手把手教你玩转AD9361数字调制解调系列（三） ----纯PL逻辑实现FM信号的数字调制解调_业界新闻

发布时间:2024-08-07 13:38

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因最近客户需求，用纯PL实现AD9361的数字信号调制解调，于是就把各种数字调制都在AD9361上都实现了一遍。

优点就是：既可以在zynq系列上配置9361，也可以在纯FPGA系列配置9361。并且理解起来比较简单！！！

制作不易，记得三连哦，给我动力，持续更新中！！！

完整工程文件下载：纯逻辑设计AD9361发射FM工程下载 （点击蓝色文字即可下载）

提取码：19w5

对于之前学习过我文章的小伙伴来说,大家应该都了解如何利用 AD936x Evaluation Software 生成 AD9361 的配置,并在 Vivado 中调用该配置,最后写入 AD9361 芯片。

对于新来的小伙伴而言,我建议你可以先回顾一下我之前的文章内容。在那些文章中,我详细介绍了如何通过软件生成 AD9361 的配置,并在 Vivado 开发环境中使用该配置。这些基础知识对于接下来的内容学习很重要。

在接下来的设计中,我们将在纯逻辑配置 AD9361 的基础上,实现各种数字信号的调制解调功能。这将涉及更多的数字信号处理知识和技术。如果你对这些内容感兴趣,不妨继续关注我的后续文章。我会在这些文章中, 全面地讲解如何基于 AD9361 实现各种数字调制解调功能的具体实现方法。

纯逻辑配置AD9361教程/通过UART串口发送配置文件配置AD9361/通过rom配置AD9361/纯PL配置AD9361_ad9361发送数据代码-CSDN博客

本篇文章将介绍如何通过AD9361发射FM信号以及纯verilog代码实现和讲解。

一、FM原理

基于 FPGA 和 AD9361 实现 FM 数字调制与解调的原理如下:

FM 数字调制:
- 利用 FPGA 逻辑电路生成正弦波载波信号。
- 根据输入的数字信号,动态调整载波信号的频率。这就实现了FM调制。
- 将调制后的信号输入到 AD9361 的 TX 端,进行模拟上变频和放大.
FM 数字解调:
- AD9361 的 RX 端接收 FM 调制信号,完成下变频和数字化。
- FPGA 接收 AD9361 输出的数字 FM 信号,采用频率判决或相位锁定环等方式实现FM解调。
- 从解调后的数字信号中提取出原始的输入数据。

FM 就是频率调制，就是使用载波的频率来承载消息信号，当消息信号的幅值较大的时候，产生的频率比较大，当消息信号较小时，产生的频率比较小。在我们之前介绍过的 VCO 这个结构，就是一个最简单的 FM 的调制器。

控制信号进入了 VCO 之后，首先需要乘上一个增益，这个增益表示电压（消息信号的幅值）到频率（FM 调制的结果）的增益值， 𝑣𝑣(t)与𝑘𝑘𝑜𝑜的乘积会经过一个积分器。积分之后的信号为：

由 VCO 产生的正弦波会有一个初始的振幅𝐴𝐴0和频率𝑓𝑓0，正弦波的相位取决于前面这个积分信号的瞬时值。将这个值带入到产生的正弦波当中。

其中这个𝑘𝑘𝑜𝑜可以表示为𝑘𝑘𝑜𝑜 = 2𝜋𝜋𝜋𝜋𝑓𝑓𝑎𝑎,因此 VCO 得到的输出信号为：

VCO 输出信号的频率就是对相位的微分，可以表示为：

可以看到使用 FM 调频之后，已调信号将会包含很多的频率分量。

二、FPGA工程代码

主要代码为：FM调制解调模块、9361数据接收和发射接口、9361配置模块、串口模块，和之前的ASK调制的差异主要是把ASK调制部分替换为了FM调制和解调，其他代码不变（一劳永逸）

（1）顶层top

主要连接各个模块，已结对差分信号的差分转换

部分代码：

wire AD9361_FB_CLK;    OBUFDS #(       .IOSTANDARD("DEFAULT"), // Specify the output I/O standard       .SLEW("SLOW")           // Specify the output slew rate    ) OBUFDS_AD9361_FB_CLK (       .O(AD9361_FB_CLK_p),     // Diff_p output (connect directly to top-level port)       .OB(AD9361_FB_CLK_n),   // Diff_n output (connect directly to top-level port)       .I(AD9361_FB_CLK)      // Buffer input    ); wire AD9361_TX_FRAME;    OBUFDS #(       .IOSTANDARD("DEFAULT"), // Specify the output I/O standard       .SLEW("SLOW")           // Specify the output slew rate    ) OBUFDS_AD9361_TX_FRAME (       .O(AD9361_TX_FRAME_p),     // Diff_p output (connect directly to top-level port)       .OB(AD9361_TX_FRAME_n),   // Diff_n output (connect directly to top-level port)       .I(AD9361_TX_FRAME)      // Buffer input    );  wire [5:0] AD9361_P0_TX;

（2）配置9361模块

主要通过读取rom中的配置信息，然后通过SPI去写入9361寄存器，实现对9361的配置

（3）FM调制模块

通过IQ调制，把FM信号，调制到IQ两个通路

部分代码：

// FM调制模块 module fm_modulator(     input clk,     input reset,     input [11:0] data_in,    // 输入数字信号     output [11:0] i_out,     // IQ输出,I通道     output [11:0] q_out      // IQ输出,Q通道 );      // 参数定义     parameter CARRIER_FREQ = 100000000; // 载波频率,100MHz     parameter MODULATION_FACTOR = 50;  // 调制系数      // 内部信号     reg [31:0] phase = 0;     reg [11:0] i_val, q_val;

（4）FM解调模块

把9361接收到的IQ数据，解调为数字信号输出

部分代码:

// FM解调模块  module fm_demodulator(     input clk,     input reset,     input [11:0] i_in,     // IQ输入,I通道     input [11:0] q_in,     // IQ输入,Q通道     output [11:0] data_out // 解调后的数字信号输出 );      // 参数定义     parameter SAMPLING_RATE = 100000000; // 采样率,100MHz          // 内部信号     reg [11:0] i_prev, q_prev;     reg [23:0] phase_diff;     reg [11:0] data_val;