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基于FPGA实现BPSK 调制

news 来源：原创 2025/9/17 2:15:08

一、任务介绍

BPSK 调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优先于 ASK 移幅键控和 FSK 移频键控。因此，PSK 技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。

二、基本原理

PSK 信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的，通常规定 0 相位载波和π相位载波分别代表传 1 和传 0，其时域波形示意图如图 2-1 所示。设二进制单极性码为 an，其对应的双极性二进制码为 bn，则 BPSK 信号的一般时域数学表达式为：
在这里插入图片描述

由（2-1）式可见，BPSK 信号是一种双边带信号我们知道，BPSK 信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在这种绝对移相的方式中，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因而在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化，则恢复的数字信息就会与发送的数字信息完全相反，从而造成错误的恢复。这种现象常称为 BPSK 的“倒π”现象，因此，实际中一般不采用 BPSK 方式，而采用差分移相（2DPSK）方式。

三、基于FPGA实现BPSK 调制

1、创建工程文件，选择对应 BYS3 的型号；
2、添加一个顶层文件；
3、创建一个 RAM IP 核用来存放 DDS 数据，此步骤为 DDS 的使用;
在这里插入图片描述
4、添加相应matlab生成的coe 文件；
5、 IP 核创建完成后，进行离线仿真验证 IP 核，创建一个仿真文件：找到 Simulation 目录，右击刚刚创建的仿真文件，选择 Set as Top，找到生成的 IP 核，复制框选的代码，作为例化的模板；将 IP 核例化到仿真文件中，再添加测试的模拟时钟和地址累加，如下图可以看到 douta 的正弦波波形；单载波离线仿真完成。
6、接下来创建约束 XDC 文件，代码在实验代码部分；
7、逻辑分析仪的使用，先点击 run synthesis 结束没有报错后点开 Open
synthesis 再点击 Set Up DeBug,确认信号线都已添加；
在这里插入图片描述
8、添加完成后点击生成 bit，再点击 program devic，选择芯片，最后点击 program；
9、点击 run 出现波形，片上示波器使用步骤完成：

四、源码

veirilog HDL TOP 层代码代码：

module BPSK(
input clk, input reset, output sclk, //AD
output cs_n, //AD
output led, input sdata, //AD
output sinout1,//DA
output sync_n, //DA
output sysclk,//DA
output sinout2
);
reg [7:0]addr;
wire [7:0] sin;
reg clk_10m;
reg [1:0] cont;
wire [7:0] data;
sin sin_rom (
.clka(clk_10m), // input wire clka
.ena(1'b1), // input wire ena
.addra(addr), // input wire [7 : 0] addra
.douta(sin) // output wire [7 : 0] douta
);
always @(negedge clk_10m)
if(~reset)
addr <= 0;
else //if(sync_n==1)
addr <= addr + 1500;
clk_freq clk_freq(
.clk(clk),
.rst_n(reset),
.clk_10m(clk_10m)
);
always @(negedge clk or negedge reset)
begin
if(!reset)
cont <=0;
else
cont <=cont+2'b01;
end
adc_adc081s021 adc_adc081s021(
cs_n,sclk,data, cont[1], reset,sdata
);
DAC_deltasigma DAC_deltasigma
(
.DACout(sinout2),
.DACin(sin), // .DACin(data),
.Clk(clk_10m),
.Reset(reset)
);
DAC_dac081s101 DAC_dac081s101
(
.DACout(sinout1),
.sync_n(sync_n),
.DACin(sin),
.Clk(clk_10m),
.Reset(reset),
.sysclk(sysclk)
);

PN 码

reg [24:0]cnt;
wire pn_clk;
wire pn_out;
always @(negedge clk_10m) //时钟四分频
begin
if(~reset)
cnt<=0;
else
cnt<=cnt+1;
end
assign pn_clk =cnt[1];
code_gen U_code_gen(
.clk(clk_10m),
.grst_n(reset),
.ms_flag(1'b0),
.num(6'b000110),
.pn_clk(pn_clk),
.pn_out(pn_out)
);
reg [7:0] bpsk;
always @(negedge clk_10m)
bpsk<= pn_out?(~sin):sin;
assign led = &(pn_out|bpsk|sin);
endmodule

adc_adc081s021 模块代码：

module adc_adc081s021(
cs_n,sclk, data, clk, reset, sdata
);
output sclk;
output cs_n;
output [7:0] data;
input clk;
input reset;
input sdata;
reg sclk;
reg cs_n;
reg count;
reg [4:0] bits;
reg [7:0] data;
always @(negedge clk or negedge reset)
begin
if(!reset)
begin
count<=0;
end
else
begin
count<=count+1;
end
end
always @(negedge clk or negedge reset)
begin
if(!reset)
begin
sclk<=0;
end
else
begin
if(count==1)
sclk<=~sclk;
end
end
always @(negedge sclk or negedge reset)
begin
if(!reset)
begin
cs_n<=1'b1;
data<=0;
bits<=0;
end
else
case(bits)
5'd0:
begin
if(cs_n)
begin
bits <= 5'd0;
cs_n <=0;
end
else
bits <= 5'd1;
end
5'd1:
begin
bits <= 5'd2;
cs_n<=1'b0;
end
5'd2:
begin
bits <= 5'd3;
cs_n<=1'b0;
end
5'd3:
begin
bits <= 5'd4;
cs_n <= 1'b0;
end
5'd4:
begin
data[7]<= sdata;
bits <= 5'd5;
cs_n<=1'b0;
end
5'd5:
begin
data[6]<= sdata;
bits <= 5'd6;
cs_n<=1'b0;
end
5'd6:
begin
data[5]<= sdata;
bits <= 5'd7;
cs_n <=1'b0;
end
5'd7:
begin
data[4]<= sdata;
bits <= 5'd8;
cs_n <=1'b0;
end
5'd8:
begin
data[3]<= sdata;
bits <= 5'd9;
cs_n <=1'b0;
end
5'd9:
begin
data[2]<= sdata;
bits <= 5'd10;
cs_n <= 1'b0;
end
5'd10:
begin
data[1]<= sdata;
bits <= 5'd11;
cs_n <= 1'b0;
end
5'd11:
begin
data[0]<= sdata;
bits <= 5'd12;
cs_n<=1'b0;
end
5'd12:
begin
bits <= 5'd13;
cs_n<=1'b0;
end
5'd13:
begin
bits <= 5'd14;
cs_n<=1'b0;
end
5'd14:
begin
bits <= 5'd15;
cs_n<=1'b0;
end
5'd15:
begin
bits <= 5'd16;
cs_n<=1'b1;
end
5'd16:
begin
bits <= 5'd17;
cs_n<=1'b1;
end
5'd17:
begin
bits <= 5'd18;
cs_n<=1'b1;
end
5'd18:
begin
bits <= 5'd19;
cs_n<=1'b1;
end
5'd19:
begin
bits <= 5'd0;
cs_n<=1'b1;
end
endcase
end
endmodule

DAC_deltasigma 模块代码：

`define MSBI 7
module DAC_deltasigma(DACout, DACin, Clk, Reset);
output DACout; // This is the average output that feeds low pass filter
reg DACout; // for optimum performance, ensure that this ff is in IOB
input [`MSBI:0] DACin; // DAC input (excess 2**MSBI)
input Clk;
input Reset;
reg [`MSBI+2:0] DeltaAdder; // Output of Delta adder
reg [`MSBI+2:0] SigmaAdder; // Output of Sigma adder
reg [`MSBI+2:0] SigmaLatch; // Latches output of Sigma adder
reg [`MSBI+2:0] DeltaB; // B input of Delta adder
always @(SigmaLatch) DeltaB = {SigmaLatch[`MSBI+2], SigmaLatch[`MSBI+2]} << (`MSBI+1);
always @(DACin or DeltaB) DeltaAdder = DACin + DeltaB;
always @(DeltaAdder or SigmaLatch) SigmaAdder = DeltaAdder + SigmaLatch;
always @(posedge Clk or negedge Reset)
begin
if(!Reset)
begin
SigmaLatch <= 1'b1 << (`MSBI + 1);
DACout <= 1'b0;
end
else
begin
SigmaLatch <= SigmaAdder;
DACout <= SigmaLatch[`MSBI+2];
end
end
endmodule

DAC_dac081s101 模块代码：

module DAC_dac081s101(
DACout, sync_n, DACin,
Clk, Reset, sysclk
);
output DACout; // This is the average output that feeds low pass filter
output sync_n;
reg DACout; // for optimum performance, ensure that this ff is in IOB
reg sync_n;
output sysclk;
input [7:0] DACin;
input Clk;
input Reset;
//reg [15:0] reg1;
reg [3:0] bits;
reg sysclk;
always @(negedge Clk or negedge Reset)
begin
if(~Reset)
begin
sysclk <= 0;
end
else
sysclk<=~sysclk;
end
always @(negedge sysclk or negedge Reset)
begin
if(!Reset)
begin
bits <= 4'b0;
DACout <= 1'b0;
sync_n<=1'b1;
end
else
case(bits)
4'd0:
begin
DACout <= 0;
if(sync_n)
begin
bits <= 4'd0;
sync_n <=0;
end
else
bits <= 4'd1;
end
4'd1:
begin
DACout <= 0;
bits <= 4'd2;
sync_n<=1'b0;
end
4'd2:
begin
DACout <= 0;
bits <= 4'd3;
sync_n<=1'b0;
end
4'd3:
begin
DACout <= DACin[7];
//DACout <= 0;
bits <= 4'd4;
sync_n<=1'b0;
end
4'd4:
begin
DACout <= DACin[6];
// DACout <= 0;
bits <= 4'd5;
sync_n<=1'b0;
end
4'd5:
begin
DACout <= DACin[5];
bits <= 4'd6;
sync_n<=1'b0;
end
4'd6:
begin
DACout <= DACin[4];
bits <= 4'd7;
sync_n<=1'b0;
end
4'd7:
begin
DACout <= DACin[3];
bits <= 4'd8;
sync_n<=1'b0;
end
4'd8:
begin
DACout <= DACin[2];
bits <= 4'd9;
sync_n<=1'b0;
end
4'd9:
begin
DACout <= DACin[1];
bits <= 4'd10;
sync_n<=1'b0;
end
4'd10:
begin
DACout <= DACin[0];
bits <= 4'd11;
sync_n<=1'b0;
end
4'd11:
begin
// DACout <= DACin[0];
DACout <= 0;
bits <= 4'd12;
sync_n<=1'b0;
end
4'd12:
begin
// DACout <= DACin[0];
DACout <= 0;
bits <= 4'd13;
sync_n<=1'b0;
end
4'd13:
begin
DACout <= 0;
bits <= 4'd14;
sync_n<=1'b0;
end
4'd14:
begin
DACout <= 0;
bits <= 4'd15;
sync_n<=1'b0;
end
4'd15:
begin
DACout <= 0;
bits <= 4'd0;
sync_n<=1'b1;
end
endcase
end
endmodul

目录

一、 任务介绍

二、基本原理

三、基于FPGA实现BPSK 调制

四、源码

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