移頻鍵控FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)題目:移頻鍵控FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?進(jìn)一步加深對(duì)數(shù)字調(diào)制中移頻鍵控FSK調(diào)制器與解調(diào)器工作原理及電路組成的理解與掌握。2學(xué)會(huì)綜合地、系統(tǒng)地應(yīng)用已學(xué)到的知識(shí)，對(duì)移頻鍵控FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)與仿真方法，提高獨(dú)立分析問題與解決問題的能力。二實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求（1）設(shè)計(jì)任務(wù)：構(gòu)建并設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字移頻鍵控FSK傳輸系統(tǒng)，具體要求是：主載波頻率：11800HZ載波1頻率：2950HZ（四分頻）載波2頻率：1475HZ（八分頻）數(shù)字基帶信號(hào)NRZ：7位M序列，傳輸速率約為400波特。（32分頻）（2）設(shè)計(jì)要求：FSK調(diào)制器可以采用數(shù)字門電路構(gòu)成電子開關(guān)電路(或集成模擬開關(guān))與采用集

2、成模擬乘法器，利用鍵控法實(shí)現(xiàn)。FSK解調(diào)器可以采用非相干解調(diào)法或過零檢測(cè)法實(shí)現(xiàn)。傳輸信道不考慮噪聲干擾，采用直接傳輸。整個(gè)系統(tǒng)用EWB軟件仿真完成。三、2FSK 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)原理與電路組成1、2FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)原理1) FSK 調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率的變化來(lái)傳送數(shù)字消息的，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率調(diào)制的方法有直接調(diào)頻法和移頻鍵控法。注意到相鄰兩個(gè)振蕩器波形的相位可能是連續(xù)的，也可能是不連續(xù)的，因此有相位連續(xù)的FSK及相位不連續(xù)的FSK之分。根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的要求,本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采用的是相位連續(xù)的FSK調(diào)制器與非相干解調(diào)器,其電路構(gòu)成如圖1所示。這種方法

3、實(shí)現(xiàn)移頻鍵控電路集成化程度高、體積小、可靠性高。 圖1 2FSK調(diào)制系統(tǒng)電路原理圖 圖1 2FSK解調(diào)系統(tǒng)電路原理框圖2）數(shù)字調(diào)頻FSK信號(hào)的解調(diào)數(shù)字調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào)方法有線性鑒頻法和分離濾波法兩大類。線性鑒頻法有模擬鑒頻法、過零檢測(cè)法、差分檢測(cè)法等，分離濾波法又包括相干檢測(cè)法、非相干檢測(cè)法以及動(dòng)態(tài)濾波法。2FSK非相干解調(diào)電路的系統(tǒng)原理框圖如圖2所示：主要由高通濾波法、包絡(luò)檢波法和電壓比較器構(gòu)成。2、2FSK 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1）2FSK調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的調(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、相加器構(gòu)成。其調(diào)制電路的組成框圖如圖3所示。由圖可以看出，

4、當(dāng)信碼為“”時(shí)，分頻鏈作分頻，即輸出頻率為2950Hz 圖3 FSK 調(diào)制器電路組成框圖載波，信碼為“”時(shí)，分頻鏈作分頻，輸出頻率為1475Hz載波。如此一來(lái)，多諧振蕩器輸出的載波，通過不同次數(shù)的分頻，就得到了兩種不同頻率的輸出，經(jīng)相加器后，從而在輸出端得到不同頻率的已調(diào)信號(hào)，即FSK信號(hào)，完成了數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字頻帶信號(hào)的過程。設(shè)計(jì)的單元電路如下：主載波振蕩器主要提供2FSK的載波和信碼的定時(shí)信號(hào)，本設(shè)計(jì)使用集成電路（555）構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生的振蕩頻率為11800Hz載波，其電路如圖4所示。已知由集成電路（555）構(gòu)成多諧振蕩器的振蕩頻率的計(jì)算公式如下：有電阻R1=1K，可調(diào)電阻R2

5、=2.6K，電容C=0.033uf。 圖4 555 定時(shí)器接成的多諧振蕩器 分頻器將主載波按設(shè)計(jì)要求用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)，由于選用74LS74雙D3片的一級(jí)D觸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)二分頻，故2FSK系統(tǒng)所需的四、八及32分頻器電路如圖5所示。M序列發(fā)生器 圖5 分頻器電路實(shí)際的數(shù)字基帶信號(hào)是隨機(jī)的，為了實(shí)驗(yàn)和測(cè)試的方便，一般都用M 序列產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列來(lái)充當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)。M序列發(fā)生器用三級(jí)線性移位寄存器組成（本次設(shè)計(jì)選用74LS74雙D2片），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，電路如圖6所示，輸出的信碼為：1110

6、010。圖6 M序列發(fā)生器電路圖 圖7 調(diào)制器電路圖調(diào)制器本次設(shè)計(jì)的2FSK調(diào)制器用兩個(gè)集成模擬乘法器（1496）實(shí)現(xiàn)，實(shí)際電路如圖7所示。圖8 2FSK調(diào)制系統(tǒng)電路圖綜合上述單元模塊的設(shè)計(jì)，2FSK調(diào)制系統(tǒng)電路構(gòu)成如圖8所示。其中模擬乘法器與相加器直接調(diào)用EWB中的電路模塊。2）2FSK解調(diào)系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)的解調(diào)系統(tǒng)采用相干檢測(cè)法，其系統(tǒng)電路構(gòu)成如圖9所示。乘法器本次設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)，用乘法實(shí)現(xiàn)載波與2FSK信號(hào)相乘同步載波為四分頻輸出載波。試驗(yàn)時(shí)乘法器直接調(diào)用EWB中的電路模塊。 圖9 相干解調(diào)電路 低通濾波器低通濾波器，本次設(shè)計(jì)選用一般低通濾波器電路。電壓比較器本次設(shè)計(jì)的電壓比較器為用運(yùn)算放

7、大器構(gòu)成遲滯比較器。由于“0”、“1”電平的解調(diào)輸出電壓分別-0.3V、+5V，故可設(shè)置其參考電壓設(shè)定為2.5V，此時(shí)能正確地判決，且有效地防止干擾。3）2FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)總電路原理圖 由上述2FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)總電路如圖10所示。圖10 2FSK調(diào)制與解調(diào)電路原理圖4）元件清單序號(hào)元器件名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量備注1555定時(shí)器1個(gè)2電容0.01 uf1個(gè)3電容0.033 uf1個(gè)4電容1 uf4個(gè)5電阻1K3個(gè)6可調(diào)電阻2.6K1個(gè)7可調(diào)電阻1 K2個(gè)8電源Vcc1個(gè)9D觸發(fā)器10個(gè)10電阻10 K2個(gè)11電容10 uf2個(gè)12可調(diào)電感0.9 mH2個(gè)13放大器3個(gè)14或門3個(gè)15

8、異或門1個(gè)16非門2個(gè)17雙向開關(guān)2個(gè)18電源+5V1個(gè)19乘法器3個(gè)20加法器1個(gè)21電感1 mH1個(gè)22電源+2.5V1個(gè)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與測(cè)試數(shù)據(jù)1 FSK調(diào)制器（發(fā)送單元）的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量 多諧振蕩器輸出的載波信號(hào) 四分頻器輸出信號(hào)與波形變換輸出信號(hào) 八分頻器輸出信號(hào)與波形變換輸出信號(hào) 32分頻器輸出信號(hào) M序列輸出信號(hào) （1110010） FSK調(diào)制輸出信號(hào)的檢測(cè)“全1”碼，調(diào)制器的輸出信號(hào)波形(f=2950HZ)“全0”碼，調(diào)制器的輸出信號(hào)波形(f=1475HZ)M序列調(diào)制器的輸出信號(hào)波形(2FSK)2FSK解調(diào)器（接收部分）的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量 2FS解調(diào)乘法器輸出濾波器輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形檢測(cè) M序列數(shù)據(jù)與電壓比較器解調(diào)輸出信號(hào)波形五、收獲與體會(huì)通過此次試驗(yàn)，進(jìn)一步加深了對(duì)數(shù)字調(diào)制中移頻鍵控FSK調(diào)制器與解調(diào)器工作原理及電路組成的理解與掌握；學(xué)會(huì)綜合地、系統(tǒng)