基于 VIVADO 的 AM 调制解调（3）仿真验证

一、概述

本文通过设计 Testbench 对 AM 调制解调模块进行功能验证，主要检查以下几点：

（1）各阶段波形是否正确输出。

（2）各信号幅值是否符合预期。

（3）调制深度是否接近预设值。

（4）解调波形能否高度还原调制信号。

（5）借助 MATLAB 检查仿真数据是否正常。

二、Testbench 代码

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: UESTC
// Engineer: chylinne
//
// Create Date: 2022/08/01 21:59:51
// Design Name: am
// Module Name: am_tb
// Project Name: am
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//module am_tb();/* System clock */reg         clk;/* System reset */reg         rst_n;/* Phase Increment ProgrammabilityPINC = fout * 2^B / fclk= 8MHz * 2^16 / 100 MHz= 5243*/wire [15:0] pinc_carrier = 'd5243;/* Phase Increment ProgrammabilityPINC = fout * 2^B / fclk= 8kHz * 2^24 / 100 MHz= 1342*/wire [23:0] pinc_modulate = 'd1342; // clocks/* Modulation Depth */wire [3:0]  depth = 'd9; // 0.9wire [7:0]  modulate_signal;wire [7:0]  carrier_signal;wire [17:0] modulated_signal;   wire [7:0]  demodulated_final;reg  [17:0] modulated_out;reg  [7:0]  demodulated_out;integer modulated_file, demodulated_file;initial beginclk <= 1'b0;rst_n <= 1'b0;modulated_file = $fopen("D:/FPGA/am/modulated_out.txt", "w");demodulated_file = $fopen("D:/FPGA/am/demodulated_out.txt", "w");#10rst_n <= 1'b1;end// system clock is set to 100 MHzalways #5 clk = ~clk;always@(posedge clk) beginmodulated_out <= modulated_signal;demodulated_out <= demodulated_final;endalways@(posedge clk) begin$fwrite(modulated_file, "%d\n", $signed(modulated_out));$fwrite(demodulated_file, "%d\n", demodulated_out);endam u_am(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.pinc_carrier(pinc_carrier),.pinc_modulate(pinc_modulate),.depth(depth),.modulate_signal(modulate_signal),.carrier_signal(carrier_signal),.modulated_signal(modulated_signal),.demodulated_final(demodulated_final)   );endmodule

三、测试结果

（1）总览

如下图所示，信号由上到下依次为：调制信号（8 kHz 正弦波）、载波信号（8 MHz 正弦波）、已调信号、解调信号。

（2）调制信号

最大值为 126，如下。

最小值为 -126，如下。

（3）载波信号

最大值为 126，如下。

最小值为 -126，如下。

（4）已调信号

在最大值处，幅值为 30240，如下。

在最小值处，幅值为 1612，如下。

因此，仿真结果所对应的调制深度为

$\beta _{AM}=\frac{30240-1612}{30240+1612}=0.89878$

误差为

$\Delta _{\beta _{AM}}=\frac{0.9-0.89878}{0.9}=0.13555%$

四、MATLAB 验证

（1）验证代码

通过 MATLAB 分别读取 Testbench 生成的两个 .txt 文件（modulated_out.txt 和 demodulated_out.txt）来获取仿真的时域数据，并通过 fft 函数计算其频域数据。

clear;
file = fopen('modulated_out.txt');
content = textscan(file,'%s');
fclose(file);
data = content{1,1}(2:end,:);
X = str2num(char(data));
Fs = 100000000;%采样频率
dt = 1/Fs;%采样周期
L = length(X);%数据长度
t=0:dt:dt*(L-1);%时间
n = 2^nextpow2(L);%求得最接近数据长度的2^n
Y = 2*abs((fft(X,n))/n);%求频谱subplot(2, 1, 1);
plot(t,X);
title('时域图');
xlabel('t');
ylabel('X');
set(gca,'XLim',[0 10^-3]);subplot(2, 1, 2);
plot(Fs*(0:(n/2))/n,Y(1:n/2+1));
title('频谱图');
xlabel('f');
ylabel('|Y(f)|');
axis([7500000 8500000 0 15000]); % display modulated data
%axis([0 100000 0 150]); % display demodulated data

（2）验证结果

调制结果：

解调结果：