2FSK調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計校內(nèi)設(shè)計資料

1、專業(yè)技能實訓(xùn)報告題目2FSK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計與實現(xiàn)學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)通信工程專業(yè)班 級學(xué) 生學(xué) 號指導(dǎo)教師二0一三年一月十日濟南大學(xué)實訓(xùn)報告目 錄1 前言 . .11.1 FSK 簡介 11.2 課題的主要研究工作及意義 .12 2FSK的調(diào)制解調(diào)原理介紹 :. . .22.1 1鎖相環(huán)原理介紹:. .22.2 2FSK 的調(diào)制原理.22.3 2FSK的解調(diào)原理 43 2FSK的各電路模塊設(shè)計 .73.1 2FSK 的調(diào)制單元 .73.1.1 模擬開關(guān)電路 .73.1.2 振蕩電路 .83.2 2FSK 的解調(diào)單元 .83.2.1 2FSK的兩種解調(diào)方式介紹 .七3.2.2 2FSK解

2、調(diào)電路 .-O4 2FSK總體電路設(shè)計與仿真 .門4.1 總體電路設(shè)計 .114.2 調(diào)制解調(diào)仿真 . -12 . .14參考文獻.,. 15附錄 . . . 16濟南大學(xué)實訓(xùn)報告1前言1.1 FSK簡介數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSKFrequency Shift Keying）,二進制頻移鍵控記作 2FSK。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制 載波的頻率。2FSK信號便是符號“1對應(yīng)于載頻，而符號“0對應(yīng)于載頻（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。從原理上講，數(shù)字調(diào)頻可 用模擬調(diào)頻法來實現(xiàn)，也可用鍵控法來實現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個矩

3、形脈沖序列對 一個載波進行調(diào)頻，是頻移鍵控通信方式早期采用的實現(xiàn)方法。2FSK鍵控法 則是利 用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。鍵控法的特點是轉(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實現(xiàn)，故應(yīng)用廣泛。1.2 課題的主要研究工作及意義課題主要研究2FSK信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的實現(xiàn)，完成對數(shù)字信號的調(diào)制及解調(diào)， 使系統(tǒng)簡單，并要調(diào)制解調(diào)過程容易實現(xiàn)，能正確的完成調(diào)制解調(diào)任務(wù)。數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)是現(xiàn)代通信的一個重要的內(nèi)容 ，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于基帶數(shù) 字信號包含了豐富的低頻部分，如果要遠距離傳輸，特別是在有限帶寬的高頻信道無線 或光纖信道傳輸時，必須對數(shù)字信號進行載波調(diào)制，使基帶

4、信號的功率譜搬移到較高的 載波頻率上，這就稱為數(shù)字調(diào)制（Digital Modulation）。它可以分別對載波的幅度、頻率、 相位進行調(diào)制，于是有ASK（移幅鍵控）、FSK（移頻鍵控）、PSK（移相鍵控）等調(diào)制方 式。數(shù)字調(diào)制同時也是時分復(fù)用的基本技術(shù)，其中FSK是利用數(shù)字信號去調(diào)制載波的 頻率，是信息傳輸較早的一種傳輸方式,（2FSK）在通信系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。濟南大學(xué)實訓(xùn)報告2 2FSK的調(diào)制解調(diào)原理介紹2.1 鎖相環(huán)技術(shù)簡介許多電子設(shè)備要正常工作，通常需要外部的輸入信號與內(nèi)部的振蕩信號同步，利用鎖相環(huán)路就可以實現(xiàn)這個目的。 鎖相環(huán)路是一種反饋控制電路，簡稱鎖相環(huán)。鎖相 環(huán)的特點是：利用外部

5、輸入的參考信號控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號的頻率和相位。因鎖相環(huán)可以實現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤， 所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤 電路。鎖相環(huán)在工作的過程中，當(dāng)輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖 相環(huán)名稱的由來。鎖相環(huán)是一種自動相位控制系統(tǒng)，它由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LP）和壓控振 蕩器（VCO）三個部分組成，廣泛應(yīng)用于通信、雷達、導(dǎo)航以及各種測量儀器中。 鎖相環(huán)技術(shù)目前的應(yīng)用集中在以下三個方面：第一信號的調(diào)制和解調(diào)；第二信號的調(diào)頻和解調(diào)；第三信號頻率合成電路。鎖相環(huán)及其應(yīng)用電路“通信電子線路”課程教

6、學(xué)中的重點內(nèi)容，但比較抽象，還涉及到新的概念和復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析。 因此無論是教 師授課還是學(xué)生理解都比較困難。為此，我們將基于Multisim的鎖相環(huán)應(yīng)用仿真。實踐證明這些仿真電路可以幫助學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的理解，并為進行系統(tǒng)設(shè)計工作打下 良好的基礎(chǔ)。2.2 2FSK的調(diào)制原理介紹2FSK信號波形圖如2.1圖所示，它是由調(diào)制信號去控制載波信號，用載波的頻 率來傳遞數(shù)字信息，即用所傳遞的數(shù)字消息控制載波的頻率。 i 1 00 J 1圖2.1 2FSK信號波形圖FSK信號的產(chǎn)生有兩種方法：直接調(diào)頻法和頻移鍵控法。產(chǎn)生的信號有相位連續(xù) 和相許不連續(xù)兩種如圖2.2所示濟南大學(xué)實訓(xùn)報告直接調(diào)頻法是數(shù)字基帶信號

7、直接奇偶內(nèi)閣制載波振蕩器的振蕩頻率。雖然方法簡單，但頻率穩(wěn)定度不高，同時轉(zhuǎn)移速度不能太高。頻移鍵控法有兩個獨立的振蕩器。數(shù)字基帶信號控制開關(guān)，選擇不同頻率的高頻 振蕩信號，從而產(chǎn)生FSK調(diào)制。AW f調(diào)頻器-* 2FSK(b)犍控法2FSKi口(c)相位連續(xù)(a)調(diào)頻法圖2.2 2FSK信號調(diào)制方法本設(shè)計采用鍵控法產(chǎn)生2FSK信號，即用一個受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出，如圖 2.3:圖2.3鍵控法產(chǎn)生2FSK信號原理框圖濟南大學(xué)實訓(xùn)報告圖2.4頻移鍵控法產(chǎn)生波形移頻鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息，而且振幅不變。在 2FSK中, 載波的頻率隨二進制基帶信號的

8、頻率在 fl、f2兩個頻點之間變化。故其表達式為:(2.1)乂。0sgi+外潑送為1時Xcos（%t + 發(fā)送為“0時2FSK信號可以看成是兩個不同載頻的振幅鍵控信號之和，因此它的頻帶寬度是兩倍數(shù)字基帶信號帶寬（B）與 fc2 - fc1 之和，即：BW =2B + fc2 - fc1 =2/Ts + fc2 - fc1此次課程設(shè)計采用開關(guān)法產(chǎn)生 2FSK信號，則分別由兩個獨立的頻率源產(chǎn)生的信 號，故相鄰碼的相位不一定是連續(xù)的，如圖 2.4。2.3 2FSK信號的解調(diào)原理2FSK信號的解調(diào)方法有：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）、相干解調(diào)法，還有鑒頻法、 過零檢測法等。解調(diào)的原理就是將2FSK信號分解

9、為上下兩路分別進行解調(diào)，然后進行判別，其 原理框圖如下圖2.5和2.6所示：濟南大學(xué)實訓(xùn)報告圖2.5非相干解調(diào)原理框圖圖2.6相干解調(diào)原理框圖鎖相環(huán)路的輸出信號頻率可以精確地跟蹤輸入?yún)⒖夹盘栴l率的變化，環(huán)路鎖定后輸入?yún)⒖夹盘柡洼敵鰠⒖夹盘栔g的穩(wěn)態(tài)相位誤差可以通過增加環(huán)路增益被控制在 所需數(shù)值范圍內(nèi).這種輸出信號頻率隨輸入?yún)⒖夹盘栴l率變化的特性稱為鎖相環(huán)的跟 蹤特性.利用此特性可以做載波跟蹤型鎖相環(huán)及調(diào)制跟蹤型鎖相環(huán)。為了實現(xiàn)信息的 遠距離傳輸，收信端接收到信號后必須進行解調(diào)才能恢復(fù)原信號。所謂的解調(diào)就是用 攜帶信息的輸出信號來還原載波信號的參數(shù)，載波信號的參數(shù)有幅度、頻率和位相， 所以，解調(diào)

10、有調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）三種。調(diào)幅波的特點是頻率 與載波信號的頻率相等，幅度隨輸入信號幅度的變化而變化；調(diào)頻波的特點是幅度與 載波信號的幅度相等，頻率隨輸入信號幅度的變化而變化；調(diào)相波的特點是幅度與載 波信號的幅度相等，相位隨輸入信號幅度的變化而變化。調(diào)頻波（經(jīng)過放大器放大后） 與壓控振蕩器的輸出被送入鑒相器， 經(jīng)鑒相獲得變化著的相位誤差電壓， 該誤差電壓濟南大學(xué)實訓(xùn)報告通過低通濾波器被濾掉其高頻成份，繼而獲得隨調(diào)制信號頻率變化而變化的信號，經(jīng)跟隨器得到解調(diào)信號，從而實現(xiàn)了解調(diào)（鑒頻）過程。其原理框圖如圖2.7。圖2.7鎖相環(huán)解調(diào)濟南大學(xué)實訓(xùn)報告3 2FSK3.1 2FSK的

11、調(diào)制單元要將NRZ碼經(jīng)過2FSK調(diào)制成為2FSK信號，我們采用一個受基帶脈沖控制的 開關(guān)電路去選擇兩個獨立的頻率源的真的作為輸出。鍵控法產(chǎn)生的FSK信頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒有過度頻率，它的轉(zhuǎn)換速度快，波形好。3.1.1 模擬開關(guān)電路輸入的基帶信號由轉(zhuǎn)換開關(guān)分成兩路，一路控制f1=32KHz的載頻，另一路經(jīng)倒相去控制f2=16KHz的載頻。當(dāng)基帶信號為“ 1”時，模擬開關(guān)1打開，模擬開關(guān)2 關(guān)閉，此時輸出f1=32KHz ,當(dāng)基帶信號為“0”時，模擬開關(guān)2開通。此時輸出f2=16KHz , 于是可在輸出端得到FSK已調(diào)信號。4066BD 10V圖3.1模擬開關(guān)電路 4066芯片調(diào)制電路利用

12、模擬開關(guān) CD4066如圖3.1,實現(xiàn)輸入基波信號控制模擬開關(guān)的通濟南大學(xué)實訓(xùn)報告斷，通過模擬開關(guān)把不同頻率的載波疊加的一起實現(xiàn)調(diào)制目的3.1.2 振蕩電路圖3.2振蕩電路電路中的兩路載頻由內(nèi)時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)過開關(guān)K901、K902送入。兩路載頻分別經(jīng)射隨、LC選頻、射隨再送至卞K擬開關(guān)，如圖 3.2。LC選頻電品&函數(shù)：f =2冗JLC3.2 2FSK的解調(diào)單元3.2.1 2FSK的兩種解調(diào)方式介紹(1)非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波)2FSK的非相干解調(diào)由帶通濾波器、包絡(luò)檢波器、低通濾波器構(gòu)成，包絡(luò)檢波器 直接從已調(diào)信號中提取基帶信號的數(shù)字序列。下圖3.3為二極管包絡(luò)檢波示意圖。圖中C6、R1

13、1、R12組成二極管包絡(luò)檢波器，L2、C8、R10構(gòu)成帶通濾波器， C2、R12是低通濾波器濟南大學(xué)實訓(xùn)報告圖3.3二極管包絡(luò)檢波（2）相干解調(diào)相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖2.2.2所示。圖中兩個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)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號， 抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值互4進行比較判決（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。3.2.2 2FSK解調(diào)電路2FSK集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器性能優(yōu)越，價格低廉，體積小。2FSK鎖相環(huán)解調(diào)器中

14、的集成鎖相環(huán)選用了集成電路內(nèi)有兩個數(shù)字式鑒相器、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。壓控振蕩器的中心頻率設(shè)計在 32KHz,適當(dāng)選擇環(huán)路參數(shù)，使它對32KHz鎖定, 對16KHz失鎖，則在解調(diào)器輸出端得到解調(diào)輸出的基帶信號序列.濟南大學(xué)實訓(xùn)報告下圖3.4中R12、R14、V10、V11為壓控振蕩電路，R10、C6組成低通濾波器5 V/V Q VR10R125Ok310klLr14.OkOC6 lOnF一 V1Q=32 V 早 T圖3.4鎖相環(huán)解調(diào)電路圖-10 -濟南大學(xué)實訓(xùn)報告4 2FSK總體電路設(shè)計與仿真4.1 總體電路設(shè)計信號由振蕩電路產(chǎn)生兩種

15、不同頻率的信號送入模擬開關(guān)2FSK調(diào)制電路的整體電路圖如下圖 4.1所示：2ri2219AC1：5.1 nFR4 Saat- 51I.5C16&BD,1QV-| UI0 V5 V圖4.1 2FSK調(diào)制電路的整體電路圖2FSK解調(diào)電路的整體電路圖如下圖 4.2所示:-11 -濟南大學(xué)實訓(xùn)報告圖4.2鎖相環(huán)解調(diào)電路圖4.2調(diào)制解調(diào)仿真示波器)(文工|金圖4 3 Multisim仿真結(jié)果-12 -濟南大學(xué)實訓(xùn)報告圖4.3中藍色波形為已調(diào)制2FSK信號示液器-X0C4織圖4.4 Multisim仿真結(jié)果圖圖中紅色波形為解調(diào)信號，綠色波形為最終經(jīng)過低通濾波器的信號波形-13 -濟南大學(xué)實訓(xùn)報告實 訓(xùn) 結(jié)

16、 語兩個禮拜的課程設(shè)計很快就結(jié)束了，當(dāng)我們做完了設(shè)計并將自己的成果整理成報 告的時候，也有不少感受。首先，無庸置疑，這兩個禮拜里我們學(xué)到了很多東西。 盡管設(shè)計中用到的知識和 相關(guān)軟件是以前也開過專門的課。 但一直缺少理論指導(dǎo)實際的機會。 真正當(dāng)我們拿到 設(shè)計課題開始設(shè)計，或者在設(shè)計中遇到了一些問題的時候， 才能發(fā)現(xiàn)當(dāng)時學(xué)習(xí)的薄弱 環(huán)節(jié)所在?；蛘哒f我們才真正了解到我們最需要補充的知識是什么。而這種時候恰恰是我們最能學(xué)到東西的時候。因為這個時候是主動的學(xué)習(xí)，而不是平時上課是很被動 的跟著老師的思維走。學(xué)習(xí)自己急切需要的知識總是效率比較高的。 同時，這個過程 也會使我們體驗到成功的樂趣。 哪怕是很小

17、的問題，通過自己的思考解決之后，也會 有一定成就感。在設(shè)計過程中，我對以前學(xué)過的相關(guān)課程的教材甚至比上課的時候還 要熟悉。正是有了這種求知欲的支配，才保證了我們能在規(guī)定時間內(nèi)完成設(shè)計所要求 的內(nèi)容。而且課程設(shè)計是個眼，手，腦全面動作的過程，在其中得到的很多東西是課 堂上不會有的。另外，設(shè)計的過程也是一個合作與分享的過程。 同樣的設(shè)計要求，不同的人有不 同的思路，可能也就會產(chǎn)生不同的結(jié)果。記得蕭伯納曾經(jīng)說過：如果你有一個蘋果， 我也有一個蘋果，交換后我們還是各有一個蘋果；但如果你有一種思想，我有一種思 想，那么交換后，我們將都擁有兩種不同的思想。 這段話充分說明了分享對于理論研 究的重要意義。還

18、有一些比較難的一個人不容易解決的問題， 通過大家的努力也會迎 刃而解。從而可以節(jié)省個人時間，提高了整個隊伍的工作效率。因為每個人都有自己 擅長的部分，很好地發(fā)揮各人的特點，會使工作變的輕松而有趣。而在現(xiàn)代公司的招 聘細則里，常常會寫著對于團隊意識方面的要求。 而課程設(shè)計也是我們畢業(yè)前很好的 培養(yǎng)和鍛煉這種意識的機會。最后，要感謝兩個禮拜以來一直特別細心和耐心指導(dǎo)我們的老師：您辛苦了！正是您的指導(dǎo)，使我們的思路豁然開朗，使得我們少走了不少彎路，極大地提高了工作 效率。我想，通過兩個禮拜的課程設(shè)計，我不僅完成了設(shè)計內(nèi)容，更重要的是學(xué)到了 很多課堂上得不到的東西。這里也感謝學(xué)校提供給我們這樣的機會。-14 -濟南大學(xué)實訓(xùn)報告參考文獻1劉泉.通信電子線路M.武漢理工大學(xué)出版社2謝自美.電子線路設(shè)計、實驗、測試 M.華中理工大學(xué)出版社3康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分M.高等教育出版社4樊昌信，曹麗娜.通信原理M.國防工業(yè)出版社，20085韋思健.電腦輔助電路設(shè)計一 multisimM.中國鐵道出版社.19956曾興雯等 .擴展頻譜通信及其多址技術(shù) M.西安電子科技大學(xué)出版社2004.57廖惜春.高頻電子線路M.華南理工大學(xué)出版社8于洪珍.通信