FSK通信系統(tǒng)的設(shè)計

1、目錄1二進(jìn)制頻移鍵控的原理1 1.1一般原理與實(shí)現(xiàn)方法1 1.2 FSK信號的解調(diào)32單元電路設(shè)計6 2.1 2FSK調(diào)制系統(tǒng)6 2.2 2FSK解調(diào)系統(tǒng)73總體電路圖設(shè)計94仿真結(jié)果105系統(tǒng)元件11 5.1電子開關(guān)CD406611 5.2 元件清單126實(shí)物制作與調(diào)試13 6.1 調(diào)試步驟13 6.2 注意事項(xiàng)13 6.3 故障診斷147心得體會15參考文獻(xiàn)161二進(jìn)制頻移鍵控的原理數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信使用較早的一種通信方式。由于這種調(diào)制解調(diào)方式容易實(shí)現(xiàn)，抗噪聲和抗衰減性能較強(qiáng)，因此在中低速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。11一般原理與實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK），二進(jìn)制頻

2、移鍵控記作2FSK。數(shù)字調(diào)頻信號可以分相位離散和相位連續(xù)兩種情形。若兩上振蕩器頻率分別由不同的獨(dú)立振蕩器提供，它們之間相位互不相關(guān)，這就叫相位離散的數(shù)字調(diào)頻信號；若兩上振蕩頻率由同一振蕩信號源提供，只是對其中一個載波進(jìn)行分頻，這樣產(chǎn)生的兩個載頻就是相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2FSK信號便是符號“1”對應(yīng)于載頻，而符號“0”對應(yīng)于載頻（與不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且與之間的改變是瞬間完成的。從原理上講，數(shù)字調(diào)頻可用模擬調(diào)頻法來實(shí)現(xiàn)，也可用鍵控法來實(shí)現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個矩形脈沖序列對一個載波進(jìn)行調(diào)頻，是頻移鍵控通信

3、方式早期采用的實(shí)現(xiàn)方法。2FSK鍵控法則是利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。鍵控法的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實(shí)現(xiàn)，故應(yīng)用廣泛。2FSK信號的產(chǎn)生方法及波形示例如圖1.1所示。圖中s(t)為代表信息的二進(jìn)制矩形脈沖序列， 即是2FSK信號。 圖1.1 2FSK信號的產(chǎn)生方法及波形示例根據(jù)以上2FSK信號的產(chǎn)生原理，已調(diào)信號的數(shù)字表達(dá)式可以表示為 （1-1） 其中，s(t)為單極性非歸零矩形脈沖序列 （1-2）（1-3） g(t)是持續(xù)時間為 、高度為1的門函數(shù)； 為對s(t)逐碼元取反而形成的脈沖序列，即 （1-4）是的反碼，即若 =0，則 =1；若

4、 =l，則 =0，于是 （1-5）分別是第n個信號碼元的初相位。一般說來，鍵控法得到的 與序號n無關(guān)，反映在 上，僅表現(xiàn)出當(dāng)與改變時其相位是不連續(xù)的；而用模擬調(diào)頻法時，由于與改變時的相位是連續(xù)的，故不僅與第n個信號碼元有關(guān)，而且之間也應(yīng)保持一定的關(guān)系。 由式（1-1）可以看出,一個2FSK信號可視為兩路2ASK信號的合成，其中一路以s(t)為基帶信號、 為載頻，另一路以 為基帶信號、為載頻。 下圖給出的是用鍵控法實(shí)現(xiàn)2FSK信號的電路框圖，兩個獨(dú)立的載波發(fā)生器的輸出受控于輸入的二進(jìn)制信號，按“1”或“0”分別選擇一個載波作為輸出。 圖1.2用鍵控法實(shí)現(xiàn)2FSK信號的電路框圖2FSK的的典型時域

5、波形：圖1.3 2FSK的典型時域波形圖1.2 FSK信號的解調(diào) 數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，如鑒頻法、相干檢測法、包絡(luò)檢波法、過零檢測法、差分檢測法等。 1. 包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法可視為由兩路2ASK解調(diào)電路組成。這里，兩個帶通濾波器（帶寬相同，皆為相應(yīng)的2ASK信號帶寬；中心頻率不同,分別為（、）起分路作用，用以分開兩路2ASK信號，上支路對應(yīng) ，下支路對應(yīng)，經(jīng)包絡(luò)檢測后分別取出它們的包絡(luò)s(t)及；抽樣判決器起比較器作用，把兩路包絡(luò)信號同時送到抽樣判決器進(jìn)行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號。若上、下支路s(t)及 的抽樣值分別用表示，則抽樣判決器的判決準(zhǔn)則為 圖1.4包絡(luò)檢波法原理框圖2.

6、 相干檢測法 相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖1.5所示。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡(luò)檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應(yīng)的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值進(jìn)行比較判決（判決規(guī)則同于包絡(luò)檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號。 圖1.5相干檢測法原理框圖3. 過零檢測法單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點(diǎn)的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的高低。數(shù)字調(diào)頻波的過零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點(diǎn)數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。2FSK輸入信號經(jīng)放大限幅后產(chǎn)生矩形脈沖序列，經(jīng)微分

7、及全波整流形成與頻率變化相應(yīng)的尖脈沖序列，這個序列就代表著調(diào)頻波的過零點(diǎn)。尖脈沖觸發(fā)一寬脈沖發(fā)生器，變換成具有一定寬度的矩形波，該矩形波的直流分量便代表著信號的頻率，脈沖越密，直流分量越大，反映著輸入信號的頻率越高。經(jīng)低通濾波器就可得到脈沖波的直流分量。這樣就完成了頻率幅度變換，從而再根據(jù)直流分量幅度上的區(qū)別還原出數(shù)字信號“1”和“0”。 圖1.6過零檢測法原理框圖4. 差分檢測法差分檢波法基于輸入信號與其延遲的信號相比較，信道上的失真將同時影響相鄰信號，故不影響最終鑒頻結(jié)果。實(shí)踐表明，當(dāng)延遲失真為0時，這種方法的檢測性能不如普通鑒頻法，但當(dāng)信道有較嚴(yán)重延遲失真時，其檢測性能優(yōu)于鑒頻法。 2單

8、元電路設(shè)計設(shè)計一個二相移頻鍵控（2FSK）調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)。已知條件：1.載波信號主頻F=11800HZ,，載頻F1=2950HZ，載頻F2=1475HZ。2.數(shù)字基帶信號為7位M序列，傳輸速率約400bit/s。3.不考慮傳輸信道的加噪，可采用直接傳輸。2.1 2FSK調(diào)制系統(tǒng)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、相加器和有源帶通濾波器等構(gòu)成。其調(diào)制電路的組成框圖如圖2.4所示：主載波振蕩器主要提供2FSK的載波和信碼的定時信號，可用集成電路（555）構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生的振蕩頻率為11800Hz載波，要求輸出頻率可調(diào)。序列產(chǎn)生電路序列發(fā)生器用D觸發(fā)器構(gòu)成四級移位寄存器組成，

9、形成長度為23-1=7位碼長的偽隨機(jī)碼序列，碼率約為400bit/s。圖2.1 序列產(chǎn)生圖分頻器將主載波按設(shè)計要求，一般用D觸發(fā)器構(gòu)成適當(dāng)?shù)姆诸l電路，獲得載頻f1、f2和序列所需的時鐘信號。圖2.2 八分頻圖2.3 四分頻調(diào)制器調(diào)制器可以采用直接選用集成模擬開關(guān)圖2.4調(diào)制部分電路圖2.2 2FSK解調(diào)系統(tǒng)本次課程設(shè)計采用非相干解調(diào)法，其電路原理圖如圖2.5所示：對于非相干檢測法，其系統(tǒng)電路構(gòu)成如圖所示。在了解與掌握了2FSK非相干檢測法系統(tǒng)電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)行自己的設(shè)計與實(shí)驗(yàn)。需要設(shè)計的單元電路有：圖2.5解調(diào)部分電路圖高通濾波器要求采用RC無源電路，構(gòu)成三階高通濾波器。已知2FSK的中心頻率

10、：f=,且濾波器的通帶頻率：f=，所以有： C=,R= 低通濾波器低通濾波器為一般RC濾波器電路，電路元件參數(shù)計算請參閱高頻電子線路中檢波器相關(guān)章節(jié)。電壓比較器電壓比較器用運(yùn)算放大器構(gòu)成遲滯比較器，參考電壓給定為0.22V。3總體電路圖設(shè)計圖3.1總體電路圖4仿真結(jié)果將示波器分別連接P1,P2點(diǎn)，可得M序列與2FSK信號的波形圖：圖4.1 2FSK信號波形仿真圖 將示波器分別連接P1,P3點(diǎn)，可得M序列與2FSK信號解調(diào)后的波形圖：圖4.2 2FSK信后就解調(diào)后波形仿真圖5系統(tǒng)元件5.1電子開關(guān)CD4066CD4066 集成電路內(nèi)部主要由四路功能完全相同的電子開關(guān)組成，各組開關(guān)分別受其相應(yīng)引腳

11、輸入的電平控制，使電子開關(guān)接通或斷開。它們的控制引腳為13腳(控制與間開關(guān))、腳(控制與間開關(guān))、腳(控制與間開關(guān))、12腳(控制與11間開關(guān))。圖1.7 四雙向模擬開關(guān)4066的邏輯符號圖輸入C開關(guān)狀態(tài)1導(dǎo)通0Z 圖1.8 4066功能表當(dāng)模擬開關(guān)的電源電壓采用雙電源時，例如=5V，=5V（均對地0V而言），則輸入電壓對稱于0V的正、負(fù)信號電壓（5V5V）均能傳輸。這時要求控制信號C=“1”為+5V，C=“0”為-5V，否則只能傳輸正極性的信號電壓。5.2 元件清單表5.1 2FSK系統(tǒng)元件清單序號品名型號數(shù)量序號品名型號數(shù)量1電子開關(guān)CD406618電容0.6uF32電阻1k19電容47u

12、F33電阻10k110電容0.47uF14電阻2k111四輸入非門74ls0415電阻50312運(yùn)放Rm74116電阻900113運(yùn)放Rm31117二極管16實(shí)物制作與調(diào)試6.1 調(diào)試步驟電子電路調(diào)試方法有兩種，即分塊調(diào)試法和整體調(diào)試法。分塊調(diào)試是把總體電路按功能分成若干個模塊，對每個模塊分別進(jìn)行調(diào)試。模塊的調(diào)試順序最好是按信號的流向，一塊一塊的進(jìn)行，逐步擴(kuò)大調(diào)試范圍，最后完成總調(diào)。整體調(diào)試法是把整個電路組裝完畢后，不進(jìn)行分塊調(diào)試，實(shí)行一次性總調(diào)。調(diào)試的內(nèi)容應(yīng)包括靜態(tài)與動態(tài)調(diào)試兩部分。靜態(tài)調(diào)試一般是指在沒有外加輸入信號的條件下，測試電路各點(diǎn)的電位。動態(tài)調(diào)試包括調(diào)試信號幅值、波形、相位關(guān)系、頻率

13、、放大倍數(shù)及時序邏輯關(guān)系等。萬用表可以測量交、直流電壓，交、直流電流，電阻及值，還常用于判斷二極管、穩(wěn)壓管、晶體管和電容的好壞與引腳。示波器用于觀察與測量電路各點(diǎn)波形幅度、寬度、頻率及相位等動態(tài)參數(shù)。所選用示波器的頻帶必須大于被測信號的頻率，否則，被觀察的波形會嚴(yán)重失真。調(diào)試中常需外加一定波形的信號，這時需用到信號發(fā)生器，如正弦波、三角波、方波及單脈沖波等，以測試電路的工作情況。任何組裝好的電子電路，在通電調(diào)試之前，必須認(rèn)真檢查電路連線是否有錯誤。檢查的方法是對照電路圖，按一定的順序逐級對應(yīng)檢查。特別要注意電源是否接錯，電源與地是否有短接，二極管方向和電解電容的極性是否接反，集成電路和晶體管的

14、引腳是否接錯，焊點(diǎn)是否牢固等等。一定要調(diào)試好所需要的電源電壓數(shù)值，然后才能給電路接通電源。電源一經(jīng)接通，不要急于用儀器觀察波形和數(shù)據(jù)，而是要觀察是否有異?，F(xiàn)象，如冒煙、異常氣味、放電的聲音、元器件發(fā)燙等。如果有，不要驚慌失措，而應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新接通電源。然后再測量每個集成塊的電源引腳的電壓是否正常，以確信集成電路是否已通電工作。6.2 注意事項(xiàng)電路經(jīng)靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試正常之后，即可對課題要求的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測試。應(yīng)認(rèn)真測量和記錄測試數(shù)據(jù)，并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后做出測試結(jié)論，確定電路的技術(shù)指標(biāo)是否符合設(shè)計要求。采用分塊調(diào)試方法時，對那些非信號流向上的電路應(yīng)首先單獨(dú)進(jìn)行調(diào)試，之后

15、才能按信號流向順序進(jìn)行分塊調(diào)試。測試前，應(yīng)熟悉所使用儀器的使用方法，測試時應(yīng)注意儀器的地線與被測試電路的地線是否接好。測試過程中，不論是更換元器件，或是更改連線，一定要先關(guān)斷電源，待更換完畢經(jīng)檢查無誤后方可再通電。測試過程中，要認(rèn)真細(xì)致觀測勤于記錄。6.3 故障診斷檢察元器件引腳電源電壓。確定電源是否是否正常。檢查電路關(guān)鍵點(diǎn)上電壓的波形和數(shù)值是否合乎要求。判斷故障來自故障模塊本身還是負(fù)載。對照電路圖，仔細(xì)檢查故障模塊內(nèi)電路是否有錯。檢查、元器件是否已損壞、儀器是否有問題及使用是否得當(dāng)。重新分析電路原理圖是否存在問題。是否應(yīng)該對參數(shù)等做出合理的修改。7心得體會在此次課設(shè)中，我深刻體會到了自己知識

16、的缺乏。我深深的感覺到自己知識的不足，自己原來所學(xué)的東西只是一個表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有很多問題。在設(shè)計電路時，還要考慮到它的前因后果。什么功能需要什么電路來實(shí)現(xiàn)。另外，還要考慮它的可行性，實(shí)用性等等。這樣，也提高了我的分析問題的能力。原來，我們學(xué)習(xí)的電路只是一個理論知識，通過這次實(shí)習(xí)。使我的理論知識上升到了一個實(shí)踐的過程。同時在實(shí)踐中也加深了我們對理論知識的理解。為我們提供一個學(xué)以致用的平臺，更好地鞏固和復(fù)習(xí)以前所學(xué)的知識，是一次很好的學(xué)習(xí)過程。這次通信原理課程設(shè)計的幾天里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的

17、知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。參考文獻(xiàn)1 樊昌信,吳成柯.通信原理 第五版.北京：國防工業(yè)出版社,20032 曹志剛.現(xiàn)代通信原理與技術(shù) .北京：清華大學(xué)出版社,20013 錢亞生.現(xiàn)代通信原理.北京：

18、清華大學(xué)出版社,19944王興亮.通信系統(tǒng)原理教程.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,20075 沈振元.通信系統(tǒng)原理.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,1993tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN6