《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 模擬設(shè)計 > 設(shè)計應(yīng)用 > 基于SoPC的雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng)設(shè)計[圖]
基于SoPC的雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng)設(shè)計[圖]
摘要: 針對雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng)的一些具體問題,如提高速度、降低成本等,應(yīng)用QuartusⅡ和NiosⅡ軟件工具,在SoPC環(huán)境下利用FPGA(ALTERAEP2A35F48418)芯片構(gòu)建DDS信號,設(shè)計雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng),該系統(tǒng)具有調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅功能,參數(shù)便于調(diào)節(jié)。重點闡述系統(tǒng)設(shè)計方案、硬件實現(xiàn)、主要單元設(shè)計,并對整個系統(tǒng)進(jìn)行仿真,測試結(jié)果符合設(shè)計要求。由于采用了SoPC系統(tǒng),該系統(tǒng)具有較高的工作速度、集成度和靈活性,值得推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: 信號調(diào)理 SoPC NiosⅡ DDS DSB
Abstract:
Key words :
0 引言

調(diào)幅就是用低頻調(diào)制信號去控制高頻波信號的振幅。經(jīng)過振幅調(diào)制的高頻載波稱為調(diào)幅波,它保持著高頻載波的頻率特性,但包絡(luò)線的形狀和信號波形相似。產(chǎn)生調(diào)幅波的主要方法是利用波形合成技術(shù)。目前波形合成技術(shù)主要有兩種通用的方法,一種是使用專用的數(shù)字頻率合成DDS芯片,另一種是基于SoPC的解決方案。專用DDS芯片的功能比較多,但控制方式固定、不靈活。而在FPGA芯片上利用DDS信號可以很容易地實現(xiàn)各種比較復(fù)雜的調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅信號,具有良好的實用性。

1 DSB的基本原理與調(diào)制模型

當(dāng)調(diào)制信號為單頻信號時,若設(shè)調(diào)制信號為uΩ(t)=UΩmcosΩt,載波信號為uc(t)=Ucmcosωct,通常要求ωc>>Ω,則雙邊帶調(diào)幅信號的數(shù)學(xué)表示式為:

基于SoPC的雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng)設(shè)計

式中:A為乘積電路的電路常數(shù);AUΩmUcmcosΩt為雙邊帶調(diào)幅信號的振幅,它與調(diào)制信號成正比。

雙邊帶調(diào)幅信號由圖1所示框圖來實現(xiàn),其核心部分在于實現(xiàn)調(diào)制信號與載波相乘。

基于SoPC的雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng)設(shè)計

2 系統(tǒng)具體設(shè)計

2.1 硬件電路

2.1.1 DDS信號源

雙邊帶調(diào)幅波的調(diào)制模型中的載波和調(diào)制波是通過DDS信號源實現(xiàn)的。其DDS結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示,DDS是由頻率合成器、相位累加器、波形ROM、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器LPF構(gòu)成。

基于SoPC的雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng)設(shè)計

2.1.2 硬件原理圖

系統(tǒng)頂層設(shè)計圖如圖3所示。圖中加法器通過QuartesⅡ軟件直接用VHDL語言編寫,波形ROM查找表則利用Matlab軟件生成。

基于SoPC的雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng)設(shè)計

低頻DDS中主要用的是32位加法器、8×8的ROM查找表;其中第一個32位加法器完成對頻率控制字的累加,第二個32位加法器則用于相位控制。高頻DDS中主要用的是8位加法器、8×8的ROM查找表;其中8位加法器完成對頻率控制字的累加。

2.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)頂層設(shè)計的核心是由可裁剪的Nios軟核與可存儲正弦波形信號的DDS模塊(如圖3)組成。Nios軟核接收到不同按鍵信息,根據(jù)按鍵信息設(shè)置不同的DDS輸出波形參數(shù)(載波相位、頻率與調(diào)制波相位、頻率),經(jīng)由PIO口將被選擇的信號傳輸給DAC芯片。其程序流程圖如圖4所示,選擇程序部分如下:

基于SoPC的雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng)設(shè)計

基于SoPC的雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng)設(shè)計

3 測量結(jié)果及分析

不斷地調(diào)整輸入頻率控制字PWORD,PWORD1,可以得到下面一組仿真結(jié)果(見圖5)。這組圖形中,時鐘頻率fc=16384Hz。圖5(a)是高頻DDS的輸出波形,頻率為6250Hz;圖5(b)是低頻DDS的輸出波形,頻率為3.9Hz;圖5(c)是在高頻fWORD1=6250Hz,低頻fWORD=3.9Hz,相位M=13時的雙邊帶調(diào)幅波形;圖5(d)是在高頻fWORD1=6250Hz,低頻fWORD=3.9Hz,相位M=101時的雙邊帶調(diào)幅波形;圖5(e)是在高頻fWORD1=6250Hz,低頻fWORD=12.5Hz,相位M=101時的雙邊帶調(diào)幅波形。

基于SoPC的雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng)設(shè)計

從圖5中可以很輕易地看出幾點:

(1)調(diào)幅后的波形的包絡(luò)(見圖5(c))是低頻正弦波(見圖5(b))周期的50%;

(2)低頻調(diào)制波的相位對調(diào)幅后的波形的包絡(luò)長度沒有影響(見圖5(c)和圖5(d));

(3)低頻調(diào)制波的相位對調(diào)幅后的波形的幅度有影響,當(dāng)它變大時,調(diào)幅波形的幅度也變大(見圖5(c)和圖5(d)),但并不是線性變化;

(4)低頻DDS的輸入頻率會改變調(diào)幅波形的包絡(luò)長度,當(dāng)?shù)皖lDDS的輸入頻率變大即周期變小時,調(diào)幅波形的包絡(luò)長度也變小(見圖5(d)和圖5(e));

(5)低頻DDS的輸入頻率不會改變調(diào)幅波的幅度,當(dāng)?shù)皖lDDS的輸入頻率變大即周期變小時,調(diào)幅波形的幅度沒有發(fā)生明顯的變化(見圖5(d)和圖5(e))。

綜上所述,這些均符合雙邊帶調(diào)制波形的特征,完成了設(shè)計要求。

4 結(jié)語

本文介紹了一種基于SoPC的雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng)設(shè)計方案,闡述了整個設(shè)計流程,并對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行了仿真分析。利用SoPC設(shè)計雙邊帶調(diào)幅波系統(tǒng),方法簡單、靈活、參數(shù)便于修改,具有良好的實用性。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。