通信原理試驗(yàn)FSK

1、學(xué)生學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)課成績(jī)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書實(shí)驗(yàn)課程名稱開課學(xué)院 指導(dǎo)教師姓名 學(xué)生姓名 學(xué)生專業(yè)班級(jí)200200學(xué)年 第學(xué)期實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理基本規(guī)范實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、分析解決問(wèn)題能力的重要環(huán)節(jié)；實(shí)驗(yàn)報(bào)告是反映實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平 與質(zhì)量的重要依據(jù)。為加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理，改革實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核方法，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，提高 學(xué)生質(zhì)量，特制定實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理基本規(guī)范。1、 本規(guī)范適用于理工科類專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，文、經(jīng)、管、計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)課程可根據(jù)具體情況參 照?qǐng)?zhí)行或暫不執(zhí)行。2、 每門實(shí)驗(yàn)課程一般會(huì)包括許多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，除非常簡(jiǎn)單的驗(yàn)證演示性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以不寫實(shí)驗(yàn) 報(bào)告外，其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均應(yīng)按本格式完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)由實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、

2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果分析三大部分組成。每部分均在實(shí)驗(yàn)成績(jī)中占一 定比例。各部分成績(jī)的觀測(cè)點(diǎn)、考核目標(biāo)、所占比例可參考附表執(zhí)行。各專業(yè)也可以根據(jù) 具體情況，調(diào)整考核內(nèi)容和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。4、 學(xué)生必須在完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容的前提下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師要在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中抽查學(xué)生預(yù)習(xí)情況, 在學(xué)生離開實(shí)驗(yàn)室前，檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作和記錄情況，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告第二部分教師簽字欄 簽名，以確保實(shí)驗(yàn)記錄的真實(shí)性。5、 教師應(yīng)及時(shí)評(píng)閱學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告并給出各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成績(jī)，完整保存實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在完成所有 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，教師應(yīng)按學(xué)生姓名將批改好的各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報(bào)告裝訂成冊(cè)，構(gòu)成該實(shí)驗(yàn)課 程總報(bào)告，按班級(jí)交課程承擔(dān)單位（實(shí)驗(yàn)中心或?qū)嶒?yàn)室）保管存檔。6、

3、 實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)按其類型采取百分制或優(yōu)、良、中、及格和不及格五級(jí)評(píng)定。附表：實(shí)驗(yàn)考核參考內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)考核目標(biāo)成績(jī)組成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)1.預(yù)習(xí)報(bào)告2.提問(wèn)3.對(duì)于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，著重考查設(shè)計(jì)方案的 科學(xué)性、可行性和創(chuàng)新性對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮突驹?的認(rèn)識(shí)程度，對(duì)實(shí)驗(yàn)方 案的設(shè)計(jì)能力20%實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.是否按時(shí)參加實(shí)驗(yàn)2.對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的熟悉程度3.對(duì)基本操作的規(guī)范程度4.對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急處理能力5.實(shí)驗(yàn)原始記錄的完整程度著重考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài) 度、基本操作技能；嚴(yán) 謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、團(tuán)結(jié)協(xié) 作精神30%結(jié)果分析1.所分析結(jié)果是否用原始記錄數(shù)據(jù)2.計(jì)算結(jié)果是否正確3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析是否合理4.對(duì)于綜合實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)內(nèi)容之間是否有分

4、 析、比較與判斷等考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處 理和現(xiàn)象分析的能力； 對(duì)專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用 能力；事實(shí)求實(shí)的精神50%實(shí)驗(yàn)課程名稱：通信原理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱FSK 通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)綜合實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)實(shí)驗(yàn)者張凡專業(yè)班級(jí)電信 1102組另U14同組者無(wú)實(shí)驗(yàn)日期年 月咅B(yǎng)分：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告（包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、意義，實(shí)驗(yàn)基本原理與方法，主要儀器設(shè)備及耗材，實(shí)驗(yàn)方案與技術(shù)路線等）一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò) 2FSK 通信系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)2FSK 調(diào)制器與解調(diào)器通信技術(shù)電路理解，學(xué)會(huì)查尋資料、方案比較，以及設(shè)計(jì)計(jì)算環(huán)節(jié)。學(xué)會(huì)對(duì)所學(xué)基本理論知識(shí)的綜合運(yùn)用；進(jìn)一步提高 分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手、獨(dú)立開展電

5、路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析、解決通 信技術(shù)電路問(wèn)題的本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過(guò)典型電路的設(shè)計(jì)與制 作，初步體驗(yàn)從事通信產(chǎn)品研發(fā)的過(guò)程；增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際能力；掌握使用 Multisim軟件的操作方法。二、 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求根據(jù) 2FSK 調(diào)制器與解調(diào)器的組成原理，設(shè)計(jì)出整個(gè)2FSK 傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案與電路；技術(shù)指標(biāo)：1主載頻為 16KHZ2f1= 8KHZ; f2 =4KHZ。數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)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(hào)，傳輸速率fs=1000bit/s ；4調(diào)制器采用鍵控方式；解調(diào)器可采用非相干解調(diào)（過(guò)零檢測(cè)）技術(shù)。（

6、在時(shí)間充足的情況下，選做 2FSK 的載波提取，實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)或用模擬鎖相環(huán)解調(diào)）實(shí)驗(yàn)要求：要求掌握調(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(jì)方法；掌握調(diào)制、解調(diào)的基本原理。通過(guò)實(shí)際的方案分析進(jìn)行比較，初步掌握 簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)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)規(guī) 范，能按綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明，能正確地反映設(shè)計(jì)和實(shí)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(jì)3.1調(diào)制設(shè)計(jì)方案設(shè)信息源發(fā)出

7、的是由二進(jìn)制符號(hào) 0, 1 組成的序列，且假定 0 符號(hào)出現(xiàn)的概率為 p，1 出現(xiàn)的概率為 1- P ,它們彼此獨(dú)立，那么，2FSK 信號(hào)便是 1 符號(hào)對(duì)應(yīng)于載頻31,而 0 對(duì)應(yīng)于載頻32 （與31 不同的另一個(gè)載頻）的已調(diào)波形，而且31、32 的改變是瞬間就能完成的。容易想到，2FSK 可以利用一個(gè)矩形脈沖序列對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻，使其能夠輸出 2 個(gè)不同頻率的碼元。2FSK 信號(hào)的產(chǎn)生， 可以采用模擬調(diào)頻法來(lái)實(shí)現(xiàn)， 也可以采用數(shù)字鍵控的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖 3-1 是數(shù)字鍵控法產(chǎn)生 2FSK信號(hào)的原理圖：圖中兩個(gè)振蕩器的載波輸出受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)s(t)控制。由圖 1-1 可知，s(t)為

8、“1”時(shí)，正脈沖使門電路1 接通，門 2 斷開，輸出頻率為 f1 ;數(shù)字信號(hào)為“ 0 ”時(shí)，門 1 斷開，門2 接通，輸出頻率為 f2。在一個(gè)碼元 Tb 期間輸出31 或32 兩個(gè)載波之一。由于兩個(gè)頻率的振 蕩器是獨(dú)立的，故輸出的2FSK 信號(hào)：在碼元“ 0”“1 ”轉(zhuǎn)換時(shí)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(jiǎn)單，得到廣泛應(yīng)用。對(duì)應(yīng)圖 3-1 (a)和(b) , 2FSK 調(diào)制器各點(diǎn)的時(shí)間波形如圖 1-2 所示，圖中波形 g 可以看成是 兩個(gè)不同頻率載波的 2ASK 信號(hào)波形 e 和波形 f 的疊加。可見，2FSK 信號(hào)由兩個(gè) 2ASK 信

9、號(hào)相加 構(gòu)成。其信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式：SFSKt akg t k% cos 肚1akg t kTbcos2kkQU ISiTT卄石里#*- X才片卄刪 vwwwv 八”圖 3-2 2FSK 調(diào)制器各點(diǎn)的時(shí)間波形本次綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)調(diào)制部分正是采用此方法設(shè)計(jì)的。整個(gè)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(jì)方案數(shù)字頻率鍵控(2FSK)信號(hào)常用解調(diào)方法有很多種，在設(shè)計(jì)中利用過(guò)零檢測(cè)法。 過(guò)零檢測(cè)法是利用信號(hào)波形在單位時(shí)間內(nèi)與零電平軸交叉的次數(shù)來(lái)測(cè)定信號(hào)頻率。解調(diào)系 統(tǒng)組成原理框圖如圖 3-3 所示電路：圖 3-3 2FSK 過(guò)零檢測(cè)解調(diào)電路原理框圖輸入的 FS

10、K 信號(hào)經(jīng)限幅放大后成為矩形脈沖波，再經(jīng)過(guò)微分電路得到雙向尖脈沖，然后整 流得到單向尖脈沖，每個(gè)尖脈沖表示一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，尖脈沖的重復(fù)頻率就是信號(hào)頻率的兩倍。將 尖脈沖去觸發(fā)一單穩(wěn)電路，產(chǎn)生一定寬度的矩形脈沖序列，該序列的平均分量與脈沖重復(fù)頻率成正比，即與輸入信號(hào)成正比。所以經(jīng)過(guò)低通濾波器輸出的平均分量的變化反映了輸入信號(hào) 頻率的變化，這樣把碼元“1 ”與“ 0 ”在幅度上區(qū)分開來(lái)，恢復(fù)出數(shù)字基帶信號(hào)。其原理框圖 3-1 數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn) 2FSK 信號(hào)的原理圖位定時(shí)實(shí)驗(yàn)課程名稱：通信原理圖及各點(diǎn)波形如圖 3-4 所示。，juLrLnrLrLrLrLrLrL應(yīng)jjjjujjjakki_kJLjjjj

11、jLXx.nnnmnnnrLrLTLJUwwnnnrJSHT f fJ：f申圖 3-4 過(guò)零檢測(cè)電路信號(hào)波形四、系統(tǒng)中各種單元電路設(shè)計(jì)以及仿真1主載波振蕩器電路設(shè)計(jì)與工作原理載波振蕩器的功用是提供 2FSK 調(diào)制系統(tǒng)所需的載波和信碼定時(shí)信號(hào)，它可用門電路或集成電路(555)構(gòu)成多諧振蕩器。本實(shí)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(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)電路，本次實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選用門電路構(gòu)成多諧振蕩器。已知該門電路的估算振蕩周期是：T2.2RC。經(jīng)計(jì)算其實(shí)際電路如圖 4-1 所示：圖 4-1 主載波振蕩器電原理圖由圖 4-1 電路可知，在三個(gè)與非門之間加入了一個(gè)R(R1)C(C1)延

12、時(shí)網(wǎng)絡(luò)，由于 RC 較大，可忽略 tpd。接通電源時(shí)，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=1.4V 時(shí)，電路就會(huì)翻轉(zhuǎn)，電路不停的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，就會(huì)在 Vo 端輸出一系列的矩形脈沖，即電路產(chǎn)生 了振蕩。并且調(diào)整 R1 可以改變 RC 值，使振蕩頻率改變。RS(R2)起隔離作用，把電容 C 的輸出與 U3c 的輸入隔離開。電路振蕩波形如圖4-2 所示：圖 4-2 主載波信號(hào)波形圖2分頻器電路設(shè)計(jì)與工作原理將主載波按設(shè)計(jì)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fl、f2和M序列所需的時(shí)鐘信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將主載波 16KHZ 進(jìn)行二分頻得 8KHZ 信

13、號(hào)作 fl ；將 8KHZ 載波進(jìn)行二分頻得 4KHZ 信號(hào)作 f2 ;再將 4KHZ 四分頻得 1KHZ 信號(hào)作為 fs，為 M 序列發(fā)生器提 供編碼時(shí)鐘信號(hào)。分頻器的實(shí)際電路如圖4-3 所示：圖 4-3分頻器電原理圖分頻電路輸出信號(hào)波形如圖4-4 所示:3波形變換電路設(shè)計(jì)與工作原理為使載波的波形是正弦波，需將分頻器輸出的方波轉(zhuǎn)換成正弦波。采用低通濾波器可實(shí)現(xiàn) 此功能，其 4KHZ 轉(zhuǎn)換電路如圖 4-5 所示。（8KHZ 方波轉(zhuǎn)正弦波電路省略）108.277 ms106.277 ms0,000A v V- V蜩SipW2QW仲/r A虛 AA 48 0.000 V0.000 v0 .000

14、V邊沿:m序列發(fā)生器電路設(shè)計(jì)與工作原理正葦自前:無(wú)A m 序列也稱作偽隨機(jī)序列，它的顯著特點(diǎn)是:（a）隨機(jī)特性；（b）預(yù)先可確定性；（c ）可重復(fù)實(shí)現(xiàn)。本次綜合設(shè)計(jì)要求用D 觸發(fā)器構(gòu)成四級(jí)移位寄存器，形成長(zhǎng)度為偽隨機(jī)碼序列，碼率約為1000bit/s 。圖 4-5 是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中 4 級(jí)偽隨機(jī)序列碼發(fā)生器電原理圖。24-1=15 位碼長(zhǎng)的rC1L卜74LS40O-(AL* 1IP toCl ?11J1,YJ|iIN ”輸入的基帶信號(hào)分成1 路直接接至 00K1 的控制另00K1 和 00K2 的輸入端。當(dāng)基帶信(B2FSI/0UT-R13K圖 4-8 2FSK 信號(hào)波形要實(shí)現(xiàn) 2FSK 信號(hào)，除

15、用上述門電路調(diào)制器外，我們還可采用一個(gè)受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個(gè)不同的頻率源作為輸出。鍵控法產(chǎn)生的2FSK 信號(hào)頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒有過(guò)度頻率，它的轉(zhuǎn)換速度快，波形好。由四雙向模擬開關(guān)CD4066 構(gòu)成的調(diào)制器電路如圖 4-7（ B）所示：輸入的基帶信號(hào)由轉(zhuǎn)換開關(guān)分成兩路，一路控制f 仁 8Hz 的載頻，另一路經(jīng)倒相去控制 f2=4KHz 的載頻。當(dāng)基帶信號(hào)為“ 1 ”時(shí)，模擬開關(guān) 1 打開，模擬開關(guān) 2 關(guān)閉，此 時(shí)輸出 f1=8KHz，當(dāng)基帶信號(hào)為“ 0”時(shí)，模擬開關(guān) 2 開通。此時(shí)輸出 f2=4KHz，于是可在輸出 端得到 2FSK 已調(diào)信號(hào)。如圖 4-8所示：（利用此方

16、案時(shí)，需將 8KHZ 和 4KHZ 方波轉(zhuǎn)換成正弦 波作載波）OUT6過(guò)零檢測(cè)2FSK信號(hào)解調(diào)電路設(shè)計(jì)與工作原理從前面原理的介紹中，我們知道 2FSK 調(diào)制信號(hào)的解調(diào)若用非相干過(guò)零檢測(cè)法，由圖可見,必須有七個(gè)單元模塊來(lái)完成?？紤]到2FSK 信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)集于同一仿真電路中，已調(diào)信號(hào)未經(jīng)信道傳輸，沒有畸變、沒有信道的干擾，因而采用數(shù)字電路完成限幅、微分、整流和脈沖 形成四大功能是較簡(jiǎn)單的，其參考電路如圖4-9 所示。電路輸出信號(hào)波形如圖4-10 所示。柏如；a7 41 SOO O圖 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

17、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 端有輸入信號(hào)觸發(fā)時(shí)，輸入信號(hào)的下降沿使電路狀態(tài)發(fā)生改變:Q=1，=0。這時(shí) J-K 觸發(fā)器清零端的電壓 VRD 將緩慢降低，當(dāng)降至 1.4V 左右時(shí)，觸發(fā)器清零，電路又回到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)，二極管導(dǎo)通，電容C 經(jīng)二極管正向電阻 rD 反向充電，因?yàn)榉聪虺潆姷臅r(shí)常數(shù)T充=rD C 較小，因而觸發(fā)器清零端的電壓會(huì)很快上升至高電位上，保證Q 端維持低電平。顯然，輸入信號(hào)的下降沿作用后，清零端電平下降到 1.4V 左右的時(shí)間長(zhǎng)度與脈沖寬度有關(guān)，脈沖寬度T放=W1C,調(diào)節(jié) W1 可以改變形成脈沖的寬度。調(diào)節(jié) W1 使脈沖形成電路上下

18、兩支脈沖的寬度分別小于T1/2 ( T1=1/f1 )，保證兩路脈沖疊加后不混疊，但也不能使脈寬過(guò)窄，因?yàn)樾纬擅}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(hào)波形T 1+渣遐慮 J0.000 S0.000 V.000 V&.000 VT2拿O.QOCisXODO Vs.ooo v5.QOQVv0-0W5aooo vOCWV0 OW V時(shí)戛5 mt心，54S：D匚WI Ajte o IEK1FI耳次反向Ext正卓自動(dòng)托7低通濾波器電路設(shè)計(jì)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，達(dá) 40dB 十倍頻程。實(shí)驗(yàn)中要

19、求采用巴特沃斯低通濾波器，其電路如圖4-11 所示。輸出信號(hào)波形如圖 4-12 所示。圖中所示的低通濾波器為二階有源低通濾波器。能提供40dB/十倍頻程衰減量，由截止頻率公式：2 1RRCG2五、2FSK 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)整體電路原理圖與所用器材表根據(jù)以上各單元電路的設(shè)計(jì)，得總體電路如圖5-1 所示。（略）圖 4-12低通濾 波器輸 岀信號(hào) 波形圖圖 4-11低通濾波器電原理圖 電壓比較器電路組成與工作原理電壓比較器是集成運(yùn)放非線性應(yīng)用電路，他常用于各種電子設(shè)備中，所謂電壓比較器就 是將一個(gè)模擬量電壓信號(hào)和一個(gè)參考固定電壓相比較，在二者幅度相等的附近，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(hào)轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，電