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基于FPGA实现数字QAM调制系统

news 2025/9/6 14:18:40

基于FPGA实现数字QAM调制系统

题目要求
一、代码设计
- 1.顶层
- 2.分频
- 3.m序列
- 4.串转并
- 5.映射
- 6.正弦波余弦波生成ROM和
- 7.ask
二、仿真波形
总结

题目要求

FPGA实现数字QAM调制系统要求根据正交振幅调制原理，利用正弦载波信号发生器，实现调制信号。调制原理会利用到m序列发生器，串并转换及电平映射等。
在这里插入图片描述
参考博客：FPGA的QAM实现

一、代码设计

整体代码框图：
在这里插入图片描述

1.顶层

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 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);endmodule

2.分频

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 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)//计数时钟分频模块
beginif(!rst_n)begincounter<=32'h00000000;div_clk<=0;endelseif(counter==32'h00001869)// 4KHz计数到6249翻转counter=(clk/div_clk)/2-1begincounter<=32'h00000000;div_clk <= ~div_clk;endelsecounter<=counter + 1;
end
endmodule

3.m序列

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 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;   //输入端口output out;        //输出端口reg[2:0] Q;        //中间节点wire C0;
assign C0 =  Q[2] ^ Q[0] ;  //反馈
assign out = Q[2];           //输出信号
always@(posedge clk or negedge rst_n)
beginif(!rst_n )Q[2:0] <= 3'b111;    //异步清零，全1elseQ[2:0] <= {Q[1:0],C0}; //移位
end
endmodule

4.串转并

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 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;     //序列输入
output reg[1:0] I;
output reg[1:0] Q;reg [2:0]cnt;//计数
reg[1:0] data_I;
reg[1:0] data_Q;always @(posedge clk or negedge rst_n)            //时序问题，第一次计数不需要进行分配。
beginif(!rst_n)beginI <= 2'b00;   Q <= 2'b00;cnt <= 3'b000;endelse if(cnt==3'b100)     //4次才可以分完一组I和Q，因此分完才刷新I和Q的数据。beginI <= data_I;Q <= data_Q;cnt <= 3'b001;endelse cnt <= cnt + 1'b1;
endalways @(*)          //串并转换
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
endendmodule

5.映射

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 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
endendmodule

6.正弦波余弦波生成ROM和

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 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;     //频率控制字     fre_word = f_out * 2^N / fclk   N为累加器位宽
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核的调用
sin_rom sin_rom1 (.clka(clk),    // input wire clk	时钟.addra(addra),  // input wire [11 : 0] addra	相位累加器输入给rom的地址.douta(data1)  // output wire [7 : 0] douta	从ROM返回的数据（3M正弦波的采样点）
);sin_rom cos_rom1 (.clka(clk),    // input wire clk	时钟.addra(addrb),  // input wire [11 : 0] addra	相位累加器输入给rom的地址.douta(data2)  // output wire [7 : 0] douta	从ROM返回的数据（3M正弦波的采样点）
);assign sin_wave = data1-128;
assign cos_wave = data2-128;
endmodule

7.ask

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 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:
// 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////