2FSK通信原理實(shí)驗(yàn)報告

試驗(yàn)課程名稱： 通信原理 試驗(yàn)工程名稱實(shí)驗(yàn)者同組者

FSK通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)綜合試驗(yàn)電路設(shè)計專業(yè)班級

試驗(yàn)成績組 別試驗(yàn)日期 年 月 日一局部：試驗(yàn)預(yù)習(xí)報告〔包括試驗(yàn)?zāi)康?、意義，試驗(yàn)根本原理與方法，主要儀器設(shè)備及耗材，試驗(yàn)方案與技術(shù)路線等〕一、試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^2FSK通信系統(tǒng)綜合設(shè)計試驗(yàn)，加強(qiáng)對2FSK調(diào)制器與解調(diào)器通信技術(shù)電路理解，學(xué)會查尋資料、方案比較，以及設(shè)計計算環(huán)節(jié)。學(xué)會對所學(xué)根本理論學(xué)問的綜合運(yùn)用；進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問題的力氣，制造一個動腦動手、獨(dú)立開展電路試驗(yàn)的時機(jī)，熬煉分析、解決通信技術(shù)電路問題的本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本學(xué)問向?qū)嶋H力氣的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設(shè)計與制作，初步體驗(yàn)從事通信產(chǎn)品研發(fā)的過程；增加學(xué)生的實(shí)際力氣；把握使用Multisim軟件的操作方法。二、設(shè)計內(nèi)容與要求依據(jù)2FSK調(diào)制器與解調(diào)器的組成原理，設(shè)計出整個2FSK傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案與電路；技術(shù)指標(biāo)：16KHZ；②f1=8KHZ; f2=4KHZ。 數(shù)字基帶信號時鐘頻率fs=1000bit/s；③m序列產(chǎn)生器7位或15位，作為數(shù)字基帶信號，傳輸速率f=100bit/s；④調(diào)制器承受鍵控方式；解調(diào)器可承受非相干解調(diào)〔過零檢測〕〔在時間充分的2FSK〕試驗(yàn)要求：要求把握調(diào)制系統(tǒng)〔多諧振蕩器、分頻器、波形變換〔方波-正弦波〕電路、M序列發(fā)生器〕與解調(diào)系統(tǒng)〔限幅器、微分整流電路、脈沖展寬電路、比較器、抽樣判決器以及壓控振蕩器等單元電路〕設(shè)計方法；把握調(diào)制、解調(diào)的根本原理。通過實(shí)際的方案分析進(jìn)展比較，初步把握簡潔有用電路的分析方法和工程設(shè)計方法；了解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能按綜合試驗(yàn)設(shè)計任務(wù)書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計說明，能正確地反映設(shè)計和試驗(yàn)成果，能正確的繪制電路圖。三、FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)整體方案設(shè)計3.1調(diào)制設(shè)計方案設(shè)信息源發(fā)出的是由二進(jìn)制符號0，1組成的序列，且假定0符號消滅的概率為p，1消滅的概率為1-p，它們彼此獨(dú)立，那么，2FSK信號便是1符號對應(yīng)于載頻ω1，而0對應(yīng)于載頻ω2〔與ω1不同的另一個載頻〕的已調(diào)波形，而且ω1、ω2的轉(zhuǎn)變是瞬間就能完成的。簡潔想到，2FSK可以利用一個矩形脈沖序列對一個載波進(jìn)展調(diào)頻,使其能夠輸出2個不同頻率的碼元。2FSK3-12FSK把握簡潔有用電路的分析方法和工程設(shè)計方法；了解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能按綜合試驗(yàn)設(shè)計任務(wù)書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計說明，能正確地反映設(shè)計和試驗(yàn)成果，能正確的繪制電路圖。三、FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)整體方案設(shè)計3.1調(diào)制設(shè)計方案設(shè)信息源發(fā)出的是由二進(jìn)制符號0，1組成的序列，且假定0符號消滅的概率為p，1消滅的概率為1-p，它們彼此獨(dú)立，那么，2FSK信號便是1符號對應(yīng)于載頻ω1，而0對應(yīng)于載頻ω2〔與ω1不同的另一個載頻〕的已調(diào)波形，而且ω1、ω2的轉(zhuǎn)變是瞬間就能完成的。簡潔想到，2FSK可以利用一個矩形脈沖序列對一個載波進(jìn)展調(diào)頻,使其能夠輸出2個不同頻率的碼元。2FSK3-12FSK3-12FSK信號的原理圖圖中兩個振蕩器的載波輸出受輸入的二進(jìn)制基帶信號s(t1-1s(t)為“1”時，正脈沖使門電路12斷開，輸出頻率為f1；數(shù)字信號為“0”時，門12f2。在一個碼元Tbω1ω2頻率的振蕩器是獨(dú)立的，故輸出的2FSK信號：在碼元“0”“1”轉(zhuǎn)換時刻，相鄰碼元的相位有可能是不連續(xù)的。這種方法的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率快，波形好，頻率穩(wěn)定度高，電路簡潔，得到廣泛應(yīng)用。3-1〔a〕和(b)，2FSK1-2g2ASK信號波形e和波形f2FSK2ASK加構(gòu)成。其信號的時域表達(dá)式：S FSK k

b 1 1 k

b 2 2圖3-2 2FSK調(diào)制器各點(diǎn)的時間波形本次綜合設(shè)計試驗(yàn)調(diào)制局部正是承受此方法設(shè)計的。整個調(diào)制系統(tǒng)包括：載波振蕩器、分頻器、反相器、調(diào)制器與加法器等單元電路組成。1.2解調(diào)設(shè)計方案數(shù)字頻率鍵控〔2FSK〕信號常用解調(diào)方法有很多種，在設(shè)計中利用過零檢測法。過零檢測法是利用信號波形在單位時間內(nèi)與零電平軸穿插的次數(shù)來測定信號頻率。解調(diào)系統(tǒng)組成原理框圖如圖3-3所示電路：a 限幅 b 微分 c 整流 d脈沖展寬e LPFf 抽樣判決g圖3-32FSK過零檢測解調(diào)電路原理框圖

位定時輸入的FSK信號經(jīng)限幅放大后成為矩形脈沖波，再經(jīng)過微分電路得到雙向尖脈沖，然后率成正比，即與輸入信號成正比。所以經(jīng)過低通濾波器輸出的平均重量的變化反映了輸入信號頻率的變化，這樣把碼元“1”與“0”在幅度上區(qū)分開來，恢復(fù)出數(shù)字基帶信號。其原理框圖及各點(diǎn)波形如圖3-4所示。3-4過零檢測電路信號波形四、系統(tǒng)中各種單元電路設(shè)計以及仿真1、主載波振蕩器電路設(shè)計與工作原理2FSK調(diào)制系統(tǒng)所需的載波和信碼定時信號成電路〔555〕構(gòu)成多諧振蕩器。本試驗(yàn)系統(tǒng)要求產(chǎn)生的主載波振蕩頻率為16KHZ載波，要求輸出頻率可調(diào)。為簡化試驗(yàn)電路，本次試驗(yàn)系統(tǒng)選用門電路構(gòu)成多諧振蕩器。該門電路的估算振蕩周期是:T2.2RC。4-14-1主載波振蕩器電原理圖4-1R(R1)C(C1)延時網(wǎng)絡(luò)，由于RC可無視tpd。接通電源時，C的充放電使“A”點(diǎn)電壓發(fā)生變化。每當(dāng)”A”點(diǎn)到達(dá)閾值電壓VT=1.4VVo電路產(chǎn)生了振蕩。并且調(diào)整R1可以轉(zhuǎn)變RCRS(R2)起隔離作用，把電CU3c4-24-2主載波信號波形圖2、分頻器電路設(shè)計與工作原理將主載波按設(shè)計技術(shù)指標(biāo)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、f216KHZ8KHZf1；將8KHZ4KHZ信號作f24KHZ1KHZ信號作為fs，為M生器供給編碼時鐘信號。分頻器的實(shí)際電路如圖4-34~1PR

U2A 10~2PR

U2B

4~1PR

U3A

10~2PR

U3B

1KHZ16KHZCP入

2 1D 1Q5 122D

2Q9 2

1Q5 122D

2Q93 1CLK~1Q6 112CLK~2Q8 3 1CLK~1Q6 112CLK~2Q8~1CLR ~2CLR ~1CLR ~2CLR1 74LS74D

13

1 74LS74D 13 74LS74D8KHZ 4KHZ4-4

4-3分頻器電原理圖四級偽隨機(jī)碼Q3Q2Q1Q011110111001100010001100001000010100111000110101101011010110111103、mm〔隨機(jī)特性c〕可重復(fù)實(shí)現(xiàn)。本次綜合設(shè)計要求用D觸發(fā)器構(gòu)24-1=15位碼長的偽隨機(jī)碼序列，1000bit/s。圖4-5是試驗(yàn)系統(tǒng)中4級偽隨機(jī)序列碼發(fā)生器電原理圖。1 1 1 14-544級D4帶有兩個反響抽頭的41，該電路輸出的信碼序列為：111101011001000。4-64

4-6基帶信號波形圖2FSK信號的產(chǎn)生通常有兩種方式：〔1〕頻率選擇法；〔2〕載波調(diào)頻法。由于頻率選擇法產(chǎn)生的2FSK信號為兩個彼此獨(dú)立的載波振蕩器輸出信號之和，在二進(jìn)制碼元狀態(tài)轉(zhuǎn)換〔01或10〕時刻，2FSK2FSK信號，這時的已調(diào)信號出自同一個振蕩器，信號相位在載頻變化時始終是連續(xù)的，這將有利于已調(diào)信號功率譜旁瓣重量的收斂，使信號功率更集中于信號帶寬內(nèi)。在這里，我們承受的是載波調(diào)頻法，其調(diào)制器電路原4-74-7門電路與電子開關(guān)構(gòu)成的調(diào)制器電原理圖由圖可知，假設(shè)用門電路構(gòu)成調(diào)制器，其工作過程是：從“信\IN”輸入的基帶信號分成兩路，1〔74LS00〕反相后接至OOK2〔74LS00〕的把握端，另1路直接接至OOK1端。從“載波f1”和“載波f2”輸入的載波信號分別接至OOK1和OOK2的輸入端。當(dāng)基帶信號為“1”時，們電路OOK1翻開，OOK20”時，OOK1關(guān)閉，OOK22FSK調(diào)制信號。波形如4-8圖4-8 2FSK信號波形過零檢測2FSK信號解調(diào)電路設(shè)計與工作原理從前面原理的介紹中，我們知道2FSK調(diào)制信號的解調(diào)假設(shè)用非相干過零檢測法，由圖可2FSK信號未經(jīng)信道傳輸，沒有畸變、沒有信道的干擾，因而承受數(shù)字電路完成限幅、微分、整流和脈沖形成四大功能是較簡潔的，其參考電路如圖4-9所示。電路輸出信號波形如圖4-10所示。4-9限幅、微分、整流、展寬電路原理圖由圖可見，該脈沖形成電路用雙J-K觸發(fā)器74LS107、二極管、阻容等元件組成。該電路具有單穩(wěn)態(tài)特性，它的穩(wěn)定狀態(tài)是：=1或Q=0。當(dāng)CP輸入信號的下降沿使電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變:Q=1，=0J-KVRD慢降低，當(dāng)降至1.4V左右時，觸發(fā)器清零，電路又回到穩(wěn)定狀態(tài)，此時，二極管導(dǎo)通，電容C經(jīng)二極管正向電阻rD反向充電，由于反向充電的時常數(shù)τ充=rDC較小，因而觸發(fā)器清Q1.4VτW1C，調(diào)整W1轉(zhuǎn)變形成脈沖的寬度W1使脈沖形成電路上下兩支脈沖的寬度分別小于T12T1=1/f，保證兩路脈沖疊加后不混疊，但也不能使脈寬過窄，由于形成脈沖的寬度將影響低通濾波器輸出幅度的幅度。圖4-10 限幅、微分、整流、展寬電路輸出信號波形低通濾波器電路設(shè)計與工作原理為了獲得良好的幅頻特性，脈沖展寬電路輸出端所接的低通濾波器的帶外衰減應(yīng)很快，40dB/十倍頻程。試驗(yàn)中要求承受巴特沃斯低通濾波器，其電路如圖4-114-12圖中所示的低通濾波器為二階有源低通濾波器。能供給40dB/十倍頻程衰減量，由截止頻率公式：

2

1RRCC12124-114-12電壓比較器電路組成與工作原理是將一個模擬量電壓信號和一個參考固定電壓相比較，在二者幅度相等的四周，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。比較器可以組成非正弦波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域4-134-14它由通用電壓比較器芯片LM311參考電壓Vb；當(dāng)輸入信號電壓Vi≥Vb輸出為1 當(dāng)輸入信號電壓Vi≤Vb輸出為04-134-14抽樣判決器電路組成與工作原理〔由位定時脈沖把握〕對接收濾波器的輸出波形進(jìn)展抽樣判決，以恢復(fù)