2FSK的調(diào)制與解調(diào)

1、 摘要 在本二進(jìn)制移頻鍵控調(diào)制解調(diào)電路中，其中調(diào)制系統(tǒng)由模擬開關(guān)電路以及兩個(gè)射隨、選頻電路組成。解調(diào)是用非相干解調(diào)，即包絡(luò)檢波法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，并使用了Multisim工具軟件，在計(jì)算機(jī)屏幕上仿真實(shí)驗(yàn)，繪制電路圖所需的元件、芯片以及導(dǎo)線均可在屏幕上選取，提高了設(shè)計(jì)效率。本方案的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的FSK信號(hào)頻率穩(wěn)定度好，轉(zhuǎn)換速度快，波形好。關(guān)鍵詞：射隨/選頻電路；模擬開關(guān)；包絡(luò)檢波；仿真目錄 摘要前言.4一、2FSK的調(diào)制解調(diào)原理介紹.5 2.1 2FSK的調(diào)制原理.52.2 2FSK信號(hào)的解調(diào)原理.6二、各單元電路設(shè)計(jì)8 3.1 2FSK調(diào)制單元.8 射隨、選頻電路.8 模擬開

2、關(guān)電路.83.2 2FSK解調(diào)單元.9三、總體電路與電路仿真10 4.1 總體電路設(shè)計(jì).104.2 調(diào)制和解調(diào)的仿真結(jié)果圖.10參考文獻(xiàn).13設(shè)計(jì)總結(jié)14附件1： 各元件引腳圖.15附件2： 元器件清單.16 前 言在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通信信號(hào)仿真具有靈活性好、經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)，通信中的一個(gè)基本概念就是調(diào)制，是指用攜帶有用信息的調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波信號(hào)。數(shù)字調(diào)頻又稱移頻鍵控（frequency shift keying,FSK）,它是用不同的載波來(lái)傳送數(shù)字信號(hào)的。調(diào)頻信號(hào)即2FSK信號(hào)是數(shù)字通信系統(tǒng)使用較早的一種通信方式，這種通信方式容易實(shí)現(xiàn)，抗噪聲和抗衰減性能較強(qiáng)，廣泛的應(yīng)用于低速

3、數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中。2FSK信號(hào)的產(chǎn)生有兩種方法：直接調(diào)頻法和頻率鍵控法。直接調(diào)頻法是用數(shù)字基帶信號(hào)直接控制載波振蕩器的振蕩頻率。雖然方法簡(jiǎn)單，但頻率穩(wěn)定度不高，同時(shí)轉(zhuǎn)移速度不能太高。而頻率鍵控法則不同，它有兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器，數(shù)字基帶信號(hào)控制開關(guān)，選擇不同頻率的高頻振蕩信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制。2FSK是利用載頻頻率的變化來(lái)傳輸數(shù)字信息的。數(shù)字載頻信號(hào)有相位離散和相位連續(xù)兩種情形。若兩個(gè)振蕩頻率分別由不同的獨(dú)立振蕩器提供，它們之間的相位互不相關(guān)，這就叫相位離散的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)；若兩個(gè)振蕩頻率由同一振蕩信號(hào)源提供，是對(duì)其中一個(gè)載頻進(jìn)行分頻，這樣產(chǎn)生的兩個(gè)載波就是相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)。由于鍵控法的

4、諸多優(yōu)點(diǎn)，因此本實(shí)驗(yàn)電路利用移頻鍵控法，由振蕩器產(chǎn)生不同的載頻頻率作為兩個(gè)不同頻率的載頻信號(hào)，即為相位不同的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)，由基帶信號(hào)對(duì)不同頻率的載波信號(hào)進(jìn)行選擇。 一、2FSK的調(diào)制解調(diào)原理介紹1.1 2FSK的調(diào)制原理FSK信號(hào)的產(chǎn)生有兩種方法：直接調(diào)頻法和頻移鍵控法。直接調(diào)頻法是用二進(jìn)制基帶矩形脈沖信號(hào)去調(diào)制一個(gè)調(diào)頻器，如（a圖）所示，使其能夠輸出兩個(gè)不同頻率的碼元。雖然方法簡(jiǎn)單，但頻率穩(wěn)定度不高，同時(shí)轉(zhuǎn)移速度不能太高。 圖1.1頻移鍵控法有兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器。它是用一個(gè)受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個(gè)獨(dú)立頻率源的振蕩作為輸出，（b圖）所示。圖1.2以上兩種方法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)的波形基本

5、相同，只是由調(diào)頻器產(chǎn)生的2FSK信號(hào)在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的，如（c）圖所示;而開關(guān)法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)則分別由兩個(gè)獨(dú)立的頻率源產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)，故相鄰碼元的相位是不一定連續(xù)的，如（d）所示。 圖1.3綜上所述，我們這次設(shè)計(jì)采用鍵控法產(chǎn)生2FSK信號(hào)。1.2 2FSK信號(hào)的解調(diào)原理 2FSK信號(hào)的解調(diào)可分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方法。其解調(diào)原理是將2FSK信號(hào)分解為上下兩路2ASK信號(hào)分別進(jìn)行解調(diào)，然后進(jìn)行判決。這里的抽樣判決是直接比較兩路信號(hào)抽樣值的大小，可以不專門設(shè)置門限。判決規(guī)定與調(diào)制規(guī)定相呼應(yīng)，調(diào)制時(shí)若規(guī)定“1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率f1，則接受時(shí)上支路的樣值較大，應(yīng)判為“1”；反之

6、則判為“0”。 本次設(shè)計(jì)采用非相干法（即包絡(luò)解調(diào)法），其方框圖如下。 用兩個(gè)窄帶的分路濾波器分別濾出頻率為f1和f2的高頻脈沖經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波后分別取出它們的包絡(luò)。把兩路輸出同時(shí)送到抽樣判決器進(jìn)行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號(hào)。 圖1.4設(shè)頻率f1代表數(shù)字信號(hào)1；f2代表數(shù)字信號(hào)0，則抽樣判決器的判決準(zhǔn)則： x1-x2>0 判決輸入為f1信號(hào) X1-x2<0 判決輸入為f2信號(hào) 式中x1和x2分別為抽樣判決時(shí)刻兩個(gè)包絡(luò)檢波器的輸出值。二、 各單元電路設(shè)計(jì) 2.1 2FSK調(diào)制單元 要將NRZ碼經(jīng)過(guò)2FSK調(diào)制成為2FSK信號(hào)，我們采用一個(gè)受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個(gè)獨(dú)立頻率源的振

7、蕩作為輸出。鍵控法產(chǎn)生的FSK信號(hào)頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒(méi)有過(guò)度頻率，它的轉(zhuǎn)換速度快，波形好。2.1.1 射隨、選頻電路 圖2.1 射隨、選頻電路電路中的兩路載頻由內(nèi)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)開關(guān)送入。兩路載頻分別經(jīng)射隨、LC選頻、射隨再送至模擬開關(guān)。LC選頻電路函數(shù)： 2.1.2 模擬開關(guān)電路輸入的基帶信號(hào)由轉(zhuǎn)換開關(guān)分成兩路，一路控制f1=8KHz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FSK已調(diào)信號(hào)。 4066模擬開關(guān)電路如

8、下圖所示： 圖2.2 4066模擬開關(guān)電路 CD4066是四雙向模擬開關(guān)，主要用作模擬或數(shù)字信號(hào)的多路傳輸。引出端排列與CC4016一致，但具有比較低的導(dǎo)通阻抗。另外，導(dǎo)通阻抗在整個(gè)輸入信號(hào)范圍內(nèi)基本不變。CD4066由四個(gè)相互獨(dú)立的雙向開關(guān)組成，每個(gè)開關(guān)有一個(gè)控制信號(hào)，開關(guān)中的p和n器件在控制信號(hào)作用下同時(shí)開關(guān)。這種結(jié)構(gòu)消除了開關(guān)晶體管閾值電壓隨輸入信號(hào)的變化，因此在整個(gè)工作信號(hào)范圍內(nèi)導(dǎo)通阻抗比較低。2.2 2FSK解調(diào)單元2FSK信號(hào)的解調(diào)方法有：包絡(luò)檢波發(fā)、相干解調(diào)發(fā)、鑒頻法、過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法等，在這次課設(shè)中我們采用包絡(luò)檢波法。 由于一路2FSK信號(hào)可視為兩路2ASK信號(hào)，所以，2FSK信號(hào)

9、也可以采用包絡(luò)檢波解調(diào)。性能分析模型如下所示: 圖2.3 解調(diào)原理框圖與同步檢測(cè)法解調(diào)相同，接收端上下支路兩個(gè)帶通濾波器的輸出波形和分別表示為下式:觀察上述的公式和實(shí)驗(yàn)框圖可把其實(shí)驗(yàn)框圖和實(shí)驗(yàn)波形圖一起表示,同學(xué)們可以再進(jìn)一步了解一下 包絡(luò)檢波器是一種線性不失真檢波電路，其主要指標(biāo)是：電壓傳輸系數(shù)（檢波效率）、輸入阻抗。在選擇檢波器的元件參數(shù)時(shí)，二極管的導(dǎo)通電壓盡可能小.三、 總體電路與電路仿真3.1 總體電路設(shè)計(jì) 以下電路即為本次設(shè)計(jì)的調(diào)制解調(diào)電路： 圖3.1 Multisim仿真電路. 經(jīng)過(guò)放大、選頻后送入模擬開關(guān)調(diào)制出2FSK信號(hào)。然后將調(diào)制信號(hào)送入解調(diào)器，經(jīng)濾波、整流后解調(diào)處所用信號(hào)。

10、32 調(diào)制和解調(diào)的仿真結(jié)果圖 圖3.2 調(diào)制電路仿真結(jié)果 其中上面的正弦波即為調(diào)制出的2FSK信號(hào)，下面的為輸入的同頻率的方波信號(hào)，與2FSK信號(hào)做對(duì)比。 圖3.3 解調(diào)電路仿真結(jié)果以上即為出的波形圖，其中藍(lán)色的線表示的是判決門限電平，與綠色的作對(duì)比。當(dāng)解調(diào)出的波大于判決門限電平時(shí)，輸出“1”，反之則輸出“0”。紅色的線即代表輸出結(jié)果。參考文獻(xiàn)：1 侯麗敏.通信電子線路.清華大學(xué)出版社.20082 謝阮清.解月珍.通信電子線路.北京郵電大學(xué)出版社.20003 沈琴.非線性電子線路.高等教育出版社.20044 謝嘉奎,馮軍. 電子線路線性部分. 北京: 高等教育出版社,2010 .5 許杰. 模

11、擬電子線路. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社,2006.6 張肅文. 高頻電子線路. 北京:高等教育出版社,2009. 7 美Jack R Smith.現(xiàn)代通信電路.人民郵電出版社，2006.8 黃智偉.射頻電路設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，200069 張肅文. 高頻電子線路M . 北京：高等教育出版社,199310 曾興雯.高頻電路原理與分析M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002 四、設(shè)計(jì)總結(jié) 本次課程設(shè)計(jì)的目的是讓我們掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，掌握2FSK調(diào)制器的調(diào)制原理以及2FSK調(diào)制器的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也讓我們鞏固了本學(xué)期所學(xué)的理論知識(shí)并能夠指導(dǎo)實(shí)踐。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們學(xué)到了很多在

12、課本上學(xué)習(xí)不到的知識(shí)，也讓我們收獲了很多。還記得剛拿到任務(wù)書的時(shí)候，我們幾乎是集體到圖書館去借書，但是到了那里我們才發(fā)現(xiàn)不知道該拿哪一本才能對(duì)我們的幫助最大化。直到以后的幾天里，我們才對(duì)這此設(shè)計(jì)的內(nèi)容及任務(wù)有了明確的認(rèn)識(shí)，以至于在以后的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們順利的完成了此次設(shè)計(jì)。 這次設(shè)計(jì)我們還用了軟件的仿真，仿真過(guò)程告訴我們，當(dāng)需要的東西沒(méi)有給出時(shí)一定要學(xué)會(huì)利用網(wǎng)絡(luò)或其他途徑去獲取，同時(shí)仿真過(guò)程也是一個(gè)考驗(yàn)我們耐心與細(xì)心的過(guò)程，在仿真的過(guò)程中我們遇到了許多困難，也出現(xiàn)了不少的錯(cuò)誤，但是經(jīng)過(guò)我們分析思考、請(qǐng)教老師以及小組討論，這些問(wèn)題都一一解決了，在這個(gè)過(guò)程中，我們學(xué)會(huì)了使用Multisim這款實(shí)用軟件。 總之，這次設(shè)計(jì)是收獲豐富的，我們不僅學(xué)到了新知識(shí)，培養(yǎng)了興趣，開闊了視野，激發(fā)了思維，同時(shí)也看到了自身的缺陷，所以這次設(shè)計(jì)也是快樂(lè)的，我想在以后的日子里，我們會(huì)繼續(xù)努力的。附件1：各元件引腳圖：1、74LS04非門芯片引腳圖2、CD4066多路復(fù)用開