系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐與創(chuàng)新2第31組組長(zhǎng)夏逸凡報(bào)告

1、技術(shù)文件完成時(shí)間：2014 年 6 月項(xiàng)目名稱：數(shù)字調(diào)制解調(diào)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)小組編號(hào)： 31 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣班級(jí)學(xué)號(hào)具體負(fù)責(zé)的工作方式夏逸凡（組長(zhǎng)）F11030225110309648電路設(shè)計(jì)，焊接與調(diào)試，報(bào)告F11030165110309495程序設(shè)計(jì)，電路調(diào)試，報(bào)告含F(xiàn)11030235110309670電路設(shè)計(jì)，電路調(diào)試，報(bào)告系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐與創(chuàng)新2 設(shè)計(jì)報(bào)告摘要：是上海交通大學(xué)電子信息與電氣2011 級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新2的課程總結(jié)報(bào)告，課程的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字調(diào)制解調(diào)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊、帶通濾波器模塊、包絡(luò)檢波模塊、位同步信號(hào)提取及解調(diào)模塊。在本次實(shí)

2、驗(yàn)中還利用頻譜分析調(diào)制信號(hào)的頻域、帶通濾波器的幅頻特性進(jìn)行了觀測(cè)，通過(guò)示波器對(duì)ASK 調(diào)制信號(hào)時(shí)域-頻域進(jìn)行了觀測(cè)，同時(shí)使用任意波發(fā)生器定制產(chǎn)生了調(diào)制信號(hào)，從而達(dá)到了對(duì)系統(tǒng)不同模塊的檢測(cè)。各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思路、原理和實(shí)現(xiàn)功能做出了詳細(xì)的闡述，并附以系統(tǒng)操作說(shuō)明、測(cè)試方法和結(jié)果。： DDS，RLC 帶通濾波器，阻抗匹配，幅頻特性，位同步信號(hào)提取ABSTRACTThis report is Shanghai JiaoTong university school of electronic information andelectrical engineering system design expe

3、riment and innovation level 2011 2 the course summary report, task of the course is to implement a digital modem communication experiment system. This system contains modulation module, band-pass filter module, signal envelope detection module, a synchronous signal extraction and demodulation module

4、. In this experiment by using spectrum analyzer of the modulation signal in the frequency domain, band-pass filter amplitude-frequency characteristics were observed, and through the oscilloscope to ASK modulation signal time domain, frequency domain joint observations were made, at the same time usi

5、ng arbitrary wave generator to customize the modulation signal, so as to achieve the different modules of the system of independent testing. This report aimed at the design idea, principle and function of each module has made the detailed elaboration, and attached to the system instructions, test me

6、thods and results.KEYWORDS: DDS, RLC bandpass filter, impedance match, the amplitude frequencycharacteristics, a synchronous signal extraction第 2 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240目錄1. 概述11.11.21.31.41.5編寫(xiě)說(shuō)明1名詞定義1硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境1軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境1縮略語(yǔ)1系統(tǒng)總述22.2.12.2系統(tǒng)組成及主要功能2模塊實(shí)現(xiàn)要求2機(jī)模塊設(shè)計(jì)3機(jī)組成及主要功能3M 序列發(fā)生器模塊33.3.13.23.2.

7、1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)33.2.2 M 序列的產(chǎn)生原理33.2.3 M 序列具體實(shí)現(xiàn)33.3 差分編碼模塊43.3.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)43.3.2 差分編碼的原理43.3.3 差分編碼具體實(shí)現(xiàn)53.4 邏輯電平變換模塊53.4.13.4.23.4.33.4.43.4.5主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)5主要器件 CD4011 簡(jiǎn)介5主要器件 TL431 簡(jiǎn)介6邏輯電平變換原理6邏輯電平變換具體實(shí)現(xiàn)63.5 基帶信號(hào)調(diào)制模塊73.5.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)73.5.2 主要器件 AD9850 簡(jiǎn)介73.5.3 直接數(shù)字3.5.4 數(shù)字調(diào)制工作原理8字具體實(shí)現(xiàn)93.6機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果103.6.1 M 序列及相關(guān)

8、信號(hào)發(fā)生103.6.2 ASK 調(diào)制信號(hào)103.6.3 FSK 調(diào)制信號(hào)113.6.4 PSK 調(diào)制信號(hào)11信道模塊的設(shè)計(jì)134.1 信道的組成及主要功能134.2 帶通濾波器模塊134.2.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)134.2.2 帶通濾波器原理具體實(shí)現(xiàn)134.3 帶通濾波器匹配設(shè)計(jì)144.3.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)144.3.2 阻抗匹配原理與具體實(shí)現(xiàn)144. 4.4 信道實(shí)驗(yàn)結(jié)果15第 3 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：2002404.5 對(duì)信道電路的改進(jìn)164.5.1 主要功能和設(shè)計(jì)原理164.5.2 改進(jìn)結(jié)果及分析16模塊的設(shè)計(jì)175.5.1的組成及主要功能

9、175.2 信號(hào)放大模塊175.2.15.2.25.2.3主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)17主要器件 NE5532 簡(jiǎn)介17和具體實(shí)現(xiàn)17信號(hào)放5.3 ASK 解調(diào)模塊185.3.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)185.3.2 包絡(luò)檢波原理和具體實(shí)現(xiàn)185.4 FSK 解調(diào)模塊185.4.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)185.4.2 斜率鑒頻器原理和具體實(shí)現(xiàn)195.5 位同步恢復(fù)模塊195.5.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)195.5.2 位同步恢復(fù)原理195.5.3 位同步恢復(fù)具體實(shí)現(xiàn)205.6 采樣及譯碼模塊205.6.15.6.25.75.7.15.7.25.7.3主要功能和技術(shù)指標(biāo)20采樣及譯碼原理與實(shí)現(xiàn)21實(shí)驗(yàn)結(jié)果21信

10、號(hào)解調(diào)21位同步提取22差分譯碼22基于 LabVIEW 的 UART 通信模塊的設(shè)計(jì)236.1 主要功能和技術(shù)指標(biāo)236.2 UART 通信模塊具體實(shí)現(xiàn)23致謝24參考文獻(xiàn)25附錄 A 測(cè)試和分析269.1 測(cè)試項(xiàng)目和方法269.1.1 第一輪測(cè)試（中期檢查）方法和評(píng)分規(guī)則269.1.2 第二輪測(cè)試方法和評(píng)分規(guī)則269.2 測(cè)試結(jié)果及分析289.2.1 第一輪測(cè)試結(jié)果289.2.2 第二輪測(cè)試結(jié)果299.2.3 結(jié)果分析306.7.8.9.10. 附錄 B 課程學(xué)習(xí)心得和意見(jiàn)建議3111. 附錄 C 軟件程序.3211.1 M 序列產(chǎn)生、差分編碼及調(diào)制程序3211.2 符號(hào)位同步恢復(fù)及差分譯

11、碼程序4011.3 labVIEW 程序框圖45第 4 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：2002401. 概述1.1 編寫(xiě)說(shuō)明為上海交通大學(xué)電子信息與電氣電子系在大三學(xué)年下學(xué)期開(kāi)設(shè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新實(shí)踐1數(shù)字調(diào)制解調(diào)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)報(bào)告。本文詳細(xì)地介紹了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中各模塊的基本原理，設(shè)計(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程以及調(diào)試分析的方法。旨在全面實(shí)驗(yàn)小組的設(shè)計(jì)內(nèi)容，操作過(guò)程，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以及心得體會(huì)，可作為指導(dǎo)在檢測(cè)評(píng)分時(shí)的參考，也可供廣大的電子者閱讀。1.2 名詞定義M 序列: 最長(zhǎng)線性移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱，偽隨機(jī)序列的一種，寄存器長(zhǎng)度決定M 序列的階數(shù)； 幅頻特性：表示增益同頻率的關(guān)系

12、，可以比較直觀地評(píng)價(jià)系統(tǒng)在頻域?qū)π盘?hào)的過(guò)濾特性；阻抗匹配：負(fù)載阻抗與激勵(lì)源內(nèi)部阻抗相適配，輸出功率最大的一種工作狀態(tài)；數(shù)字鎖相法位同步：是工程實(shí)踐中應(yīng)用較為廣泛的一種從信息流中提取出同步碼元的技術(shù)； 包絡(luò)檢波：主要用于調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)，其輸出與輸入信號(hào)包絡(luò)成對(duì)應(yīng)關(guān)系。1.3 硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境表 1.1硬件開(kāi)發(fā)工具1.4 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境表 1.2軟件開(kāi)發(fā)工具1.5 縮略語(yǔ)Cod：差分編碼轉(zhuǎn)換Mod：數(shù)字調(diào)制DDS：直接數(shù)字（DirectDigital Synthesizer）BPFC：模仿信道特性的帶通濾波器（Band Pass Filter for DPLL：數(shù)字鎖相環(huán)（Digital Phase L

13、ocked Loop）Channel）第 1 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240開(kāi)發(fā)工具功能運(yùn)行環(huán)境Multisum 12.0 學(xué)生版電路模擬Windows 7Xilinx ISE Design Suite 14.2 64 位FPGA 編程，Windows 7Code Composer StudioMSP430 編程Windows 7BenchLink Waveform Builder Pro定值調(diào)制波形Windows 7開(kāi)發(fā)工具功能環(huán)境GDP-3303D 直流穩(wěn)壓源為單片機(jī)、調(diào)理電路等模塊供電、室溫Agilent 34405 數(shù)字式萬(wàn)用表系統(tǒng)檢測(cè)調(diào)試、室

14、溫Tektronix MDO4000 示波器時(shí)域-頻域觀測(cè)、室溫Agilent MSO-X 3024A 示波器系統(tǒng)調(diào)試、室溫Agilent 33521 任意波形發(fā)生器調(diào)制信號(hào)發(fā)生與系統(tǒng)調(diào)試、室溫Agilent N9320B 頻譜分析儀觀測(cè)頻域信號(hào)與信道幅頻響應(yīng)、室溫電烙鐵、焊錫、鑷子、尖嘴鉗等電路板的焊接制作、室溫2. 系統(tǒng)總述2.1 系統(tǒng)組成及主要功能該數(shù)字調(diào)制解調(diào)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體上由模塊1。從具體功機(jī)模塊、信道模塊和能來(lái)看，由 M 序列發(fā)生(M3/M4)、調(diào)制(Mod)、帶通濾波器(BPFC)、信號(hào)放大(Amp)、解調(diào)(Demod)、位同步信號(hào)提取(BitSyn)、信號(hào)采樣(Samplin

15、g)以及差分譯碼(Decod)等模塊組成。圖 2-1 系統(tǒng)框圖本次實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的、傳輸和接收過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)單的模擬。實(shí)驗(yàn)中，將基帶信號(hào)進(jìn)行 ASK 調(diào)制，以帶通濾波器道，通過(guò)包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，使用 FPGA 板卡作為接收端。最后，本次實(shí)驗(yàn)還實(shí)現(xiàn)了利用任意波發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀等儀器對(duì)調(diào)制信號(hào)、帶通濾波器以及解調(diào)模塊進(jìn)行了進(jìn)一步的觀察和驗(yàn)證。2.2模塊實(shí)現(xiàn)要求M 序列發(fā)生模塊利用 MSP430 單片機(jī)，輸出幅值為 3.3V 的 4 階和 3 階 M 序列、同步周期信號(hào)、同步碼元信號(hào)以及調(diào)制模塊所需的字。由于我們組選擇調(diào)制模塊的工作電壓為 5V，所以還需使用模擬電路完成調(diào)制信

16、號(hào)字的邏輯電平轉(zhuǎn)換。道的帶通濾波器模塊要求為無(wú)源 RLC 電路，同時(shí)帶通濾波器該模塊還需完成前后級(jí)阻抗匹配，此處還需要±5V 直流供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)信道的電氣。解調(diào)模塊需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波以及信號(hào)的放大，此處的放大模塊需采用±5V 直流供電。位同步信號(hào)提取模塊由 Basys2 實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板和電路組成，開(kāi)發(fā)板采用USB 供電，模塊采用±5V直流供電。該模塊完成對(duì)含有噪聲的基帶信號(hào)的濾波及極性變換，并輸出為同步碼元序列以及差分譯碼后的信號(hào)序列。第 2 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：2002403.機(jī)模塊設(shè)計(jì)3.1機(jī)組成及主要功能數(shù)字調(diào)制解調(diào)通信

17、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的機(jī)主要包括 M 序列發(fā)生器、差分編碼器和電平轉(zhuǎn)換器，其中M 序列發(fā)生、差分編碼通過(guò)使用單片機(jī) MSP430 編程實(shí)現(xiàn)，電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)調(diào)制通過(guò)數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。圖 3-1機(jī)模塊組成框圖單片機(jī)產(chǎn)生 M 序列是待傳輸?shù)幕鶐盘?hào)；差分編碼是為了克服信號(hào)極性顛倒；邏輯電平轉(zhuǎn)換則將根據(jù)基帶信號(hào)所對(duì)應(yīng)的字的邏輯電平進(jìn)行變換；調(diào)制模塊根據(jù)字產(chǎn)生不同類型的調(diào)制信號(hào)。整體來(lái)說(shuō)這樣一個(gè)機(jī)就是產(chǎn)生用于傳輸?shù)牟ㄐ涡盘?hào)。3.2 M 序列發(fā)生器模塊3.2.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)本次課程要求產(chǎn)生 3 階和 4 階的M 序列作為原始信息，碼率為 0.5Kbps，并要求 3 階M 序列和 4 階 M 序列可以通過(guò)單片機(jī)上的

18、按鈕進(jìn)行切換。同時(shí)輸出 M 序列的位同步時(shí)鐘信號(hào)和周期時(shí)鐘信號(hào)， 為波形的觀測(cè)提供同步觸發(fā)信號(hào)。23.2.2 M 序列的產(chǎn)生原理M 序列式常見(jiàn)的一種偽隨機(jī)序列，它是由線性反饋位移寄存器產(chǎn)生的周期最長(zhǎng)的序列。以 4 階線性反饋移位寄存器為例，其設(shè)計(jì)方案如圖 3-2 所示。由圖可知 4 階 M 序列需要 4 個(gè)移位寄存器，移位寄存器內(nèi)容向前推移，同時(shí)將 a2 和 a3 的內(nèi)容進(jìn)行異或運(yùn)算，得到的結(jié)果重新存入 a3。如此循環(huán)反復(fù)，假設(shè)其實(shí)狀態(tài)設(shè)為“0001”，最終將的到的是一個(gè)以 15 為周期的序列。圖 3-2 四階 M 序列產(chǎn)生原理3.2.3 M 序列具體實(shí)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)使用 TI 公司的 Launch

19、Pad 開(kāi)發(fā)板作為 M 序列產(chǎn)生的載體。開(kāi)發(fā)板使用超低功耗單片機(jī)MSP430G2553 作為器件，實(shí)驗(yàn)中使用的主要外設(shè)為 I/O 端口和 Watch Dag 定時(shí)器。該款單片機(jī)第 3 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240有 2 個(gè)數(shù)字 I/O 端口，每個(gè) I/O 口包含 8 個(gè)管腳3。本實(shí)驗(yàn)中用到的 I/O 口的寄存器主要包括： 方向寄存器（PxDIR）、輸入寄存器（PxIN）、輸出寄存器（PxOUT）和電阻使能寄存器（PxREN）。相關(guān)外設(shè)的配置見(jiàn)表 3.1。表 3.1 I/O 端口寄存器配置一覽表Watch Dag 定時(shí)器的為普通的計(jì)時(shí)器使用4。是一個(gè)

20、16 位計(jì)數(shù)器?？撮T(mén)狗定時(shí)器的一般用作程序自動(dòng)復(fù)位，也可作在本實(shí)驗(yàn)中，考慮到產(chǎn)生 M 序列只需要簡(jiǎn)單地定時(shí)功能，故選用看門(mén)狗定時(shí)器。與 TimerA 定時(shí)器相比，看門(mén)狗時(shí)功能相對(duì)比較簡(jiǎn)單功能也較少，只有少數(shù)的幾個(gè)計(jì)時(shí)值。但是配置起來(lái)也相對(duì)容易很多。本實(shí)驗(yàn)中，只需要兩句話即可完成對(duì)看門(mén)狗的配置： WDTCTL = WDT_MDLY_0_5;IE1 |= WDTIE;第一句為設(shè)置看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)鐘源采用 SMCLK，計(jì)時(shí) 0.5ms。第二句開(kāi)啟看門(mén)狗中斷。完成對(duì)單片機(jī)相關(guān)外設(shè)寄存器的配置之后，可以得到周期為 1ms 的定時(shí)器中斷。利用此中斷可完成對(duì)按鍵的以及 0.5kpbs 的符號(hào)序列，同時(shí)每?jī)纱沃?/p>

21、斷輸出一個(gè) M 序列碼元。當(dāng)一個(gè)周期的M 序列輸出完成之后輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。由此，可輸出符合要求的 M 序列、符號(hào)序列以及周期序列。M 序列的差分編碼輸出將在進(jìn)行詳細(xì)介紹。3.3 差分編碼模塊3.3.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)為了克服信號(hào)的極性不確定性，在端對(duì)信號(hào)進(jìn)行制差分編碼，同時(shí)在接收端對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行差分譯碼。本實(shí)驗(yàn)中，使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)差分編碼的功能。經(jīng)過(guò)單片機(jī)將 M 序列進(jìn)行差分編碼，并根據(jù)差分信號(hào)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)所需的電路。字，輸出到后級(jí)3.3.2 差分編碼的原理差分編碼算法如圖 3-3 所示5。根據(jù)上圖可寫(xiě)出代數(shù)式𝑑𝑘 = 𝑎𝑘

22、;𝑑𝑘1 式中為模二加運(yùn)算（異或）。第 4 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240寄存器配置方式配置說(shuō)明電氣連接功能說(shuō)明P1DIRBIT3P1.3 設(shè)為輸入按鍵短按：切換 3/4 階 M 序列長(zhǎng)按：切換調(diào)制方式P1RENP1.3 拉電阻使能P1OUTP1.3 上拉電阻P1DIRBIT0P1.0 設(shè)為輸出紅色 LED 燈指示調(diào)制方式BIT4P1.4 設(shè)為輸出I/O 端口輸出 M 序列BIT5P1.5 設(shè)為輸出I/O 端口輸出差分編碼后的 M 序列BIT6P1.6 設(shè)為輸出綠色 LED 燈指示調(diào)制方式P1OUTBIT0P1.0 輸出

23、低電平紅色 LED 燈初始化為熄滅狀態(tài)BIT6P1.6 輸出低電平綠色 LED 燈初始化為熄滅狀態(tài)P2DIRBIT0P2.0 設(shè)為輸出I/O 端口字：Fq_UpBIT1P2.1 設(shè)為輸出I/O 端口字：W_ClkBIT2P2.3 設(shè)為輸出I/O 端口字：RestBIT3P2.4 設(shè)為輸出I/O 端口字：DataBIT4P2.5 設(shè)為輸出I/O 端口輸出符號(hào)序列BIT5P2.6 設(shè)為輸出I/O 端口輸出周期序列圖 3-3 差分編碼原理圖的差分譯碼算法如圖 3-4，圖 3-4 差分譯碼原理圖代數(shù)式為對(duì)應(yīng)地，𝑎𝑘 = 𝑑𝑘⻔

24、9;𝑘1上述兩式互為“逆”運(yùn)算。其中𝑑𝑘是𝑑𝑘經(jīng)過(guò)信道傳輸后的符號(hào)流，𝑎𝑘和𝑎𝑘分別是信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)序列和差分譯碼后得到的序列。表 3.2 給出了差分編碼和譯碼的算例?？梢?jiàn)，經(jīng)信道傳輸后，無(wú)論符號(hào)流的極性是否發(fā)生倒置，都能通過(guò)差分譯碼恢復(fù)原始信息。表 3.2 中編碼算法中序號(hào) 0 對(duì)應(yīng)的𝑑𝑘初始取值被指定為“1”，同樣也可以指定為“0”，影響差分編譯碼的效果。表 3.2 差分編碼和譯碼的算例3.3.3 差分編碼具體實(shí)現(xiàn)

25、利用 MSP430G2553 單片機(jī)可完成對(duì) M 序列的差分編碼，單片機(jī)相關(guān)介紹及實(shí)驗(yàn)中外設(shè)寄存器的配置已在進(jìn)行了介紹。在實(shí)驗(yàn)中我們組將單片機(jī)定時(shí)器配置為1ms 中斷一次，每2ms 輸出一個(gè)M 序列碼元。在，設(shè)置一個(gè)變量來(lái)當(dāng)前輸出的碼元信息，當(dāng)下一個(gè) M 序列碼元要輸出時(shí)，將次碼元與變量中的信息進(jìn)行異或運(yùn)算并輸出，同時(shí)將變量更新。3.4 邏輯電平變換模塊3.4.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)邏輯電平變化電路的功能是將字信號(hào)最初的單片機(jī)邏輯電平轉(zhuǎn)化為調(diào)制模塊所需的邏輯電平，即 0V3.3V 邏輯電平轉(zhuǎn)化為 0V5V 的邏輯電平。本模塊小組自加模塊，調(diào)制模塊所用器件工作電壓有 3.3V 和 5V 兩種選擇

26、。添加邏輯電平轉(zhuǎn)換電路的目的是為了提高輸出的信號(hào)的最大電平，即增加進(jìn)入信道的信號(hào)功率。3.4.2 主要器件 CD4011 簡(jiǎn)介器件為四路與非門(mén)6。在實(shí)驗(yàn)中，我們組使用的器件型號(hào)為 CD4011B。本模塊使用的其管腳分布如圖 3-5 所示。第 5 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240序號(hào)01234567原始信息ak 1101001差分編碼dk 10110001極性正確d k10110001差分譯碼ak 1101001極性倒置d k01001110差分譯碼ak 1101001圖 3-5 CD4011B 管腳結(jié)構(gòu)圖3.4.3 主要器件 TL431 簡(jiǎn)介T(mén)L431

27、是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源7。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（2.5V）到 36V 范圍內(nèi)的任何值。圖 3-6 所示的是 TL431 的管腳圖。TL431 的三個(gè)引腳分別為參考（Reference），陽(yáng)極（Anode），陰極（Cathode）。本實(shí)驗(yàn)中使用 TL431 產(chǎn)生邏輯電平提升所需的中間電平。圖 3-6 TL431 管腳結(jié)構(gòu)圖3.4.4 邏輯電平變換原理CMOS 器件的邏輯電平參數(shù)與供電電壓有一定的關(guān)系8，一般情況下有：Voh Vcc 0.2V，Vih 0.7 Vcc； Vol 0.1V，Vil 0.3 Vcc。其中，Vcc為供電電壓，Voh為輸

28、出最低邏輯 1，Vih輸入最低邏輯 1，Vol為輸出最高邏輯 0，Vil為輸入最高邏輯 0。由此想要從 03.3V 邏輯電平提升至 05V 的邏輯電平，需要設(shè)立一個(gè)中間電平。本次實(shí)驗(yàn)中我們?cè)O(shè)立中間電平為 4V。因?yàn)?4V 滿足：3.3 > 0.7 4，4 0.2 > 0.7 5因此從單片機(jī)輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)提升可達(dá)到所需的邏輯電平，同時(shí)邏輯的工作電壓范圍是 3V18V，可以作為提升電平的器件。翻轉(zhuǎn)。CD4011B3.4.5 邏輯電平變換具體實(shí)現(xiàn)本模塊使用 CD4011B 和 TL431 作為電平轉(zhuǎn)換的器件，兩片 CD4011B 工作電壓分別為 4V 和5V，實(shí)現(xiàn)邏輯電平的兩次提升,

29、具體的實(shí)現(xiàn)電路見(jiàn)圖 3-7。根據(jù) TL431 的工作原理可知𝑅 + 𝑅21𝑈 =𝑈1𝑟𝑒𝑓𝑅2通過(guò)合適的取值，即可使 TL431 產(chǎn)生 4V 的基準(zhǔn)電壓。第 6 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240圖 3-7 邏輯電平變換電路3.5 基帶信號(hào)調(diào)制模塊3.5.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)該模塊根據(jù)差分編碼后的信號(hào)，生成相應(yīng)的字。過(guò)邏輯電平提升模塊后進(jìn)入調(diào)制模塊的器件 AD9850，然后由其根據(jù)字進(jìn)行頻率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求需要完成的調(diào)制方式有 A

30、SK、FSK、DPSK，調(diào)制模塊則需要根據(jù)調(diào)制模式產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的“1”和“0” 的字。3.5.2 主要器件 AD9850 簡(jiǎn)介圖 3-8 AD9850 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AD9850 是高集成度DDS 頻率器9，其內(nèi)部包括可編程DSS 系統(tǒng)、高性能ADC 及高速比較器，全數(shù)字編程的頻率器和時(shí)鐘發(fā)生器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 3-8。AD9850 接口簡(jiǎn)單，可以用8 位并行口或串行口進(jìn)行。32 位頻率字，在 125MHz 時(shí)鐘下，輸出頻率分辨率達(dá) 0.029Hz。5 位相位字，輸出相位分辨率為 11.25°。第 7 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240本實(shí)驗(yàn)中根據(jù)不同的

31、調(diào)制方式與碼元生成不同的而達(dá)到調(diào)制的效果。字，然后AD9850不同的信號(hào)，從3.5.3 直接數(shù)字工作原理直接數(shù)字式頻率綜合器 DDS（Direct Digital Synthesizer）10，實(shí)際上是一種分頻器：通過(guò)編程頻率字來(lái)分頻系統(tǒng)時(shí)鐘（SYSTEM CLOCK）以產(chǎn)生所需要的頻率。DDS 有兩個(gè)突出的特點(diǎn)，一方面，DDS 工作在數(shù)字域，一旦更新頻率字，輸出的頻率就相應(yīng)改變，其跳頻速率高；另一方面，由于頻率字的寬度寬，頻率分辨率高。圖 3-9 是 AD9850 中 DDS 的工作原理圖，它主要分成 3 部分：相位累加器，相位幅度轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）11。圖 3-9 AD9850 內(nèi)

32、部 DDS 工作原理圖相位累加器：正弦波的幅度不是線性的，但是它的相位卻是線性增加的。DDS 正是利用了這一字的位數(shù) N，把 360° 平均分成了2𝑁 等份。假設(shè)系統(tǒng)特點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生正弦信號(hào)。根據(jù) DDS 的頻率時(shí)鐘為𝑓𝑐，輸出頻率為𝑓𝑜𝑢𝑡，每次轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度360°，則可以產(chǎn)生一個(gè)頻率為𝑓𝑐 的正弦波的相位遞2𝑁2𝑁增量。那么只要選擇恰當(dāng)?shù)念l率字M，使得𝑓𝑜𝑢

33、;𝑡 =𝑀 2𝑁𝑓𝑐就可以得到所需要的輸出頻率𝑓𝑜𝑢𝑡:= 𝑓𝑐 𝑀𝑓𝑜𝑢𝑡2𝑁相位幅度轉(zhuǎn)換：通過(guò)相位累加器，我們已經(jīng)得到了Fout 頻率所對(duì)應(yīng)的相位信息，然后相位幅度轉(zhuǎn)換器把 0°360°的相位轉(zhuǎn)換成相應(yīng)相位的幅度值。比如當(dāng) DDS 選擇為 2V p-p 的輸出時(shí)， 45°對(duì)應(yīng)的幅度值為 0.7

34、07V，這個(gè)數(shù)值以二進(jìn)制的形式被送入 DAC。這個(gè)相位到幅度的轉(zhuǎn)換是通過(guò)查表完成的。圖 3-10 串行輸入時(shí)序圖DAC 輸出：代表幅度的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)被送入 DAC 中，并轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)輸出。在圖 3-9 中，DAC 輸出之后可以直接輸出，也可以經(jīng)過(guò)比較器轉(zhuǎn)化為方波后進(jìn)行輸出。本實(shí)驗(yàn)所采用的AD9850 有 40 位字，其功能如圖 3-10 所示。在實(shí)驗(yàn)中本組采用了串行輸入的形式，40位字按照?qǐng)D 3-11 所示的時(shí)序圖進(jìn)行輸出。第 8 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240圖 3-11 AD9850字3.5.4 數(shù)字調(diào)制AD9850 的一類是輸出信號(hào)字具體實(shí)

35、現(xiàn)字由單片機(jī)產(chǎn)生，在程序設(shè)計(jì)上有兩類字，一類是 AD9850 復(fù)位字，另字。本組的分別編寫(xiě)了復(fù)位函數(shù)和寫(xiě)字的函數(shù)。復(fù)位函數(shù)功能是將rest、W_Clk、Fq_Up 三個(gè)通道依次產(chǎn)生一個(gè)上升沿。由前一節(jié)對(duì)于 DDS 工作原理的介紹可以知道，產(chǎn)生一個(gè)調(diào)制信號(hào)只需要根據(jù)當(dāng)前碼元、當(dāng)前的調(diào)制模式以及相關(guān)的調(diào)制信息即可確定唯一的字。所以，對(duì)于字函數(shù)的void AD9850_Wr_Serial(double frequence ,unsigned char w0)為：其第一個(gè)是 double 類型變量 frequence。在函數(shù)中 w0 用于直接輸出，frequence 裝換為 3 個(gè)char 類型的變量

36、依次對(duì)應(yīng)圖 3-11 中的W0-W7、W8-W15、W16-W31；第二個(gè)輸入為 char 類型的變量 w0對(duì)應(yīng)圖 3-10 中的 W32-W39，即信息和相位。在函數(shù)中按照?qǐng)D 3-11 所示時(shí)序?qū)?4 個(gè) char 類型變量順序輸出。圖 3-12 為 AD9850 輸出字的時(shí)序圖。在實(shí)驗(yàn)中本組對(duì)于不同調(diào)制方式下的不同碼元的字如表 3.3 所示。圖 3-12 AD9850字時(shí)序圖表 3.3 不同調(diào)制模式及碼元對(duì)應(yīng)的字*：NOP 表示停止調(diào)制，即不輸出調(diào)制波形；*：freq_mid 表示調(diào)制信號(hào)的中心頻率；*：freq_offset：表示 FSK 調(diào)制中不同碼元所對(duì)應(yīng)載頻與中心頻率的偏差。第 9

37、 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240調(diào)制方式碼元frequencew0相位NOP*1/00.00x4090°ASK1freq_mid*0x000°00.00x020°FSK1freq_mid+freq_offset*0x000°0freq_mid-freq_offset0x000°DPSK1freq_mid0x80180°0freq_mid0x000°3.6機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.6.1 M 序列及相關(guān)信號(hào)發(fā)生(a)三階 M 序列(b)四階 M 序列圖 3-13三階/四階 M 序列、碼元序列及周期

38、序列3.6.2 ASK 調(diào)制信號(hào)(a)(b)(c)(d)圖 3-14 ASK 調(diào)制信號(hào)頻域、時(shí)域波形圖 3-14 中四幅圖為 ASK 調(diào)制信號(hào)的頻域、時(shí)域的波形。圖 3-14(a)中兩個(gè)峰值分別一次諧波和二次諧波，圖 3-14(b)可以看到多個(gè) 諧波分量以及使用示波器解調(diào)后的信號(hào)。從圖中可以 ASK 信號(hào)看出符合課程要求。第 10 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：2002403.6.3 FSK 調(diào)制信號(hào)圖 3-15 中四幅圖為 FSK 調(diào)制信號(hào)的頻域、時(shí)域的波形。圖94.9kHz 和 105.0kHz，符合課程要求。3-15 (b)圖中兩個(gè)峰值分別是(a)(b)(c

39、)(d)圖 3-15 FSK 調(diào)制信號(hào)頻域、時(shí)域波形3.6.4 PSK 調(diào)制信號(hào)圖 3-16 為 PSK 調(diào)制信號(hào)的頻域、時(shí)域的波形。圖 3-16(b)圖中可以看到一次、二次和三次諧波分量，頻率分別為 100.0kHz、200kHz 和 300kHz。圖 3-16(c)和(d)是時(shí)域波形。均符合課程要求。(a)(b)第 11 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240(c)(d)圖 3-16PSK 調(diào)制信號(hào)頻域、時(shí)域波形第 12 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：2002404. 信道模塊的設(shè)計(jì)4.1 信道的組成及主要功能數(shù)字調(diào)制解調(diào)通信

40、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的信道主要包括帶通濾波器（ BPFC ） 和相關(guān)的匹配電路（Matching）。其中帶通濾波器中心頻率為 100kHz，通過(guò)無(wú)源 RLC 電路實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)信道的阻抗匹配，在帶通濾波器兩端又添加了相關(guān)匹配電路。圖 4-1 信道模塊組成框圖本實(shí)驗(yàn)中帶通濾波器的作用是模擬信道，傳輸從機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的信號(hào)。匹配電路是為了貼近工程實(shí)際，減少前后級(jí)電路的反射同時(shí)降低因不匹配對(duì)濾波器造成的影響。4.2 帶通濾波器模塊4.2.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)帶通濾波器的主要功能是傳輸調(diào)制信號(hào)，模擬信道的相關(guān)特性。實(shí)驗(yàn)中帶通濾波器的的指標(biāo)為： 1、中心頻率誤差小于等于 100kHz±3%；2、品質(zhì)因數(shù)大于 4

41、.5 小于等于 5。4.2.2 帶通濾波器原理具體實(shí)現(xiàn)本次實(shí)驗(yàn)課程要求使用 RLC 元件實(shí)現(xiàn)帶通濾波器，本組采用了簡(jiǎn)單易行的串聯(lián) RLC 諧振電路實(shí)現(xiàn)該濾波器。根據(jù)串聯(lián) RLC 電路諧振頻率計(jì)算公式121𝑓 =02𝜋𝐿𝐶以及 RLC 串聯(lián)諧振電路品質(zhì)因數(shù)的計(jì)算公式Q = 2𝜋𝑓0𝐿𝑅可知諧振頻率只和電感、電容有關(guān)，而品質(zhì)因數(shù)在諧振頻率確定的情況下和電感、電阻有關(guān)。在電路中，R 來(lái)自電感自身的電阻以及外接電阻。所以，在選取元件時(shí)首先確定 L 和 C 使其確定的中心頻率在

42、指標(biāo)要求范圍內(nèi)，并且使品質(zhì)因數(shù)略大于 5。然后通過(guò)串接一個(gè)小電阻達(dá)到降低品質(zhì)因數(shù)的目的。第 13 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：2002404.3 帶通濾波器匹配設(shè)計(jì)4.3.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)在設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)使用了頻譜分析指標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)和調(diào)試，頻譜分析儀的輸入輸出端的阻抗為 50，即帶通濾波器是在兩端為 50阻抗的情況制作出來(lái)的。如果就此接在調(diào)制模塊后面， 或者后面直接連接接收模塊會(huì)改變帶通濾波器的工作環(huán)境，使得信道的指標(biāo)發(fā)生變換。為了使得濾波器的工作環(huán)境不變，需在其兩端加入匹配電阻，然后在匹配電阻兩側(cè)加入跟隨電路，使得濾波電路工作在一個(gè)相對(duì)地環(huán)境中。使用頻譜

43、分析儀測(cè)試匹配前后電路的頻響特性，其各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)基本不變：1. 中心（諧振）頻率 100kHz，相對(duì)誤差的絕對(duì)值不得大于 10%（2. 有載品質(zhì)因數(shù)大于 4.5 小于 5。）4.3.2 阻抗匹配原理與具體實(shí)現(xiàn)圖 4-2 無(wú)源 RLC 串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)根據(jù)圖 4-2 所示的無(wú)源 RLC 串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)匹配原理，本實(shí)驗(yàn)中在此電路圖的基礎(chǔ)上兩端加入電壓跟隨器即可完成阻抗匹配。根據(jù)阻抗匹配原理圖（圖 4-2），可設(shè)計(jì)出如下圖所示的電路圖。其中綠色標(biāo)記部分為帶通濾波器電路，其的兩個(gè)電阻為匹配電阻。在匹配電路兩側(cè)還加入了兩個(gè)跟隨電路，其使用的運(yùn)算放大器的型號(hào)為 NE5532。NE5532 將在 5.2 節(jié)中詳細(xì)介

44、紹。圖 4-3 帶通濾波器及其匹配電路第 14 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：2002404.4 信道實(shí)驗(yàn)結(jié)果(a)(b)(c)(d)圖 4-4 帶通濾波器幅頻特性曲線圖4-4(a)為帶通濾波器的幅頻特性曲線13，圖4-4(b)、(c)、(d)分別為前級(jí)阻抗匹配、后級(jí)阻 抗匹配以及前后級(jí)同時(shí)阻抗匹配時(shí)測(cè)得的幅頻特性曲線。依據(jù)圖 4-4 中所測(cè)得的結(jié)果，將相關(guān)參數(shù)列在了表 4.1 中，可以看出在不同匹配情況下的中心頻率保持不變，但是 3dB 帶寬特性會(huì)有所浮動(dòng)。這是因?yàn)橛米鞲S器的兩端并非理想高阻會(huì)對(duì)信道的電阻特性產(chǎn)生一些干擾，但對(duì)電抗特性產(chǎn)生影響。從表中可以看出各

45、項(xiàng)參數(shù)均符合指標(biāo)要求。表 4.1 帶通濾波器不同匹配情況下的特性參數(shù)*：此處匹配特指電路中有無(wú)匹配電阻，在測(cè)試時(shí)測(cè)量線兩端已添加匹配負(fù)載第 15 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240匹配情況*中心頻率（kHz）3dB 帶寬（kHz）品質(zhì)因數(shù)無(wú)匹配98.47820.2534.862前級(jí)匹配98.47821.4714.586后級(jí)匹配98.47819.7314.991前后均匹配98.47821.3244.6184.5 對(duì)信道電路的改進(jìn)4.5.1 主要功能和設(shè)計(jì)原理本組依據(jù)圖 4-3搭建完成信道電路之后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)信道之后的信號(hào)幅值從 2Vpp 衰減到500mVpp

46、左右，在送到解調(diào)電路之前需要先進(jìn)行信號(hào)的放大。經(jīng)分析，我們發(fā)現(xiàn)在在某一頻率下，諧振回路中的電流值是一定的，而輸出電壓的幅值取決于電流大小和𝑅2的大小。們將電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后的電路見(jiàn)圖 4-5。這一特點(diǎn)，我圖 4-5 改進(jìn)后的信道電路4.5.2 改進(jìn)結(jié)果及分析(a)改進(jìn)前(b)改進(jìn)后圖 4-6 改進(jìn)前后的信道的頻響特性曲線從圖 4-6 中可以發(fā)現(xiàn)頻率響應(yīng)的特性沒(méi)有改變，改進(jìn)后的整體的幅值是之前的兩倍多。這是因?yàn)楦倪M(jìn)前后的電路的工作環(huán)境并沒(méi)有改變，但是在電流一定的情況下， 輸出電壓的取決于(𝑅1 +𝑅2 + 𝑅)兩端的電壓，

47、因此輸出電壓幅值可以有明顯的提高。從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看我們似乎取得了不錯(cuò)的效果。但是，考慮到本模塊是用于模擬實(shí)際中的信道這一工程背景。實(shí)際中的信道特性是無(wú)法隨意更改的，我們的設(shè)計(jì)方案就顯得有些脫離實(shí)際了。因此我們組，還是采用了原有的設(shè)計(jì)方案，信號(hào)幅度較小，我們?cè)诤蠹?jí)設(shè)計(jì)了兩個(gè)放大電路。第 16 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：2002405.模塊的設(shè)計(jì)5.1的組成及主要功能數(shù)字調(diào)制解調(diào)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要包括信號(hào)調(diào)理、信號(hào)解調(diào)、位同步恢復(fù)、采樣及譯碼等幾部分。其中信號(hào)調(diào)理和信號(hào)解調(diào)部分通過(guò)焊接電路實(shí)現(xiàn)，其他的三個(gè)部分通過(guò)使用 FPGA 開(kāi)發(fā)板編程實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA 板卡以 B

48、asys2 開(kāi)發(fā)板為載體。圖 5-1模塊組成框圖模塊的主要功能是接收由信道模塊傳輸過(guò)來(lái)的調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行解調(diào)，然后提取出其中的信息。具體來(lái)說(shuō)，解調(diào)包括 ASK 信號(hào)解調(diào)和 FSK 信號(hào)解調(diào)。之后通過(guò)對(duì)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行了碼元同步信號(hào)的額提取以及對(duì)差分譯碼。在 FPGA 板卡對(duì)信息進(jìn)行提取前，又經(jīng)過(guò)了一級(jí)信號(hào)調(diào)理，其目的是將信號(hào)幅值調(diào)節(jié)到合適的大小，以適合 FPGA 板卡的邏輯電平。5.2 信號(hào)放大模塊5.2.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的信號(hào)有較大的幅度衰減，而后級(jí)的解調(diào)電路使用了二極管，因此需要先對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。經(jīng)過(guò)信道后的信號(hào)為 500mV 左右，而二極管的導(dǎo)通電壓一般為 0.7V。再考

49、慮到后級(jí)的解調(diào)使用 FPGA 板卡需要 3.3V 的邏輯信號(hào)。因此此處的信號(hào)放大模塊需要較大的放大倍數(shù)。在本實(shí)驗(yàn)中，我們的最大放大倍數(shù)為 6 倍左右。5.2.2 主要器件 NE5532 簡(jiǎn)介NE5532 是高性能低噪聲雙運(yùn)算放大器集成電路14。與其他相比它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)帶寬，電源電壓范圍大。圖 5-2 為其管腳結(jié)構(gòu)圖。圖 5-2 NE5532 管腳結(jié)構(gòu)圖5.2.3 信號(hào)放和具體實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大模塊使用了反相放大電路，具體電路見(jiàn)圖 5-3。放大倍數(shù)表：第 17 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240A = 𝑈&

50、#119900; = 𝑅2 + 𝑅3𝑈𝑖𝑅2在電路中𝑅2取值為 8.2k，𝑅3為 47k的滑動(dòng)變阻器，則放大倍數(shù)范圍為1,6.7。需要注意的是對(duì)于 ASK 調(diào)制信號(hào)和 FSK 調(diào)制信號(hào)而言，正弦波相位反轉(zhuǎn)并不影響其所攜帶的信息。圖 5-3 信號(hào)放大電路5.3 ASK 解調(diào)模塊5.3.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)ASK 調(diào)制信號(hào)（見(jiàn)圖 3-14）解調(diào)模塊功能是將調(diào)制信號(hào)同載頻上搬移下來(lái)，產(chǎn)生低頻的基帶信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)中該模塊使用包絡(luò)檢波對(duì) ASK 信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，要求解調(diào)信號(hào)與原始信號(hào)基本一致。5

51、.3.2 包絡(luò)檢波原理和具體實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波是從調(diào)幅波包絡(luò)中提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程12。其實(shí)質(zhì)是在載波正周期通過(guò)包絡(luò)電壓對(duì)電容進(jìn)行充電，在負(fù)半周期對(duì)電阻進(jìn)行放電，然后取電阻兩端電壓即為近似的基帶信號(hào)電壓。RC 電路充放電速度由時(shí)間常數(shù)進(jìn)行表征，取值由電容和電阻的決定，其關(guān)系式為 = RC15。圖 5-4 實(shí)驗(yàn)中的檢波電路，取電容為 3000pF，電阻為 20k，可計(jì)算的 = 60s。圖 5-4 包絡(luò)檢波電路5.4 FSK 解調(diào)模塊5.4.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)FSK 調(diào)制信號(hào)（見(jiàn)圖 3-15）由不同頻率的載波信號(hào)組成，F(xiàn)SK 解調(diào)模塊即這一信息對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，產(chǎn)生基帶信號(hào)。此模塊要求對(duì) FSK 信

52、號(hào)中不同載頻能較為明顯地分離開(kāi)，及對(duì)其中一個(gè)載頻有較大的衰減，對(duì)另一個(gè)則較好的保留。第 18 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：2002405.4.2 斜率鑒頻器原理和具體實(shí)現(xiàn)FSK 信號(hào)屬于數(shù)字信號(hào)的頻率調(diào)制，而斜率鑒頻器主要用于 FM 解調(diào)。其解調(diào)過(guò)程為：首先將調(diào)制波變成幅度按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的調(diào)幅調(diào)頻波，然后用包絡(luò)檢波器將幅度變化檢取出來(lái)，即得所需的原調(diào)制信號(hào)。而將信號(hào)幅度按照頻率線性為幅度的變化，則需依靠諧振回路實(shí)現(xiàn)。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)中的 FSK 信號(hào)而言，只有兩個(gè)載頻值。所以，只需在這兩個(gè)頻率點(diǎn)上將其幅度頻率點(diǎn)的線性度則無(wú)需關(guān)心。即可，其他根據(jù)斜率鑒頻器的原理，參

53、考道的帶通濾波器，設(shè)計(jì)了一個(gè)中心頻率為 124kHz 的帶通濾波器（見(jiàn)圖 5-5）。本實(shí)驗(yàn)中 FSK 信號(hào)兩個(gè)頻率分別為 95kHz 和 105kHz，根據(jù)鑒頻器的頻響特性曲線可知，95kHz 的載波分量將會(huì)被衰減到很小，而 105kHz 的載頻則會(huì)保留較大的幅值。之后經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波器即可得到解調(diào)信號(hào)，此時(shí)的信號(hào)含有一定的直流分量。之后分別經(jīng)過(guò)電容和過(guò)零比較器， 即可得到基帶信號(hào)。圖 5-5 斜率鑒頻器5.5 位同步恢復(fù)模塊5.5.1 主要功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)在本實(shí)驗(yàn)中符號(hào)位同步時(shí)鐘恢復(fù)模塊采用數(shù)字鎖相環(huán)法16，通過(guò)對(duì)輸入的基帶信號(hào)進(jìn)行處理， 輸出與基帶信號(hào)相位相同的符號(hào)序列，為之后的觀測(cè)與檢驗(yàn)提供觸

54、發(fā)信號(hào)。要求在波形脈沖的可視相位動(dòng)態(tài)抖動(dòng)范圍20%。5.5.2 位同步恢復(fù)原理圖 5-6 數(shù)字鎖相環(huán)原理框圖第 19 頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣地址：東川路 800 號(hào)郵編：200240符號(hào)位同步時(shí)鐘恢復(fù)的使用數(shù)字鎖相環(huán)法實(shí)現(xiàn)。數(shù)字鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)方案也很多，本次實(shí)驗(yàn)中我們采用了提供的數(shù)字鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)方案，其原理框圖為圖 5-6。圖 5-6 中，“本地時(shí)鐘源”為晶振，經(jīng)適當(dāng)分頻后，輸出 S4 和 S5。S0 是接收到的碼元序列，當(dāng)檢測(cè)到跳變沿時(shí)輸出一個(gè)正脈沖 S1。S9 是本地產(chǎn)生的位同步信號(hào)，與 S1 進(jìn)行“相位比較”，生成 S2 和 S3。S2 高電平，表示 S9 相位超前；S3 高電平，表示 S9 相位滯后。S4 通過(guò)“扣門(mén)”形成 S6，扣門(mén)是的。當(dāng) S9 相