基于FPGA實現數字QAM調制系統
- 題目要求
- 一、代碼設計
- 1.頂層
- 2.分頻
- 3.m序列
- 4.串轉并
- 5.映射
- 6.正弦波余弦波生成ROM和
- 7.ask
- 二、仿真波形
- 總結
題目要求
FPGA實現數字QAM調制系統要求根據正交振幅調制原理，利用正弦載波信號發生器，實現調制信號。調制原理會利用到m序列發生器，串并轉換及電平映射等。
參考博客：FPGA的QAM實現
一、代碼設計
整體代碼框圖：
1.頂層
`timescale 1ns / 1ps
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// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2025/09/04 09:27:05
// Design Name:
// Module Name: qam
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////module qam(
input clk,
input rst_n,
output m,
output [2:0] a,
output [2:0] b,
output [7:0] sin_wave,
output [7:0] cos_wave,
output [10:0] Im,
output [10:0] Qm,
output [11:0] Qam
);wire div_clk;
divclk U0(clk,rst_n,div_clk);wire out;
mcode U1(div_clk, rst_n, out);
assign m=out;wire [1:0] I,Q;
serial_2_parallel U2(div_clk, rst_n, out, I, Q);wire [2:0] A,B;
mapping U3(clk, rst_n, I, A);
mapping U4(clk, rst_n, Q, B);
assign a=A;
assign b=B;wave U5(clk, rst_n, sin_wave, cos_wave);wire [10:0]IM,QM;
ask U6(sin_wave, A, IM);
ask U7(cos_wave, B, QM);
assign Im=IM;
assign Qm=QM;add U8(IM, QM, Qam);endmodule2.分頻
`timescale 1ns / 1ps
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// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2025/09/04 09:29:55
// Design Name:
// Module Name: divclk
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////module divclk(clk,rst_n,div_clk);
input clk,rst_n;
output reg div_clk;reg [31:0] counter;always@(negedge rst_n or posedge clk)//計數時鐘分頻模塊
beginif(!rst_n)begincounter<=32'h00000000;div_clk<=0;endelseif(counter==32'h00001869)// 4KHz計數到6249翻轉counter=(clk/div_clk)/2-1begincounter<=32'h00000000;div_clk <= ~div_clk;endelsecounter<=counter + 1;
end
endmodule 3.m序列
`timescale 1ns / 1ps
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// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2025/09/03 20:44:14
// Design Name:
// Module Name: mcode
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////module mcode(clk, rst_n, out);input clk, rst_n; //輸入端口output out; //輸出端口reg[2:0] Q; //中間節點wire C0;
assign C0 = Q[2] ^ Q[0] ; //反饋
assign out = Q[2]; //輸出信號
always@(posedge clk or negedge rst_n)
beginif(!rst_n )Q[2:0] <= 3'b111; //異步清零，全1elseQ[2:0] <= {Q[1:0],C0}; //移位
end
endmodule
4.串轉并
`timescale 1ns / 1ps
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// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2025/09/03 20:59:35
// Design Name:
// Module Name: serial_2_parallel
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////module serial_2_parallel(clk, rst_n, data_in, I, Q);
input clk;
input rst_n;
input data_in; //序列輸入
output reg[1:0] I;
output reg[1:0] Q;reg [2:0]cnt;//計數
reg[1:0] data_I;
reg[1:0] data_Q;always @(posedge clk or negedge rst_n) //時序問題，第一次計數不需要進行分配。
beginif(!rst_n)beginI <= 2'b00; Q <= 2'b00;cnt <= 3'b000;endelse if(cnt==3'b100) //4次才可以分完一組I和Q，因此分完才刷新I和Q的數據。beginI <= data_I;Q <= data_Q;cnt <= 3'b001;endelse cnt <= cnt + 1'b1;
endalways @(*) //串并轉換
begincase(cnt)3'b001: data_I [1]<=data_in;3'b010: data_Q [1]<=data_in;3'b011: data_I [0]<=data_in;3'b100: data_Q [0]<=data_in;default: begin data_I=2'b00;data_Q=2'b00;endendcase
endendmodule5.映射
`timescale 1ns / 1ps
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// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2025/09/03 21:15:55
// Design Name:
// Module Name: mapping
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////module mapping (clk ,rst_n ,data_I ,a);
input clk ,rst_n;
input [1:0] data_I;
output reg [2:0] a;always@(*)
begincase(data_I)2'b00: a<=3'b011;2'b01: a<=3'b001;2'b11: a<=3'b111;2'b10: a<=3'b101;default: a<=3'b000;endcase
endendmodule6.正弦波余弦波生成ROM和
`timescale 1ns / 1ps
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// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2025/09/03 22:20:17
// Design Name:
// Module Name: wave
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////module wave(input clk,//50m Hzinput rst_n,output [7:0] sin_wave,output [7:0] cos_wave);
parameter fre_word = 32'd858993; //頻率控制字 fre_word = f_out * 2^N / fclk N為累加器位寬
reg [31:0] addr_sin;
wire [7:0] data1;
wire [7:0] data2;
//相位累加器
always @(posedge clk or negedge rst_n)
beginif(!rst_n)addr_sin <= 32'b0;elseaddr_sin <= addr_sin + fre_word;
endwire [11:0] addra = addr_sin[31:20];
wire [11:0] addrb = addr_sin[31:20]+1024;
//ROM IP核的調用
sin_rom sin_rom1 (.clka(clk), // input wire clk 時鐘.addra(addra), // input wire [11 : 0] addra 相位累加器輸入給rom的地址.douta(data1) // output wire [7 : 0] douta 從ROM返回的數據（3M正弦波的采樣點）
);sin_rom cos_rom1 (.clka(clk), // input wire clk 時鐘.addra(addrb), // input wire [11 : 0] addra 相位累加器輸入給rom的地址.douta(data2) // output wire [7 : 0] douta 從ROM返回的數據（3M正弦波的采樣點）
);assign sin_wave = data1-128;
assign cos_wave = data2-128;
endmodule7.ask
`timescale 1ns / 1ps
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// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2025/09/04 08:57:12
// Design Name:
// Module Name: ask
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
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//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////二、仿真波形
總結
結合文章代碼進行復現。
