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基于FPGA的PPM调制解调系统设计

2021年电子技术应用第2期

侯欢，施洪生

北京交通大学电气工程学院，北京100044

摘要： 针对旋转件参数的测试及传输，提出了一种基于FPGA红外数据传输的PPM调制解调系统的设计，并且在数据传输过程中加入了CRC校验，增加了数据传输过程的准确性。设计采用了Altera(Intel)的Cyclone10系列的10CL016YU256C8芯片，具有高速、高带宽、高容量等特点，适用于高速数据通信。通过Quartus II开发平台，用Verilog HDL硬件描述语言编写相应的调制、解调以及CRC校验程序。介绍了4PPM调制、解调的算法，以及CRC-CCITT校验码的算法，并通过Modelsim对系统进行了时序仿真，仿真结果验证了设计的正确性。

關鍵詞： PPM调制解调 CRC校验 FPGA VerilogHDL

中圖分類號： TN919
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200984
中文引用格式： 侯歡，施洪生. 基于FPGA的PPM調制解調系統(tǒng)設計[J].電子技術應用，2021，47(2)：92-96.
英文引用格式： Hou Huan，Shi Hongsheng. Design of PPM modulation and demodulation system based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(2)：92-96.

Design of PPM modulation and demodulation system based on FPGA

Hou Huan，Shi Hongsheng

School of Electrical Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China

Abstract： For the test and transmission of rotating parts parameters, a design of a PPM modulation and demodulation system based on FPGA infrared data transmission is proposed, and a CRC check is added in the data transmission process, which increases the accuracy of the data transmission process. This design uses Altera(Intel)′s Cyclone10 series 10CL016YU256C8 chip, which has the characteristics of high speed, high bandwidth, high capacity, etc., suitable for high-speed data communication. Through the Quartus II development platform, it uses Verilog HDL hardware description language to write the corresponding modulation, demodulation and CRC verification programs. The paper introduces the algorithm of 4PPM modulation and demodulation, as well as the algorithm of CRC-CCITT check code, and carries on the timing simulation to the system through Modelsim. The simulation result verifies the correctness of the design.

Key words : PPM modulation and demodulation；CRC check；FPGA；Verilog HDL

0 引言

在數(shù)字電路設計中，現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)技術得到越來越廣泛的應用，特別是在通信領域。對于FPGA處理器之間的通信，一般采用傳統(tǒng)的有線連接，例如UART、CAN等方式。可當FPGA處理器之間存在相對運動(即一個FPGA處理器在旋轉側，而另一個在固定側)時，傳統(tǒng)有線通信方法會帶來不便，而無線通信恰好適用于此情況。將基于FPGA的PPM調制解調無線數(shù)據(jù)通信技術應用在風機齒輪箱應力測試中，可以規(guī)避傳統(tǒng)有線式齒輪箱測量的種種風險^[1]，并且可以簡化復雜的滑環(huán)工裝設計，更加準確地對齒輪箱應力進行測試，同時也可以將此技術應用于其他旋轉器件的信號測試場合，例如，在數(shù)控機床技術中對其卡盤在不同轉速下的夾緊力性能進行實時監(jiān)測；在航空航天技術中對其航空發(fā)動機旋翼的應力、扭矩等進行測試。

隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，無線通信的方式也不斷出現(xiàn)，其中各種方式的誤碼率、抗干擾能力和傳輸速率也不同，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎涂垢蓴_能力，本設計采用光電耦合的無線數(shù)據(jù)傳輸方式，其具有良好的抗干擾能力，它利用光波作為載波對信號進行傳輸，可以達到很高的傳輸速率，在光無線通信領域中，保證一定的速率下，要求傳輸功率盡可能小。脈沖位置調制(PPM)是一種正交調制方式，相比于傳統(tǒng)的開關鍵控(OOK)調制，它具有更高的光功率利用率和頻帶利用率，并能進一步提高傳輸信道的抗干擾能力^[2]。且基于FPGA的脈沖位置調制(PPM)可以在高轉速、數(shù)據(jù)量大的旋轉件中快速、可靠地傳輸測量到的數(shù)據(jù)，因而本設計采用基于FPGA的脈沖位置調制(PPM)方式。

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作者信息:

侯歡，施洪生

(北京交通大學電氣工程學院，北京100044)

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