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。
参考博客：FPGA的QAM实现
一、代码设计
整体代码框图：
1.顶层
`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:
//
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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
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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:
//
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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
begin
if(!rst_n)
begin
counter<=32'h00000000;
div_clk<=0;
end
else
if(counter==32'h00001869)// 4KHz计数到6249翻转counter=(clk/div_clk)/2-1
begin
counter<=32'h00000000;
div_clk <= ~div_clk;
end
else
counter<=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:
//
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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)
begin
if(!rst_n )
Q[2:0] <= 3'b111; //异步清零，全1
else
Q[2:0] <= {Q[1:0],C0}; //移位
end
endmodule
4.串转并
`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:
//
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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。
begin
if(!rst_n)
begin
I <= 2'b00; Q <= 2'b00;
cnt <= 3'b000;
end
else 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。
begin
I <= data_I;
Q <= data_Q;
cnt <= 3'b001;
end
else
cnt <= cnt + 1'b1;
end
always @(*) //串并转换
begin
case(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;
end
endcase
end
endmodule
5.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:
//
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module mapping (clk ,rst_n ,data_I ,a);
input clk ,rst_n;
input [1:0] data_I;
output reg [2:0] a;
always@(*)
begin
case(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
end
endmodule
6.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:
//
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module wave(
input clk,//50m Hz
input 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)
begin
if(!rst_n)
addr_sin <= 32'b0;
else
addr_sin <= addr_sin + fre_word;
end
wire [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
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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
总结
结合文章代码进行复现。