基于DSP Builder的调制器设计【毕业论文】.doc

1、 本科毕业设计 (论文 ) ( 届 ) 论文题目 基于 DSP Builder 的调制器设计 (英文 ) The Design of Modulator Based on DSP Builder 所在学院 电子信息学院 专业班级 电子信息 工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 日 摘要 调制（ modulation)就是对信号源的信息进行处理，加到载波上使其变为适合于信道传输的形式的过程。信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号一般不能直接传输，必须将其转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输，即已调信号，而基带信号

2、叫做调制信号。调制是改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号变化的过程。解调则是从载波中提取基带信号的过程。 调制技术可以分为模拟调制和数字调制。 根据调制原理不同，模拟调制主要分为 AM， FM 等方法。 数字调制是目前主流的调制技术，根据调制原理不同，主要分为 ASK、 FSK 和 PSK 等方法。 DSP Builder 是一个算法级的设计工具，把算法仿真建模和 RTL 级的设计工具连接起来，使算法开发到硬件的实现可以无缝的过渡。 本文先对现状进行了概述，阐明了调制器在现代通讯原理中的重要地位；然后对于调制器的理论知识如分类、优缺点和原理进行了分析，讲述了如何设计AM， FM,

3、ASK 调制器的方法；并且对设计进行验证，并进行一定的分析；采用DSP Builder 软件进行系统仿真，由仿真结果验证了设计的正确 性。 关键词： 调制， 数字调制技术， DSP BUILDER Abstract Modulation (modulation) is the source of the information processing added to the carrier, so that it becomes suitable for transmission in the form of the channel process. In general, the sourc

4、e of information (also known as the source) contains a DC component and the frequency of lower frequency components, known as the baseband signal. Baseband signal is often not as a transmission signal, so must the baseband signal into a baseband frequency in terms of the relative frequency of very h

5、igh signal to fit in the transmission channel. This signal is called the modulated signal, the baseband signal is called the modulated signal. High-frequency carrier modulated by changing the message that the carrier signal amplitude, phase or frequency to the baseband signal amplitude with the chan

6、ge to achieve. The demodulated baseband signal sucked extracted from the carrier to the intended recipient (also known as the destination) process and understand the process. Modulation techniques can be divided into analog modulation and digital modulation. According to the principle of different m

7、odulation, analog modulation is divided into AM, FM and other methods. Digital modulation is the modulation current mainstream technology, according to the different modulation principle, divided into ASK, FSK and PSK and other methods. DSP Builder is an algorithm-level design tools, the algorithm s

8、imulation modeling and RTL-level design tools to connect, so that the algorithm development to hardware implementation can be a seamless transition. This paper firstly summarized the present, and expounds the modulator in the modern communication principle in the important position; and theoretical

9、knowledge for the modulator, such as classification, advantages and disadvantages and the principle is analyzed, about how to design the AM, FM, ASK modulator method; and verify the design and conduct some analysis; with DSP Builder software for system simulation, the simulation results verify the c

10、orrectness of the design. Keywords: modulation,digital modulation techniques,DSP BUILDER 目 录 1 引言 . 1 1.1 调制技术背景及意义 . 1 1.2 课题内容与论文组织 结构 . 1 2 调制器概述 . 3 2.1 AM 调制器原理 . 3 2.2 FSK 调制器原理 . 3 2.3 ASK 调制器原理 . 4 3 DSP Builder 概述 . 6 3.1 安装 . 6 3.2 DSP Builder 的设计流程 . 7 4 DDS 技术概述 . 9 4.1 DDS 技术的原理 . 9 4.2

11、 DDS 技术的优点及缺陷 .10 4.3 DDS 技术的实现方法 .10 5 基于 DSP builder 的调制器的实现与参数设置 . 11 5.1 DDS 设计与实现 . 11 5.2 基于 DSP Builder 的 AM 调制器的模块实现与调制 .14 5.3 基于 DSP Builder 的 FSK 调制器的模块实现与调制 .15 5.4 基于 DSP Builder 的 ASK 调制器的模块实现与调制 .17 6 设计总结和展望 .19 6.1 设计总结 .19 6.2 设计展望 .19 致谢 .20 参考文献 .21 1 引言 1.1 调制技术背景及意义 调制是一个将信号源的信

12、息进行处理，加到载波上使其变为适合于信道传输的过程。 它在通信系统中有十分重要的作用。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 1，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，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，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。 目前的调制技术主要有模拟调制和数字调制两大类。当前通信系统中，数字调制技术被广泛应用，尤其是一些高效的调 制方式，如 QPSK 和 QAM 用于卫星通信，移动通信和 HFC 网络中的 CableModem 等。这些调制技术可以通过专用的调制芯片， DSP 和 FPGA 来实现 2 。 1.2 课题内容与

13、论文组织结构 关于本课题，主要进行了以下工作： 1）根据任务书要求，查阅资料， 熟悉 了调制技术的背景理论知识，包括模拟调制的主要方法及实现原理、数字调制的主要方法及实现原理。 2）安装 MATLAB/SIMULINK、 DSP BUILDER 软件，熟悉了 MATLAB 的操作环境，掌握了 DSP BUILDER 的设计流程。 3）通过查阅相关文献资料， 提出基于 DSP BUILDER 的 AM、 FM、 ASK 调制器设计方案。 4）设计产生频率、相位、幅度可调的正弦信号。此正弦信号为所有调制信号的基础。通过反复比较，笔者选择了基于 DDS 技术的正弦信号设计。此方案可以实现高精度的可调

14、正弦信号。 5）设计实现 AM、 FM、 ASK 等三种调制器。并对设计结果进行仿真，观察仿真波形，验证设计的正确性。 论文的第一章为引言，主要介绍调制器的背景知识，概括设计所做的工作及论文的组织结构；第二章概述调制器的基本知识，介绍调制器的原理和分类；第三章为本文的重点，主要介绍基于 DSP Builder 的调制器设计流程和实现；第四章 简单介绍了 DDS 技术 ；第五章总结了设计过程中出现的问题和解决方案 ，以及 对设计过程中的关键模块的参数设计进行说明 ； 第六章对设计进行总结和展望。 2 调制器概述 调制器就是 一种制约振荡或波的某一特征量，使其随着信号或者另一振荡波的变化而变化的非

15、线性器件。 调制的种类很多 ， 按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。 模拟调制有主要有 AM、 FM 调制。数字调制主要有 ASK、 FSK、 PSK 调制 3。 根据不同的调制方式，调制器 也有不同的调制原理。 2.1 AM 调制器原理 AM 是指对信号进行幅度调制，简称调幅。是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变化而变化。也就是说，通过用调制信号来改变高频信号的幅度大小，使得调制信号的信息包含入高频信号之中，通过天线把高频信号发射出去，然后就把调制信号也传播出去了 4。如图 2-1-1 所示。这时候在接收端可

16、以把调制信号解调出来，也就是把高频信号的幅度解读出来就可以得到调制信号了。如图 2-1-1 所示为 AM 的调制模型图。 图 2-1-1 AM 的调制模型图 AM 信号可以表示为如式（ 2-1）所示： ttfAtS AM 00 c o s)()( （ 2-1） 2.2 FSK 调制器原理 FSK 就是 频移键控 调制技术的简称。它 利用载波的频率变化来传递数字信息 ， 利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。 在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称为 高音和低音，代表二进制的 1 和 0）。 频移就是把振幅、相位作为常量，而

17、把频率作为变量，通过频率的变化来实现信号的识别5 。如图 2-2-1 所示。 图 2-2-1FSK 的调制原理图 （ 2-2） 产生 FSK 信号最简单的方法是根据输入的数据比特是 0 还是 1，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的，因此这种 FSK 信号称为不连续 FSK 信号 6。 由于相位的不连续会造频谱扩展，这种 FSK 的调制方式在传统的通信设备 中采用较多。 2.3 ASK 调制器原理 ASK 是数字调制的一种， 是振幅键控调制技术的简称。这种调制方式根据信号的不同，调节正弦波的幅度 幅移键控，相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二

18、进制数码而已。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特通过载波的幅度来传递 7 。二进制振幅键控（ 2ASK）， 由于调制信号只有 0 或 1 两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号为 “1”时，传输载波；当调制的数字信号为 “0”时，不传输载波。 ASK 的调制原理图如图 2-3-1 所示。 图 2-3-1ASK 的调制原理图 ASK 信号可以表示为如式（ 2-3）所示： tA tAA S K tS 12c o sc o s)( （ 2-3） 幅移键控法 (ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的，其最简单的形式是，载波在二进制调制

19、信号控制下通断 。 3 DSP Builder 概述 DSP Builder 是基于可编程逻辑器件 (PLD)中 HDL 和 DSP 系统设计高级算法的开发工具，也是一个系 统级（算法级）设计工具，但同时它把系统级（算法仿真建模）和 RTL 级（硬件实现）的设计工具连接起来，它将 MATLAB 和Simulink 系统级设计工具算法的开发、仿真和验证功能， VHDL 综合、仿真，还有 Altera 开发工具整合集成在一起，使算法开发到硬件的实现可以完美地过渡。可以帮助设计者完成基于 FPGA 的 DSP 系统设计 8 。 3.1 安装 DSP builder 是内嵌于 MATLAB 的一个软件。因此 首先 需要 安装 Matlab 软件 ， 然后关闭所有仿真窗口， 再 安装 DSP Builder 软件 。安装结束后会出现如图3-1-1 所示的窗口。 图 3-1-1 DSP-Builder 安装结束后弹出窗口 安装条件 ： （ 1）保证所有 Simulink 窗口关闭 。 （ 2）在指定路径下安装： D:altera70DSPBuilderAltlib。