基于FPGA技术的数字调幅系统设计方案

摘 要:分析数字调幅系统优越的技术特性,制定以现场可编程门阵列为核心的数字调幅系统设计方案,实现过程中应用VHDL硬件描述语言对不同的功能模块进行定义和编程,仿真验证了系统模块的功能。仿真正确后,选取满足要求的可编程器件进行综合工作。根据测试结果分析,数据满足设计要求,实现了系统的功能。

关键词:数字调幅系统;可编程门陈列;综合工作;VHDL

中图分类号:TN7611文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2010)02-169-02

Design of Digital Amplitude Modulation System Based on FPGA

GUO Jian

(Urumqi Vocational University,Urumqi,830001,China)

Abstract:The realization method based on Programmable Gate Array (FPGA) is introduced,and its superior technical characteristics are analyzed.According to its characteristic,the high accuracy Digital Amplitude Modulation System using FPGA and Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (VHDL) to finish all programs of the digital system.The simulation results indicate and obtain graphs,comparing with the traditional methods and systems,this type of the digital system realized by FPGA have many merits such as high precision,low_power and soon on,which can satisfy the develop tendency of test facility such as digitization and software.

Keywords:digital amplitude modulation system;FPGA;synthesis work;VHDL

0 引 言

数字化、小型化、易于重新配置与软件化实现是数字系统的发展趋势。数字调幅信号常用于分析研究被测设备的综合性能,广泛应用于科学研究等各个领域。

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)是20世纪90年展起来的大规模可编程逻辑器件[1]。随着电子设计自动化技术(Electronic Design Automation,EDA)和微电子技术的进步,FPGA具有高集成度、高可靠性等特点,结合其并行的工作方式,在电子产品设计中得到了广泛的应用[2,3]。

在此介绍一种采用FPGA技术的数字调幅系统的设计方案,使用硬件描述语言进行系统的功能定义,仿真与综合正确后选用性能可靠的FPGA器件实现系统功能,具有可靠性高、操作简便等优点。

1 数字调幅系统设计方案

数字调制是用数字基带信号对高频载波的一个参量――幅度、频率或相位进行控制,使高频载波的幅度、频率或相位随数字基带信号的变化而变化的方法。数字调幅信号是利用代表数字信息(0或1)的基带矩形脉冲控制一个连续载波振幅形成的 [2,3]。

Xilinx公司提供的Spartan类FPGA主要面向低成本的中低端应用,是性能优良、成本较低的一类FPGA[1-3],该设计选用Spartan-2E型FPGA器件实现数字调幅系统的设计[4]。系统能够根据工作需要提供数字调幅功能,设计中使用硬件描述语言(VHDL)对相关功能模块进行定义,在实现功能仿真验证正确后使用选定的FPGA器件进行综合[5,6]。

设计方案中采用FPGA“自顶向下”的设计方法对系统进行定义,结合先进的仿真技术以确保设计的正确性,利用综合技术把功能描述转换成具体芯片的网表文件输出到布局布线器进行布局布线,布局布线结果可返回到同一仿真器进行包括功能和时序的后验证,以保证布局布线的门延时和线延时不会影响系统的综合性能。

系统结构框图如图1所示。不同模块的功能如下:

(1) 输入信号模块:按系统工作要求输入准备调幅的数字信号;

(2) 数字调幅系统电路模块:按设计要求实现数字调幅功能;

(3) 数/模转换电路模块:把已实现系统功能要求的数字信号转换成为模拟量,便于观察与应用;

(4) 控制信号模块:产生时钟控制信号,上升沿工作;产生复位和工作起动信号,用于控制系统的工作过程;

(5) 输出信号模块:按工作要求把信号输出到输出设备中。

数字调幅系统电路模块如图2所示。

图1 数字调幅系统结构图

图2 数字调幅系统模块图

图2中:clk为时钟信号;Qishi为控制信号;xh1为基带信号;xh2为数字调幅输出信号。

2 仿真与综合分析

2.1 系统功能仿真与综合

设计方案的功能模块电路仿真以clk为时钟信号,上升沿工作使用Modelsim软件仿真,输出信号采用16进制表示。使用Synplify pro软件综合,综合时选用Xilinx公司提供的Spartan2e-1.8Volt中XC2S50E的FPGA作为目标器件。

综合形成RTL(寄存器传输级)视图与技术视图。RTL视图是将设计转换为基本部件连接而成的电路图,技术视图是与选定的FPGA器件相关的视图。

2.2 仿真结果分析

根据图3~图5的图形分析可知,在系统时钟信号clk是上升沿时且调制工作控制信号Qishi端置于高电平时开始仿真。信号xh1端输入准备调制的数字信号,信号端zb是数字载波信号,信号端xh2输出调制后的数字信号。

信号端xh1与zb端是接入的所需的数字信号,在clk上升沿,qishi=“1”时开始仿真。在xh1端接入的欲调制信号是高电平时,输出端xh2按载波频率输出;在xh1端是低电平时,输出端xh2输出信号为“0” 。

由上述分析可知,数字调幅调制电路仿真与综合结果是正确的,满足了系统设计要求,实现了系统的功能。

图3 Modelsim软件对系统仿真后的图形

图4 数字调幅系统综合的RTL视图

图5 数字调幅系统综合的技术视图

3 结 语

从方案总体分析,该系统功能模块的生成与处理方法较全面,使用硬件描述语言(VHDL)对不同功能模块进行了功能设计描述,使用仿真软件对所设计的不同功能模块进行了仿真验证,对仿真图形进行了认真的分析研究,结果正确,实现了设计方案对系统的功能要求。

参考文献

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