fsk通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、目錄1二進(jìn)制頻移鍵控的原理11.1一般原理與實(shí)現(xiàn)方法11.2FSK 信號(hào)的解調(diào)32單元電路設(shè)計(jì)62.12FSK 調(diào)制系統(tǒng)62.22FSK 解調(diào)系統(tǒng) 73總體電路圖設(shè)計(jì) 94仿真結(jié)果105系統(tǒng)元件115.1電子開(kāi)關(guān) CD4066115.2元件清單126實(shí)物制作與調(diào)試 136.1調(diào)試步驟136.2注意事項(xiàng)13武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)6.3故障診斷 147心得體會(huì) 15 參考文獻(xiàn) 161 二進(jìn)制頻移鍵控的原理數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信使用較早的一種通信方式。 由于這種調(diào)制解調(diào)方式 容易實(shí)現(xiàn)， 抗噪聲和抗衰減性能較強(qiáng)， 因此在中低速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中得到了廣泛 的應(yīng)用。11 一般原理與實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字頻

2、率調(diào)制又稱(chēng)頻移鍵控（ FSK），二進(jìn)制頻移鍵控記作 2FSK。數(shù)字調(diào)頻 信號(hào)可以分相位離散和相位連續(xù)兩種情形。 若兩上振蕩器頻率分別由不同的獨(dú)立 振蕩器提供， 它們之間相位互不相關(guān)， 這就叫相位離散的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)； 若兩上 振蕩頻率由同一振蕩信號(hào)源提供， 只是對(duì)其中一個(gè)載波進(jìn)行分頻， 這樣產(chǎn)生的兩 個(gè)載頻就是相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來(lái)傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。 2FSK信號(hào)便是符號(hào)“ 1”對(duì)應(yīng)于載頻 ，而符號(hào)“ 0”對(duì)應(yīng)于載1-1)武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)頻 （與 不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且 與 之間的改變是瞬間完成 的。從原理

3、上講，數(shù)字調(diào)頻可用模擬調(diào)頻法來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可用鍵控法來(lái)實(shí)現(xiàn)。模擬 調(diào)頻法是利用一個(gè)矩形脈沖序列對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻， 是頻移鍵控通信方式早期 采用的實(shí)現(xiàn)方法。 2FSK 鍵控法則是利用受矩形脈沖序列控制的開(kāi)關(guān)電路對(duì)兩個(gè) 不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。 鍵控法的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快、 波形好、 穩(wěn)定度高且 易于實(shí)現(xiàn)，故應(yīng)用廣泛。 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法及波形示例如圖 1.1 所示。圖中 s（t） 為代表信息的二進(jìn)制矩形脈沖序列， 即是 2FSK信號(hào)。圖 1.1 2FSK 信號(hào)的產(chǎn)生方法及波形示例根據(jù)以上 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生原理， 已調(diào)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)式可以表示為其中，s（t） 為單極性非歸零矩形脈沖序列（1-2

4、 ）（1-3）g（t） 是持續(xù)時(shí)間為 、高度為 1 的門(mén)函數(shù)； 為對(duì) s（t） 逐碼元取反而形成的脈沖 序列，即 （1-4） 是 的反碼，即若 =0 ，則 =1 ；若=l ，則 =0 ，于是（1-5）分別是第 n個(gè)信號(hào)碼元的初相位。 一般說(shuō)來(lái)， 鍵控法得到的 與序號(hào) n 無(wú)關(guān)，反映在 上，僅表現(xiàn)出當(dāng) 與 改變時(shí)其相位是不連續(xù)的； 而用模擬調(diào)頻法時(shí)， 由于 與 改變時(shí) 的相位是連續(xù)的，故不僅與第 n 個(gè)信號(hào)碼元有關(guān)，而且 之間也應(yīng)保持一定的關(guān)系圖 1.2 用鍵控法實(shí)現(xiàn)2FSK信號(hào)的電路框圖A0-A武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)由式（ 1-1 ）可以看出 , 一個(gè) 2FSK信號(hào)可視為兩路 2A

5、SK信號(hào)的合成，其中一 路以 s（t） 為基帶信號(hào)、為載頻， 另一路以為基帶信號(hào)、 為載頻。下圖給出的是用鍵控法實(shí)現(xiàn) 2FSK信號(hào)的電路框圖，兩個(gè)獨(dú)立的載波發(fā)生器的輸出受控于輸入的二進(jìn)制信號(hào)，按“ 1”或“ 0”分別選擇一個(gè)載波作為輸出。2FSK的的典型時(shí)域波形：ar21011t0 Ts 2Ts 3Ts 4TsS2FSK(t)1.2FSK 信號(hào)的解調(diào) 數(shù)字調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)方法很多，如鑒頻法、相干檢測(cè)法、包絡(luò)檢波法、過(guò)零 檢測(cè)法、差分檢測(cè)法等。1.包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法可視為由兩路 2ASK解調(diào)電路組成。這里，兩個(gè)帶通濾波器（帶武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)寬相同，皆為相應(yīng)的 2ASK信號(hào)帶寬；

6、中心頻率不同 , 分別為( 、 )起分路 圖 1.3 2FSK 的典型時(shí)域波形圖作用，用以分開(kāi)兩路 2ASK信號(hào)，上支路對(duì)應(yīng) ，下支路對(duì) 應(yīng) ，經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)后分別取出它們的包絡(luò) s(t) 及 ；抽樣 判決器起比較器作用， 把兩路包絡(luò)信號(hào)同時(shí)送到抽樣判決器進(jìn)行比較， 從而判決 輸出基帶數(shù)字信號(hào)。 若上、下支路 s(t) 及 的抽樣值分別用 表示，則抽 樣判決器的判決準(zhǔn)則為圖 1.4 包絡(luò)檢波法原理框圖2.相干檢測(cè)法相干檢測(cè)的具體解調(diào)電路是同步檢波器， 原理方框圖如圖 1.5 所示。圖中兩 個(gè)帶通濾波器的作用同于包絡(luò)檢波法， 起分路作用。 它們的輸出分別與相應(yīng)的同 步相干載波相乘， 再分別經(jīng)低通濾波

7、器濾掉二倍頻信號(hào)， 取出含基帶數(shù)字信息的 低頻信號(hào)，抽樣判決器在抽樣脈沖到來(lái)時(shí)對(duì)兩個(gè)低頻信號(hào)的抽樣值 進(jìn)行比 較判決(判決規(guī)則同于包絡(luò)檢波法) ，即可還原出基帶數(shù)字信號(hào)。武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖 1.5 相干檢測(cè)法原理框圖3.過(guò)零檢測(cè)法單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)的次數(shù)多少， 可以用來(lái)衡量頻率的高低。 數(shù)字調(diào)頻 波的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異， 故檢出過(guò)零點(diǎn)數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異， 這就 是過(guò)零檢測(cè)法的基本思想。 2FSK 輸入信號(hào)經(jīng)放大限幅后產(chǎn)生矩形脈沖序列，經(jīng) 微分及全波整流形成與頻率變化相應(yīng)的尖脈沖序列， 這個(gè)序列就代表著調(diào)頻波的 過(guò)零點(diǎn)。尖脈沖觸發(fā)一寬脈沖發(fā)生器， 變換成具有一定寬

8、度的矩形波， 該矩形波 的直流分量便代表著信號(hào)的頻率， 脈沖越密，直流分量越大， 反映著輸入信號(hào)的 頻率越高。 經(jīng)低通濾波器就可得到脈沖波的直流分量。 這樣就完成了頻率幅度 變換，從而再根據(jù)直流分量幅度上的區(qū)別還原出數(shù)字信號(hào) “1”和“0”。圖 1.6 過(guò)零檢測(cè)法原理框圖武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)4.差分檢測(cè)法差分檢波法基于輸入信號(hào)與其延遲的信號(hào)相比較， 信道上的失真將同時(shí)影 響相鄰信號(hào)，故不影響最終鑒頻結(jié)果。實(shí)踐表明，當(dāng)延遲失真為 0 時(shí)，這種方法 的檢測(cè)性能不如普通鑒頻法， 但當(dāng)信道有較嚴(yán)重延遲失真時(shí)， 其檢測(cè)性能優(yōu)于鑒 頻法。武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2 單元電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

9、一個(gè)二相移頻鍵控（ 2FSK）調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)。已知條件：1. 載波信號(hào)主頻 F=11800HZ,，載頻 F1=2950HZ，載頻 F2=1475HZ。2.數(shù)字基帶信號(hào)為 7位 M序列，傳輸速率約 400bit/s 。3. 不考慮傳輸信道的加噪，可采用直接傳輸。2.12FSK 調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制系統(tǒng)主要由主載波振蕩器、分頻器、序列發(fā)生器、調(diào)制器、相加器和有源帶通濾波器等構(gòu)成。 其調(diào)制電路的組成框圖如圖 2.4 所示： 主載波振蕩器主要提供 2FSK的載波和信碼的定時(shí)信號(hào)， 可用集成電路 （555）構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生的振蕩頻率為 11800Hz載波，要求輸出頻率可調(diào)。序列產(chǎn)生電路序列發(fā)生器用 D 觸發(fā)

10、器構(gòu)成四級(jí)移位寄存器組成，形成長(zhǎng)度為 23-1=7 位碼長(zhǎng)的偽隨機(jī)碼序列，碼率約為 400bit/s圖 2.1 序列產(chǎn)生圖分頻器 將主載波按設(shè)計(jì)要求， 一般用 D觸發(fā)器構(gòu)成適當(dāng)?shù)姆诸l電路， 獲得載頻 f1 、 f2 和序列所需的時(shí)鐘信號(hào)。7武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖 2.2 八分頻圖 2.3 四分頻調(diào)制器調(diào)制器可以采用直接選用集成模擬開(kāi)關(guān)圖 2.4 調(diào)制部分電路圖2.22FSK 解調(diào)系統(tǒng)本次課程設(shè)計(jì)采用非相干解調(diào)法， 其電路原理圖如圖 2.5 所示：對(duì)于非相干檢測(cè)法，其系統(tǒng)電路構(gòu)成如圖所示。在了解與掌握了2FSK 非相武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖 2.5 解調(diào)部分電路圖高通濾

11、波器要求采用 RC無(wú)源電路，構(gòu)成三階高通濾波器。已知2FSK 的中心頻率：f= f1 f22 ,且濾波器的通帶頻率： f H=12kRC，所以有： C= 1 fR ,R= 1fC低通濾波器低通濾波器為一般 RC濾波器電路，電路元件參數(shù)計(jì)算請(qǐng)參閱高頻電子線 路中檢波器相關(guān)章節(jié)。電壓比較器電壓比較器用運(yùn)算放大器構(gòu)成遲滯比較器， 參考電壓給定為 0.22V。武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3 總體電路圖設(shè)計(jì)10武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)4 仿真結(jié)果圖 3.1 總體電路圖11武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)將示波器分別連接 P1,P2 點(diǎn)，可得 M序列與 2FSK信號(hào)的波形圖：圖 4.1

12、2FSK 信號(hào)波形仿真圖將示波器分別連接 P1,P3 點(diǎn)，可得 M序列與 2FSK信號(hào)解調(diào)后的波形圖：圖 4.2 2FSK 信后就解調(diào)后波形仿真圖12武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5系統(tǒng)元件5.1電子開(kāi)關(guān) CD4066CD4066 集成電路內(nèi)部主要由四路功能完全相同的電子開(kāi)關(guān)組成，各組開(kāi)關(guān) 分別受其相應(yīng)引腳輸入的電平控制， 使電子開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)。 它們的控制引腳為 13 腳（控制與間開(kāi)關(guān) ）、腳 （控制與間開(kāi)關(guān) ） 、腳（控制與間開(kāi) 關(guān)）、12腳（控制與 11間開(kāi)關(guān)） 。圖 1.7 四雙向模擬開(kāi)關(guān) 4066 的邏輯符號(hào)圖輸入C開(kāi)關(guān)狀態(tài)1導(dǎo)通uO uI0Z圖 1.8 4066 功能表當(dāng)模擬開(kāi)

13、關(guān)的電源電壓采用雙電源時(shí)，例如 VDD =5V，VSS=5V（均對(duì)地 0V 而言），則輸入電壓對(duì)稱(chēng)于 0V 的正、負(fù)信號(hào)電壓（ 5V 5V）均能傳輸。 這時(shí)要求控制信號(hào) C=“1”為+5V，C=“0”為 -5V，否則只能傳輸正極性的信號(hào) 電壓。13武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5.2元件清單表 5.1 2FSK 系統(tǒng)元件清單序號(hào)品名型號(hào)數(shù)量序號(hào)品名型號(hào)數(shù)量1電子開(kāi)關(guān)CD406618電容0.6uF32電阻1k19電容47uF33電阻10k110電容0.47uF14電阻2k111四輸入非門(mén)74ls0415電阻50312運(yùn)放Rm74116電阻900113運(yùn)放Rm31117二極管114武漢理工大學(xué)

14、通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)6實(shí)物制作與調(diào)試6.1調(diào)試步驟電子電路調(diào)試方法有兩種， 即分塊調(diào)試法和整體調(diào)試法。 分塊調(diào)試是把總體 電路按功能分成若干個(gè)模塊， 對(duì)每個(gè)模塊分別進(jìn)行調(diào)試。 模塊的調(diào)試順序最好是 按信號(hào)的流向，一塊一塊的進(jìn)行，逐步擴(kuò)大調(diào)試范圍，最后完成總調(diào)。整體調(diào)試 法是把整個(gè)電路組裝完畢后， 不進(jìn)行分塊調(diào)試， 實(shí)行一次性總調(diào)。調(diào)試的內(nèi)容應(yīng)包括靜態(tài)與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩部分。 靜態(tài)調(diào)試一般是指在沒(méi)有外加輸 入信號(hào)的條件下，測(cè)試電路各點(diǎn)的電位。動(dòng)態(tài)調(diào)試包括調(diào)試信號(hào)幅值、波形、相 位關(guān)系、頻率、放大倍數(shù)及時(shí)序邏輯關(guān)系等。萬(wàn)用表可以測(cè)量交、直流電壓，交、直流電流，電阻及值，還常用于判 斷二極管、 穩(wěn)壓管、

15、晶體管和電容的好壞與引腳。 示波器用于觀察與測(cè)量電路各 點(diǎn)波形幅度、 寬度、 頻率及相位等動(dòng)態(tài)參數(shù)。 所選用示波器的頻帶必須大于被測(cè) 信號(hào)的頻率，否則，被觀察的波形會(huì)嚴(yán)重失真。 調(diào)試中常需外加一定波形的信號(hào)， 這時(shí)需用到信號(hào)發(fā)生器，如正弦波、三角波、方波及單脈沖波等，以測(cè)試電路的 工作情況。任何組裝好的電子電路，在通電調(diào)試之前，必須認(rèn)真檢查電路連線是否有 錯(cuò)誤。檢查的方法是對(duì)照電路圖， 按一定的順序逐級(jí)對(duì)應(yīng)檢查。 特別要注意電源 是否接錯(cuò)， 電源與地是否有短接， 二極管方向和電解電容的極性是否接反， 集成 電路和晶體管的引腳是否接錯(cuò)， 焊點(diǎn)是否牢固等等。 一定要調(diào)試好所需要的電源 電壓數(shù)值，然

16、后才能給電路接通電源。 電源一經(jīng)接通， 不要急于用儀器觀察波形 和數(shù)據(jù)，而是要觀察是否有異?，F(xiàn)象，如冒煙、異常氣味、放電的聲音、元器件 發(fā)燙等。如果有，不要驚慌失措，而應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新接 通電源。然后再測(cè)量每個(gè)集成塊的電源引腳的電壓是否正常， 以確信集成電路是 否已通電工作。6.2注意事項(xiàng)電路經(jīng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)試正常之后， 即可對(duì)課題要求的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。 應(yīng) 認(rèn)真測(cè)量和記錄測(cè)試數(shù)據(jù)， 并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 最后做出測(cè)試結(jié)論， 確定電15武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)路的技術(shù)指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)要求。 采用分塊調(diào)試方法時(shí)， 對(duì)那些非信號(hào)流向上的 電路應(yīng)首先單獨(dú)進(jìn)行調(diào)試， 之

17、后才能按信號(hào)流向順序進(jìn)行分塊調(diào)試。測(cè)試前， 應(yīng)熟悉所使用儀器的使用方法， 測(cè)試時(shí)應(yīng)注意儀器的地線與被測(cè)試 電路的地線是否接好。測(cè)試過(guò)程中，不論是更換元器件，或是更改連線，一定要先關(guān)斷電源，待更 換完畢經(jīng)檢查無(wú)誤后方可再通電。測(cè)試過(guò)程中，要認(rèn)真細(xì)致觀測(cè)勤于記錄。6.3故障診斷檢察元器件引腳電源電壓。 確定電源是否是否正常。 檢查電路關(guān)鍵點(diǎn)上電壓 的波形和數(shù)值是否合乎要求。 判斷故障來(lái)自故障模塊本身還是負(fù)載。 對(duì)照電路圖， 仔細(xì)檢查故障模塊內(nèi)電路是否有錯(cuò)。 檢查、元器件是否已損壞、 儀器是否有問(wèn)題 及使用是否得當(dāng)。 重新分析電路原理圖是否存在問(wèn)題。 是否應(yīng)該對(duì)參數(shù)等做出合 理的修改。16武漢理工大

18、學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)7心得體會(huì)在此次課設(shè)中， 我深刻體會(huì)到了自己知識(shí)的缺乏。 我深深的感覺(jué)到自己知識(shí) 的不足，自己原來(lái)所學(xué)的東西只是一個(gè)表面性的，理論性的，而且是理想化的。 根本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有很多問(wèn)題。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，還要考慮到它的前因后果。什么功能需要什么電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 另外，還要考慮它的可行性， 實(shí)用性等等。 這樣，也提高了我的分析問(wèn)題的能力。 原來(lái)，我們學(xué)習(xí)的電路只是一個(gè)理論知識(shí)， 通過(guò)這次實(shí)習(xí)。 使我的理論知識(shí)上升 到了一個(gè)實(shí)踐的過(guò)程。 同時(shí)在實(shí)踐中也加深了我們對(duì)理論知識(shí)的理解。 為我們提 供一個(gè)學(xué)以致用的平臺(tái)， 更好地鞏固和復(fù)習(xí)以前所學(xué)的知識(shí)， 是一次很好的學(xué)習(xí) 過(guò)程。這次通信原理課程設(shè)計(jì)的幾天里， 可以說(shuō)得是苦多于甜， 但是可以學(xué)到很多 很多的的東西， 同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)， 而且學(xué)到了很多在書(shū)本 上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的， 只有理論知識(shí) 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論， 才能真正為社會(huì)服務(wù)， 從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。 在設(shè)計(jì) 的過(guò)程中遇到