基于FPGA的FM调制-带仿真文件-上板验证正确
前言
FM、AM等调制是学习FPGA信号处理一个比较好的小项目，通过学习FM调制过程熟悉信号处理的一个简单流程，进而熟悉信号变换的一些基本方法。
一、FM调制储备知识
载波频率
载波频率是指在调制过程中未被调制（或是未被输入信息影响）的频率。也就是说，载波频率是FM信号中不含信息的那部分信号的频率。在调频广播中，通常会选择一个固定的载波频率，比如88 MHz到108 MHz（调频广播的常见范围）。
载波频率是基带信号的载体，信号的频率会围绕这个载波频率上下偏移，偏移的幅度和方向取决于输入的信号的特性
频偏
频偏是指调制过程中，载波的频率偏离原始载波频率的幅度。FM调制中，信息信号（如音频信号）通过改变载波频率的偏移量来传递信息。频偏越大，表示信号的频率变化范围越广。频偏大小直接影响FM信号的带宽和质量。频偏较大时，带宽较宽，且信号可以携带更多的信息量。
峰值
在FM调制中，峰值通常指的是信号的最大变化值，尤其是指调制信号的最大频率偏移值。峰值反映了调频过程中信号的最大频率变化幅度。
个人理解
首先明确对象，一个是调制信号，一个是载波信号，另一个就是频偏幅度。其次再深一层次就是频率控制字的控制了，首先载波频率是固定的，所以频率控制字也是固定的，而频偏是根据调制信号进行变化的，所以主要就是频偏控制字的实现。
重点考察：DDS的使用、DAC模块的使用
二、代码分析
本模块中涉及到fft频谱分析，所以增加了一些端口，fft的按键控制、输出有效、持续、标志等。
本文产生载波频率为50k，频偏3k
1.模块分析
模块输入：时钟、复位、调制信号
模块输出：FM调制信号
载波信号的产生是基于ROM读取进行产生的，深度是1024 宽度是8位。基础时钟是50mhz，所以如果正常读取信号的话，这个频率是50m/1024=48.8khz左右。通过这个基础的变化进行其他频率信号的产生。
本文要产生一个50k的载波信号，因此50k/48.8k=1.024左右，得出来这个系数之后怎么获取频率字？首先这个系数是一个小数，FPGA本身是处理不了小数的，因此我们需要进行放大，本文选择放大2的22次方倍，1.024*2^22=4294967，得到了频率字，同时因为1024和放大倍数，频率字的位宽是10+22=32。
频偏控制，首先确定范围是3k，因此按照上面的方法算出来3k的频率控制字：255852，其次通过调用一个乘法器ip核将调制信号与3k频率字进行想乘，进而得到随调制信号变化的频偏数值，最后将这个频偏数值作用到载波频率上，就完成了FM的调制工作。
本篇文章的大致实现方法参考了：FM调制讲解DDS
c
module FM_Mod(
input clk,
input rst_n,
input signed [7:0] adc_data,
input key_fft,
output reg last,
output reg s_axis_data_tvalid,
output reg fft_flag,
output signed [7:0] FM_Mod
);
parameter signed Freq_I = 32'd4294967; // 1.024 * 2的22次方
parameter signed Freq_Word = 20'd255852; // 0.061 * 2的22次方
wire signed [27:0] mult_data; //0.061*adc_data
wire signed [20:0] Freq_Offset;
reg [14:0] count;
MULT b2v_inst6(
.CLK(clk),
.A(adc_data),
.B(Freq_Word),
.P(mult_data)
);
assign Freq_Offset = mult_data[27:7]; //移位 除法 2的7次方
reg signed [31:0] cnt_I;//22+10
wire [9:0] addr_I;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
cnt_I <= 0;
end
else begin
cnt_I <= cnt_I + Freq_I + Freq_Offset;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
fft_flag <= 1'b0;
end
else if(key_fft==1'b0) begin
fft_flag <= ~fft_flag;
end
else begin
fft_flag <= fft_flag;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
count <= 15'd0;
last <=1'b0;
s_axis_data_tvalid<=1'b0;
end
else if(fft_flag && count<2048) begin
s_axis_data_tvalid <=1'b1;
count <= count + 1'b1;
last <= 1'b0;
end
else if(fft_flag && count==2048) begin
s_axis_data_tvalid= 1'b0;
count <= 15'd0;
last <=1'b1;
end
end
assign addr_I = cnt_I[31:22] ; //移位 除法 2的16次方
ROM b2v_inst(
.clka(clk),
.addra(addr_I),
.douta(FM_Mod)
);
endmodule2.波形分析
下面是500hz 的调制信号，上面是FM调制完的信号。
3k的频偏对于50k的载波信号来说比较不明显，但是通过观看不同位置的周期能够看出明显差距，通过选取500hz信号的低谷和峰谷测量fm信号周期，能够看出明显的差距。如果需要明显的调制效果，可以将频偏增加。
总结
能够学习真好，需要学习的太多了，时不时的记录一下，好记性不如烂笔头。因为来医院了一周多没有学习了，没那个精力也没有那个氛围，所以还是想说活着就好，能够学习真好，感谢一切吧。