FSK調制解調_標準實驗報告

1、實驗十六FSK調制解調實驗【實驗目的】加深理解FSK調制工作原理及電路組成。加深理解利用鎖相環(huán)解調FSK的原理和實現方法?！緦嶒灜h(huán)境】雙蹤示波器通信原理實驗箱【實驗原理】（一） FSK調制電路工作原理TP903TP90932KH選頻輸出時鐘32KH方波K90116KH方波D/A1TP901TP902TP904K902CLK電路2KH偽隨機碼偽隨機碼輸出開關門8KH方波模 擬 開 關TP9067404 占ATP907 TP908K903FSI調制輸出FSK解調（4046 鎖相環(huán) 解調）整 形 輸 出TP910CP中央集中控制處理器單元圖1 FSK調制電原理框圖7374#圖2 FSK調制電路原理圖

2、#數字調頻又可稱作移頻鍵控（FSK），它是利用載頻頻率變化來傳遞數字信息。這種調制解調方式容易實現，抗噪聲和抗衰減性能較強，因此在中低速數據傳輸系 統中得到了較為廣泛的應用。本實驗電路中，載頻頻率經過本實驗電路分頻而得到 的兩個不同頻率的載頻信號，則為相位連續(xù)的數字調頻信號。圖1為FSK調制器原理框圖。圖2為FSK調制器電路圖。由圖2可知，輸入的基帶信號由轉換開關K904轉接后分成兩路，一路控制32KHZ的載頻，另一路經倒相去控制 16KHZ的載頻。當基帶信號為“1”時，模擬 開關1打開，模擬開關2關閉，此時輸出f仁32KHZ，當基帶信號為0時，模擬開 關1關閉，模擬開關2開通。此時輸出f2=

3、16KHz，于是可在輸出端得到已調的FSK 信號。電路中的兩路載頻（f1,f2）由內時鐘信號發(fā)生器產生，經過開關K9Ol，K902送入。兩路載頻分別經射隨、選頻濾波、射隨、再送至模擬開關U9OI:A與U90l:B（4066）。（二）FSK解調電路工作原理FSK集成電路模擬鎖相環(huán)解調器由于性能優(yōu)越，價格低廉，體積小，所以得到 了越來越廣泛的應用。FSK集成電路模擬鎖相環(huán)解調器的工作原理是十分簡單的， 只要在設計鎖相環(huán)時，使它鎖定在 FSK的一個載頻f1上，對應輸出高電平，而對 另一載頻f2失鎖，對應輸出低電平，那么在鎖相環(huán)路濾波器輸出端就可以得到解調 的基帶信號序列。FSK鎖相環(huán)解調器中的集成鎖

4、相環(huán)選用了 MCI4046。MCI4046集成電路內有兩 個數字式鑒相器（PDI、PDII）、一個壓控振蕩器（VCO），還有輸入放大電路等，環(huán)路 低通濾波器接在集成電路的外部，弓I腳排列圖見3所示，引腳功能說明見表1所示穩(wěn)定狀態(tài)指示116PC1OUT215相位比較輸入 一314VCO& 出413禁止振湯512C1a 611C1b 一710Vss89*C對Vss有齊納二極管穩(wěn)壓（+6V） 信號輸入PC2OUTR2R1一 SFOUT一 VC控 制75#圖3 MC14046引腳排列圖#表1:引腳功能說明引腳符號功能1PDO3相位比較器2輸出的相位差信號，為上升沿控制邏輯。2PDO1相位比較器1輸出的

5、相位差信號，它采用異或門結構，即鑒相特 性為 PE=PD PC2。3P0相位比較器輸入信號，通常PD為來自VCO勺參考信號。4VCO壓控振蕩器的輸出信號。5INH控制信號輸入，若INH為低電平，則允許VCC工作和源極跟隨器 輸出；若INH為高電平，則相反，電路處于降功耗狀態(tài)。6CI與第7引腳之間接一電谷，以控制 VCC的振湯頻率。7CI與第6引腳之間接一電谷，以控制 VCC的振湯頻率。8GND接地。9VCO壓控振蕩器的輸入信號。在鎖相環(huán)路中，通常 VCO自相位差低 通濾波器輸出，以平均電壓控制VCO的振蕩頻率，其輸出直接（或 經分頻后）作為參考信號加到相位比較器的輸入端。10SFo源極跟隨器輸

6、出。11R1外接電阻至地，分別控制 VCC的最咼和最低振蕩頻率。12R2外接電阻至地，分別控制 VCC的最咼和最低振蕩頻率。13PDO2相位比較器輸出的三態(tài)相位差信號，它米用 PD、PD2上升沿控制 邏輯。14PD相位比較器輸入信號，PD輸入允許將0.1V左右的小信號或方波 信號在內部放大并再經過整形電路后，輸出至相位比較器。15V內部獨立的齊納穩(wěn)壓二極管負極，其穩(wěn)壓值 V 58V,若與TTL 電路匹配時，可以用來作為輔助電源用。16Vdd正電源，通常選+5V,或+10V, +15V。FSK解調器框圖如圖4所示，解調器電路圖如圖5所示。壓控振蕩器的中心頻率設計在 32KHZ。圖5中R1、R2、

7、C1,主要用來確定壓 控振蕩器的振蕩頻率。R3、C2構成外接低通濾波器，其參數選擇要滿足環(huán)路性能 指標的要求。從要求環(huán)路能快速捕捉、迅速鎖定來看，低通濾波器的通帶要寬些 從提高環(huán)路的跟蹤特性來看，低通濾波器的通帶又要窄些。因此電路設計應在滿足捕捉時間前提下，盡量減小環(huán)路低通濾波器的帶寬。當鎖相環(huán)鎖定時，環(huán)路對輸入FSK信號中的32KHZ載波處于跟蹤狀態(tài)，32KHz 載波（正弦波）經輸入整形電路后變成矩形載波。此時鑒相器PDII輸出端（13腳）為低電平，鎖定指示輸出（1腳）為高電平，鑒相器PDI輸出（2腳）為低電平，PDI輸出 和鎖定指示輸出經或非門 U903:A（74LS32）和U904:B（

8、74LS04）后輸出為低電平，再 經積分電路和非門U904:C（74LS04）輸出為高電平。再經過 U904:D（74LS04）整形電 路反相后從輸出信號插座S902輸出。當輸入信號為16KHZ時，環(huán)路失鎖。此時環(huán)路對16KHZ載頻的跟蹤破壞，鑒 相器輸入端的兩個比較信號存在頻差，經鑒相器PDI后輸出一串無規(guī)則矩形脈沖，而鎖定指示（第 1引腳）輸出為低電平，PDI輸出和鎖定指示輸出經或非門 U903:A與 U904:B后，輸出仍為無規(guī)則矩形脈沖，這些矩形脈沖經積分器和非門U904:C后輸出為低電平?？梢姡h(huán)路對32KHZ載頻鎖定時輸出高電平，對16KHZ載頻失鎖時就輸出低 電平。只要適當選擇環(huán)

9、路參數，便它對 32KHZ鎖定，對16KHZ失鎖，則在解調器 輸出端就得到解調輸出的基帶信號序列。圖4 FSK解調電原理框圖AnvAyPptL1HU9DK122yR009K4nY DQ94m5090294Wk4D .:4CO3034nw94Wk4 c :4u9A9Knv61yRKnY4AyR5+ KA8U9DPaaw40-J4B2A0L4A A3ny951O161TUOCV4765HNNevBe AcNEZFs8V2r1ROOUD1HU9AC00O9CKy2CP31pepNBNA4164y2U9K15Kz9onRP5AyRz-0.300O9BT圖5 FSK解調電路原理圖DCB【實驗步驟】1.

10、檢查確認板上無錯誤接線及雜物。2. 設置跳線開關：K9OI2-3、K9O22-3若K9041-2，貝U 2KHz的偽隨機碼，碼序列為 1110010若K9042-3，貝U 8KHz的方波，碼序列為 1100當做FSK的解調實驗時設置跳線開關 K9O31-2、K9041-2。3. 打開電源開關，檢查電源電壓。按下按鍵開關 ：K01、K02、K900。按下“開始”與“ FSK”功能按鍵。4. 在CA901上插電容，使鎖相環(huán)中的壓控振蕩器工作在32KHz，電容在1800pf2200pf之間。5. 測試FSK調制電路TP9OITP906各測量點波形，注意觀察“1”、“0”碼 內所含載波的數目。6. 觀

11、察FSK解調輸出TP907TP909波形，并作記錄。同時比較 TP903與 TP909兩者波形，觀察是否有失真。ESI 01 丄丁EggRSOB丄C9口歸nJSOKso-.so1=_1X IT丄丄CA9 013=5g 口 0丄丁 ssO TP901O TP932O TP933O TP9MO TP936O TP936O TP907O TP903O TP909O 3UQ79#圖6元件位置#【實驗記錄】1、實驗小組及其成員小組名稱成員（班級-學號）3、實驗數據記錄和分析畫出實驗過程中各測量點的波形圖，注意各點相位關系。信碼方液輯入80#VWWWWWWW16KHZ方波物入i6Kii7-rta|Hr a

12、WWW0WWWVXAAAAA/FSK調制原理波形圖#波形光標測量r時伺光標廠電壓光掠時基UiS頻率刻崖ISSD J10.00uSh/div240us參書洞査頂餚甘瞬CENT2.00v/dlv-1.7Ev濟屛|俱存|(a) TP903 32KHz 載波輸入(b) TP902 16KHz 載波輸入調出(c) TP903 8KHz 信碼81(e) TP905 16KHz 載波輸(d) TP904 32KHz 載波輸出(f) TP906合路后的FSK調制輸出(g) TP909 FSK解調信號輸出1測量點說明：TP901 :作為fc1 = 32KHz載頻信號，由K901的1與2相連。可調節(jié)電位器 W90

13、1來改變幅度。TP902：作為fc1 = 16KHz載頻信號，由K902的1與2相連?？烧{節(jié)電位器 W902來改變幅度。TP903：作為F = 2KHz或8KHz的數字基帶信碼信號輸入，由開關K904決定。 K904的1與2相連：碼元速率為 2KHz的1110010碼，K904的2與3相連：碼元 速率為8KHz的0101010碼。TP904 32KHz載波輸出TP905 16KHz載波輸出TP906: FSK調制信號輸出。送到FSK解調電路的輸入開關K903的1腳。TP907： FSK解調信號輸入。由FSK解調電路的輸入開關K903的1與2腳接 入。TP908： FSK解調電路工作時鐘，正常工

14、作時應為32KHz左右，頻偏不大于2KHz，若有偏差，可調節(jié)電位器 W903或W904和改變CA901的電容值。TP909: FSK解調信號輸出，即數字基帶信碼信號輸出，波形同TP905。注：在FSK解調時，K904只能是1與2相連，即解調出碼元速率為2KHz的 1110010 碼。K904的2與3腳不能相連，否則FSK解調電路解調不出此時的數字基帶信碼 信號，因為此時F = 8KHz，fc2 = 16KHz，所以不滿足4F fc1的關系，因為此時 它們的頻譜重疊了。所以在此項實驗做完后，應注意把開關K904設置成1與2相連接的位置上。【實驗結論】二進制頻移鍵控記作2FSK。2FSK信號便是符號“ T對應于載頻f1，而符號 “0”對應于載頻f2 (與f1不同的另一載頻)的已調波形，而且 f1與f2之間的改 變是瞬間完成的。假設s(t)為代表信息的二進制矩形脈沖序列，e(t)即是2FSK信號， 2FSK信號的波形示例如下圖所示。10 05 J|ff1f2 f2fl【思考題】1. 寫出改變MC14046的哪些外圍元件參數對其解調正確輸出有影響 ？答：根據MC14046鎖項環(huán)的工作特點，以及各引腳的功能作用，運用到本電路設計 中要求鎖定