2FSK通信原理實驗報告.

1、實驗項目名稱FSK通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)綜合實驗電路設(shè)計實驗成績實驗者專業(yè)班級同組者實驗日期咅B(yǎng)分：實驗預(yù)習(xí)報告（包括實驗?zāi)康?、意義，實驗基本原理與方法，主要儀器設(shè)備及耗材，實驗方案與技術(shù)路線等）一、實驗?zāi)康耐ㄟ^2FSK通信系統(tǒng)綜合設(shè)計實驗，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)基本理論知識的綜合運(yùn)用；進(jìn)一步 提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手、獨立開展電路實驗的機(jī)會，鍛煉分析、 解決通信技術(shù)電路問題的本領(lǐng)，真正實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設(shè) 計與制作，初步體驗從事通信產(chǎn)品研發(fā)的過程；增強(qiáng)學(xué)生的實際能力；掌握使用

2、Multisim軟件的操作方法。二、設(shè)計內(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)計出整個2FSK傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)方案與電路；技術(shù)指標(biāo)： 主載頻為16KHZ f1= 8KHZ; f2 =4KHZ。數(shù)字基帶信號時鐘頻率 fs =1000bit/s ； m序列產(chǎn)生器（7位或15位），作為數(shù)字基帶信號，傳輸速率fs=1000bit/s ； 調(diào)制器采用鍵控方式；解調(diào)器可采用非相干解調(diào)（過零檢測）技術(shù)。（在時間充足的情況下，選做2FSK的載波提取，實現(xiàn)相干解調(diào)或用模擬鎖相環(huán)解調(diào)）實驗要求：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

3、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；掌握調(diào)制、解調(diào)的基本原理。通過實際的方案分析進(jìn)行比較，初步 掌握簡單實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)規(guī)范，能按綜合實驗設(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)計和實驗 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o符號出現(xiàn)的概率為p, 1出現(xiàn)的概率為1- p，它們彼此獨立，那么，2FSK信號便是1符號對應(yīng)于載頻3 1,而0對應(yīng) 于載頻3 2 （與3 1不同的另一個載頻）的已

4、調(diào)波形，而且3 1、3 2的改變是瞬間就能完成的。容易想到，2FSK可以利用一個矩形脈沖序列對一個載波進(jìn)行調(diào)頻，使其能夠輸出2個不同頻率的碼元。2FSK信號的產(chǎn)生，可以采用模擬調(diào)頻法來實現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實現(xiàn)。圖 3-1是數(shù)字鍵控法產(chǎn)生 2FSK信號的原理圖：掌握簡單實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)規(guī)范，能按綜合實驗設(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)計和實驗 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o符號出現(xiàn)的概率為p, 1出現(xiàn)的

5、概率為1- p，它們彼此獨立，那么，2FSK信號便是1符號對應(yīng)于載頻3 1,而0對應(yīng) 于載頻3 2 (與3 1不同的另一個載頻)的已調(diào)波形，而且3 1、3 2的改變是瞬間就能完成的。容易想到，2FSK可以利用一個矩形脈沖序列對一個載波進(jìn)行調(diào)頻，使其能夠輸出2個不同頻率的碼元。2FSK信號的產(chǎn)生，可以采用模擬調(diào)頻法來實現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實現(xiàn)。圖 3-1是數(shù)字鍵控法產(chǎn)生 2FSK信號的原理圖：圖3-1數(shù)字鍵控法實現(xiàn)2FSK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(t)控制。由圖1-1可知，S(t)為“ 1 ”時，正脈沖使門電路 1接通，門2斷開，輸出頻率為f1

6、;數(shù)字信號為“ 0”時，門1斷 開，門2接通，輸出頻率為f2。在一個碼元Tb期間輸出3 1或3 2兩個載波之一。由于兩個 頻率的振蕩器是獨立的，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。這種方法的特點是轉(zhuǎn)換速率快，波形好，頻率穩(wěn)定度高，電路簡單，得 到廣泛應(yīng)用。對應(yīng)圖3-1 (a)和(b) ，2FSK調(diào)制器各點的時間波形如圖 1-2所示，圖中波形g可以看成是 兩個不同頻率載波的 2ASK信號波形e和波形f的疊加?？梢?，2FSK信號由兩個2ASK信號相 加構(gòu)成。其信號的時域表達(dá)式：SFSK takg t kTb cos 吐 1 akg t kTb co

7、s ?t 2kk% iO I|4-O|s 一_1 1iif -頃I I1 二:m 十 fT/WVWWWWWWWWV r -懾TWVW 働圖3-2 2FSK調(diào)制器各點的時間波形本次綜合設(shè)計實驗調(diào)制部分正是采用此方法設(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)與零電平軸交叉的次數(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：圖3-3 2FSK過零檢測解調(diào)電路原理框圖輸入的FSK信號經(jīng)限幅放大后成為矩形脈沖波，再經(jīng)過微

8、分電路得到雙向尖脈沖，然后 整流得到單向尖脈沖，每個尖脈沖表示一個過零點， 尖脈沖的重復(fù)頻率就是信號頻率的兩倍。 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，即與輸入信號成正比。所以經(jīng)過低通濾波器輸出的平均分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 原理框圖及各點波形如圖 3-4所示。_rLn_rLnn_rTjmnrLr下 IF I!TLLkXXKXA,” iwmmrLrLTLrLJinnnnnnnr圖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

9、電路設(shè)計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信號，它可用門電路或集成電路(555)構(gòu)成多諧振蕩器。本實驗系統(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)。為簡化實驗電路，本次實驗系統(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)計算其實際電路如圖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，在三個與非門之間加入了一個R(R1)C(C1)延時網(wǎng)絡(luò)，由于RC較大，可忽略tpd。接通電源時，C的充放電使“ A”點電壓發(fā)生變化。每當(dāng)”A”點到達(dá)閾值電壓VT=1.4V時，電路就會翻轉(zhuǎn)，電路不停的自動翻轉(zhuǎn)，就會在Vo端

10、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：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 fl、f2 和M序列所需的時鐘信號。本實驗系統(tǒng)，將主載波16KHZ進(jìn)行二分頻得8KHZ信號作fl ;將8KHZ載波進(jìn)行二分頻得 4KHZ信號作f2 ；再將4KHZ四分頻得1KHZ信號作為fs，為M序列發(fā) 生器提供編碼時鐘信號。分頻器的實際電路如圖4-3所示：圖4-3 分頻器電原理圖 分頻電路輸出信號波形如圖4-4所示：四級

11、偽隨機(jī)碼Q3Q2Q1Q0111101110011圖4-4分頻電路輸出信號波形3、m序列發(fā)生器電路設(shè)計與工作原理m序列也稱作偽隨機(jī)序列，它的顯著特點是：（a）隨機(jī)特性；（b）預(yù)先可確定性；（c）可重復(fù)實現(xiàn)。本次綜合設(shè)計要求用D觸發(fā)器構(gòu)成四級移位寄存器，形成長度為24-仁15位碼長的偽隨機(jī)碼序列，碼率約為1000bit/s。1010CPCP時鐘輸入74L304DU14Ar Vb輸出為1當(dāng)輸入信號電壓 Vi Vb 輸出為03圖4-13電壓比較器電路原理圖圖4-14電壓比較器電路輸出信號波形圖8抽樣判決器電路組成與工作原理抽樣判決器的功用是： 在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻（由位定時脈沖控制

12、）對接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號。過零檢測電壓比較器輸出的信號，必須進(jìn)行碼再生電路 （即抽樣判決電路） 才能恢復(fù)出和發(fā)送端相同的非歸零碼。在2FSK通信系統(tǒng)中，抽樣判決電路通常用觸發(fā)器對判決信號進(jìn)行 抽樣再生，其基本電路如圖4-15所示：輸出信號波形如圖 4-16所示。由圖可見，該電路使用D觸發(fā)器構(gòu)成，其時鐘信號是由碼元定時電路恢復(fù)的與發(fā)送端同 頻同相的位同步信號。圖5-15抽樣判決電路原絆調(diào)桔5-74LST4理圖圖5-2調(diào)制與解調(diào)電路各主要信號測試波形圖元件清單574LS, 4LS74D74LS, T4LS20N274LS, 74LS8BD1? rfi, U7, US UG5JL3JLi 115U16U9, U20 (J21. U22JLQ, 1111, U12, HT, W JL*)DI, D2U24, 361 OOH刊咫蝕 LmiT UL8封裝匙IPC-2221A/2222H014:PC-73S1DO141PC-2221A/3222W