11.18和实习老师联系完成最后的格式修改和验收五、指导教师意见：论文选题难易适中，符合专业培养目标，有

7、一定实用价值。同意开题。指导教师签名： XX 2011 年 10月 10日六、系部意见 同意开题系主任签名： 张宗橙 2011 年10月 11日 XX信息职业技术学院毕业设计（论文）中期检查表学生姓名学号指导教师XX选题情况课题名称ASK调制VHDL程序设计难易程度偏难适中偏易工作量较大适中较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况按计划撰写论文指导教师 XX 2011年10月30日所在专业意见：继续进行 系主任 张宗橙 2011年 11月 1日ASK调制VHDL程序设计摘要：ASK作为一种简单高效便

8、捷,易于实现的特点,在目前的通信领域中有着其独特的位置，对基于ASK的通信系统的研究与应用也是众多研究项目中的热点。在实际应用当中，大型、复杂的系统直接实验是十分昂贵的，而通信系统设计研究是一项十分复杂的技术。由于技术的复杂性，在现代通信技术中，越来越重视采用计算机仿真技术来进行系统分析和设计。利用仿真，可以大大降低实验成本。在实际通信中，很多信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓正弦载波调 研究ASK调制解调系统的原理及设计方法以及ASK的频谱和抗噪声性能根据各个系统的总体功能与硬件特点，设计总体框图；VHDL语

9、言特点，对系统进行VHDL建模；根据VHDL模型，进行具体VHDL语言程序设计；对设计的程序进行波形仿真与调试制。关键词：ASK调制 VHDL 程序设计目 录1 绪论11.1 现代通信的发展11.2课题研究的背景与意义11.3课题的研究现状21.4本文的结构及主要工作32 ASK调制解调系统的原理32.1 ASK调制原理及设计方法32.2 ASK信号的功率谱及带宽42.3 ASK系统的抗噪声性能62.4 包络检测时2ASK系统的误码率63 ASK调制VHDL程序设计83.1 软件平台介绍83.2 ASK调制系统的具体设计93.3 基于VHDL的ASK调制系统分析93.4 ASK调制VHDL程序

10、仿真图及注释11结论12致谢13参考文献131 绪论1.1 现代通信的发展现代移动通信技术的发展始于本世纪20年代，大致经历了五个发展阶段。而在过去的十几年里，移动通信技术获得了巨大进步，从传统的单基站大功率到蜂窝移动通信，从本地覆盖到区域，全国覆盖，并实现国内甚至国际漫游，从提供话音业务到提供包括低数据的综合业务，从模拟移动通信到数字移动通信等等，经过进一步的发展和演变，并随着第三代移动通信的实现以及移动通信和互联网的融合，全球正在向着移动通信时代迈进。通信是指通信的一方或双方在移动状态中，或临时停留在某一非预定位置上进行信息传递和交换方式，不受时间和空间限制。通信系统的作用就是将信息从信源

11、发送到一个或多个目的地。实现通信的方式和手段很多，如我国古代的烽火传警、击鼓作战、鸣金收兵和古希腊用火炬位置表示字母，以及现代社会的电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等，这些都是消息传递的方式和信息交流的手段。伴随着人类的文明和科学技术的发展，电信技术也是以一日千里的速度飞速发展，如今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般指“电通信”。现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响。

12、从模拟调制到数字调制，从二进制发展到多进制调制，虽然调制方式多种多样，但都是朝着使通信系统更高速、更可靠的方向发展。一个系统的通信质量，很大程度上依赖于所采用的调制方式。因此，对调制方式的研究，将直接决定着通信系统质量的好坏。1.2课题研究的背景与意义ASK作为一种简单高效便捷,易于实现的特点,在目前的通信领域中有着其独特的位置，对基于ASK的通信系统的研究与应用也是众多研究项目中的热点。在实际应用当中，大型、复杂的系统直接实验是十分昂贵的，而通信系统设计研究是一项十分复杂的技术。由于技术的复杂性，在现代通信技术中，越来越重视采用计算机仿真技术来进行系统分析和设计。利用仿真，可以大大降低实验成

13、本。在实际通信中，很多信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓正弦载波调制。1.3课题的研究现状现代通信技术从模拟通信方式开始，近十几年来，随着计算机，人工智能，模式识别的信号处理等技术的飞速发展。通信信号的自动调制识别技术得到长足的发展。数字调制传输在现代通信中发挥着越来越重要的作用，主要是因为数字通信有以下优点：字信号便于存储、处理 、抗干扰能力强；可靠性高，传输过程中的差错可以设法控制；数字信号便于交换和传输；数字信号易于加密且保密性强；通用性和灵活性好。数字调制传输具有如下功能或特点:对消息信号进行频谱搬移，

14、使之适合信道传输的要求；把基带信号调制到比较高的频率，使天线容易辐射；便于频率分配。为使无线电台发出的信号互不干扰，每个发射台都被分配给不同频率。有利实现信道多路复用，提高系统的传输有效性。可以减小噪声和干扰的影响，提高系统的传输可靠性。ASK振幅调制作为数字调制传输的一种常用方式，具备上述所有的优点，所以ASK的应用是非常广泛的，如在基于ASK的神经网络解调器研究上与传统解调器相比,它有一些很重要的特点。VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。它在80年代的后期出现。最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言。 VHDL主要用于描述数字系

15、统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式、描述风格以及语法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。与其他硬件描述语言相比，VHDL具有以下特点：功能强大、设计灵活。支持广泛、便于修改。强大的系统硬件描述功能。独立与器件的设计、与

16、工艺无关。很强的移植能力。VHDL语音主要具有以下优点：与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。 VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。 VHDL语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。符合市场需求的大规模系统高效，高速的完成必须有多人甚至多个代发组共同并行工作才能实现。 对于用VHDL完成的一个确定的设计，可以利用EDA工

17、具进行逻辑综合和优化，并自动的把VHDL描述设计转变成门级网表。 VHDL对设计的描述具有相对独立性，设计者可以不懂硬件的结构，也不必管理最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。1.4本文的结构及主要工作 本文论述了基于VHDL实现ASK数字调制系统的方法，其实现步骤包括： 1.研究ASK调制解调系统的原理及设计方法以及ASK的频谱和抗噪声性能；2.根据各个系统的总体功能与硬件特点，设计总体框图；3.根据VHDL语言特点，对系统进行VHDL建模；4.根据VHDL模型，进行具体VHDL语言程序设计；5.对设计的程序进行波形仿真与调试。2 ASK调制解调系统的原理2.1 ASK调制原理及设

18、计方法数字幅度调制又称幅度键控（ASK），二进制幅度键控记作2ASK。2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。借助于第3章幅度调制的原理，2ASK信号可表示为 (2.1） 式中，为载波角频率，为单极性NRZ矩形脉冲序列 （2.2） 其中，是持续时间为、高度为1的矩形脉冲，常称为门函数，为二进制数字 （2.3） 2ASK信号的产生方法（调制方法）有两种，如下图2.1所示：图（a）是一般的模拟幅度调制方法，不过这里的s(t)由式（2.2）规定；图（b）是一种键控方法，这里的开关电路受控

19、制。图（c）给出的波形示例。二进制幅度键控信号，由于一个信号状态始终为0，相当于处于断开状态，故又常称为通断键控信号（OOK信号）。图2.1 ASK信号产生方法及波形2.2 ASK信号的功率谱及带宽从2ASK的原理可知，一个2ASK信号可以表示成 （2.5）这里，是代表信息的随机单极性矩形脉冲序列。现设的功率谱密度为，的功率谱密度为，则由式（2.5）可以证得 （2.6）对于单极性NRZ码，有 （2.7） 代入式（2.6），得2ASK信号功率谱： （2.8）可知：（1）2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。其中，连续谱取决于数字基带信号经线性调制后的双边带谱，而离散谱则由载波分量确定。

20、（2）2ASK信号的带宽是数字基带信号带宽的两倍 （2.9）图2.2 2ASK信号的功率谱（3）因为系统的传码率（Baud），故2ASK系统的频带利用率为 （2.10） 这意味着用2ASK方式传送码元速率为的二进制数字信号时，要求该系统的带宽至少为（Hz）。2.3 ASK系统的抗噪声性能 通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声的能力。在数字系统中它通常采用误码率来衡量。由于加性噪声被认为只对信号的接收产生影响，故分析系统的抗噪声性能只需考虑接收部分。假定信道噪声为加性高斯白噪声，其均值为0、方差为；接收的信号为 （2.11）2.4 包络检测时2ASK系统的误码率 对于图2所示的包络检测接收系

21、统，其接收带通滤波器BPF的输出为 （2.12）其中，为高斯白噪声经BPF限带后的窄带高斯白噪声。 经包络检波器检测，输出包络信号 （2.13）由式（2.12）可知，发“1”时，接收带通滤波器BPF的输出为正弦波加窄带高斯噪声形式；发“0”时，接收带通滤波器BPF的输出为纯粹窄带高斯噪声形式。于是，发“1”时，BPF输出包络的抽样值的一维概率密度函数服从莱斯分布；而发“0”时，BPF输出包络的抽样值的一维概率密度函数服从瑞利分布，如图2.5所示图2.3包络检波时误码率的几何表示亦即抽样判决器输入信号，对其进行抽样判决后即可确定接收码元是“1”还是“0”。我们规定，倘若的抽样值，则判为“是1码”

22、；若，判为“是0码”。显然，选择什么样的判决门限电平与判决的正确程度（或错误程度）密切相关。选定的不同，得到的误码率也不同。这一点可从下面的分析中清楚看到。 存在两种错判的可能性：一是发送的码元为“1”时，错判为“0”，其概率记为；二是发送的码元为“0”时，错判为“l”，其概率记为。由图2.5可知 （2.14） （2.15）式中，、分别为图2.5所示阴影面积。假设发送“1”码的概率为，发送“0”码的概率为，则系统的总误码率为 （2.16）当，即等概时 （2.17）也就是说，就是图10中两块阴影面积之和的一半。不难看出，当时，该阴影面积之和最小，即误码率最低。称此使误码率获最小值的门限为最佳门限

23、。采用包络检波的接收系统，通常是工作在大信噪比的情况下，可以证明，这时的最佳门限，系统的误码率近似为 （2.18）式中，为包检器输入信噪比。由此可见，包络解调2ASK系统的误码率随输入信噪比的增大，近似地按指数规律下降。必需指出，式（2.18）是在等概、大信噪比、最佳门限下推导得出的，使用时应注意适用条件。 3 ASK调制VHDL程序设计3.1 软件平台介绍VHDL诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言 。自IEEE-1076（简称87版)之后，各EDA公司相继推出自己的VHDL设计环境，或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。1993年，IEEE

24、对VHDL进行了修订，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容，公布了新版本的VHDL，即IEEE标准的1076-1993版本，简称93版。VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言，得到众多EDA公司支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。它在80年代的后期出现。最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言 。 VHDL翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言，主要是应用在数字电路的设计中。目前，它在中国的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。当然

25、在一些实力较为雄厚的单位，它也被用来设计ASIC。 VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式、描述风格以及语法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。CPLD(Complex Programmable

26、Logic Device)复杂可编程逻辑器件，是从PAL和GAL器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言(VHDL)等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。FPGA（FieldProgrammable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电

27、路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 3.2 ASK调制系统的具体设计根据上述对ASK调制系统的原理的研究，结合VHDL硬件描述语言的特点，对ASK调制系统设计了以下模型如图3.3：时钟信号控制信号载波信号四分频基带信号与门调制信号图3.1 ASK调制系统设计模型图此调制系统采用系统时钟经四分频后作为调制信号载波，然后再与基带信号经过一个与门（作用相当于以基带信号乘以载波），再经过系统输出得到调制信号。3.3 基于VHDL的ASK调制系统分析新建ASK调制VHDL文件输入VHDL代码如下：library ieee;use ieee.std_logic_arith.all;use

28、 ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity PL_ASK isport(clk :in std_logic; -系统时钟 start :in std_logic; -开始调制信号 x :in std_logic; -基带信号 y :out std_logic); -调制信号end PL_ASK;architecture behav of PL_ASK issignal q:integer range 0 to 3; -分频计数器signal f :std_logic; -载波信号beginprocess(clk

29、)beginif clkevent and clk=1 then if start=0 then q=0; elsif q=1 then f=1;q=q+1; -改变q后面数字的大小，就可以改变载波信号的占空比 elsif q=3 then f=0;q=0; -改变q后面数字的大小，就可以改变载波信号的频率 else f=0;q=q+1; end if;end if;end process;y=x and f; -对基带码进行调制end behav;2.生成ASK调制功能块如图3.6所示：图3.2 ASK调制功能原件图如上图所示，生成的ASK调制模块由三个输入引脚和一个输出引脚组成，其中clk

30、为时钟输入信号,start为调制控制信号,x为基带信号,y调制输出信号。3. 连接芯片的输入与输出及时钟信号和控制信号管脚，连接后如图3.7所示：图3.3 连接外部输入输出管脚4. 对第三步生成的原理图进行编译和检查后如图3.8所示：图3.4 编译检查通过3.4 ASK调制VHDL程序仿真图及注释ASK调制VHDL程序仿真图及注释如图所示。图3.5 ASK调制仿真全图图3.6 ASK调制仿真局部放大图注：a.基带码长等于载波f的6个周期。b.输出的调制信号y滞后于输入基带信号x一个clk时间。结论本文对基于VHDL的二进制振幅（ASK）调制做了一定的研究，由于软硬件的要求，选取了CPLD结合V

31、HDL在MAXPLUSII软件平台上进行仿真研究以探究ASK的调制波形是否与预期相符。考虑到实际硬件的要求，对此次仿真所采用的时钟周期为1us即时钟频率为1MHz，而仿真结果与预期相同，即在CPLD上实现ASK的调制功能是完全可行的。本次设计的ASK调制系统运行稳定，本次对基于VHDL的ASK系统的调制仿真获得了比较满意的成果。在获得上述成功的前提下，对基于MASK的调制又做了简单的研究，对MASK进行VHDL建模，并对其进行VHDL描述，且对生成的功能模块进行仿真获得的结果与基本理论符合，仿真获得成功。致谢本文从选题的确定，论文的写作、修改到最后定稿得到了范老师的悉心指导，在写作工程中范老师

32、为我指点迷津，开拓思路，精心点拨，是我得以顺利完成论文写作。他严谨的工作精神，精益求精的工作作风深深地感染和激励着我，再此我对顾老师致以真挚的谢意和崇高的敬意。还要感谢大学三年里帮助过的同学和老师，感谢XX信息职业技术学院通信与电子系辅导员冯菁老师对我在学习和生活上的关心。感谢和我共同奋斗三年的同学们，正是有他们使我的大学生活变得丰富多彩。在此，我再次衷心的感谢他们。 参考文献1 陶亚雄,刘南平,王坚.现代通信原理.电子工业出版社,20092 文元美,张树群,林家薇,黄爱华.现代通信原理.科学出版社,20053 严国萍,龙占超.通信电子线路.科学出版社,20054 严晓华.现代通信技术基础（第2版）.清华大学出版社,20105 姜威,姚富安,刘勇,南新志.实用电子系统设计基础.北京理工大学出版社, 2008.16 廖超群,邓力,韦彬贵,李显圣.EDA技术.北京理工大学出版社,20097 王兴亮.现代通信原理与技术.电子工业出版社,20098 庄宜松.现代通信技术.重庆大学出版社,20079 聂朝辉.现代移动通信技术.国防工业出版社,200510 苗长云,沈保锁,窦晋江.现代通信原理及应用（第二版）.电子工业出版社, 200913