fsk通信系統(tǒng)的設(shè)計

1、目錄1二進制頻移鍵控的原理11.1一般原理與實現(xiàn)方法11.2FSK 信號的解調(diào)32單元電路設(shè)計62.12FSK 調(diào)制系統(tǒng)62.22FSK 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115.1電子開關(guān) CD4066115.2元件清單126實物制作與調(diào)試 136.1調(diào)試步驟136.2注意事項13武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書6.3故障診斷 147心得體會 15 參考文獻 161 二進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 容易實現(xiàn)， 抗噪聲和抗衰減性能較強， 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 一般原理與實現(xiàn)方法數(shù)字頻

2、率調(diào)制又稱頻移鍵控（ FSK），二進制頻移鍵控記作 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1-1)武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書頻 （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

3、上講，數(shù)字調(diào)頻可用模擬調(diào)頻法來實現(xiàn)，也可用鍵控法來實現(xiàn)。模擬 調(diào)頻法是利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻， 是頻移鍵控通信方式早期 采用的實現(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 不同的獨立頻率源進行選通。 鍵控法的特點是轉(zhuǎn)換速度快、 波形好、 穩(wěn)定度高且 易于實現(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)字表達式可以表示為其中，s（t） 為單極性非歸零矩形脈沖序列（1-2

4、 ）（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=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)系圖 1.2 用鍵控法實現(xiàn)2FSK信號的電路框圖A0-A武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書由式（ 1-1 ）可以看出 , 一個 2FSK信號可視為兩路 2A

5、SK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現(xiàn) 2FSK信號的電路框圖，兩個獨立的載波發(fā)生器的輸出受控于輸入的二進制信號，按“ 1”或“ 0”分別選擇一個載波作為輸出。2FSK的的典型時域波形：ar21011t0 Ts 2Ts 3Ts 4TsS2FSK(t)1.2FSK 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（帶武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書寬相同，皆為相應(yīng)的 2ASK信號帶寬；

6、中心頻率不同 , 分別為( 、 )起分路 圖 1.3 2FSK 的典型時域波形圖作用，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 樣判決器的判決準則為圖 1.4 包絡(luò)檢波法原理框圖2.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

7、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。武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書圖 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 波的過零點數(shù)隨不同載頻而異， 故檢出過零點數(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。尖脈沖觸發(fā)一寬脈沖發(fā)生器， 變換成具有一定寬

8、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武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書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)信道有較嚴重延遲失真時， 其檢測性能優(yōu)于鑒 頻法。武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書2 單元電路設(shè)計設(shè)計

9、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。2.12FSK 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)

10、器構(gòu)成四級移位寄存器組成，形成長度為 23-1=7 位碼長的偽隨機碼序列，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。7武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書圖 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2.22FSK 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 非相武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書圖 2.5 解調(diào)部分電路圖高通濾

11、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：f= f1 f22 ,且濾波器的通帶頻率： f H=12kRC，所以有： C= 1 fR ,R= 1fC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算放大器構(gòu)成遲滯比較器， 參考電壓給定為 0.22V。武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書3 總體電路圖設(shè)計10武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書4 仿真結(jié)果圖 3.1 總體電路圖11武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書將示波器分別連接 P1,P2 點，可得 M序列與 2FSK信號的波形圖：圖 4.1

12、2FSK 信號波形仿真圖將示波器分別連接 P1,P3 點，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12武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書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uO uI0Z圖 1.8 4066 功能表當(dāng)模擬開

13、關(guān)的電源電壓采用雙電源時，例如 VDD =5V，VSS=5V（均對地 0V 而言），則輸入電壓對稱于 0V 的正、負信號電壓（ 5V 5V）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。13武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書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47uF33電阻10k110電容0.47uF14電阻2k111四輸入非門74ls0415電阻50312運放Rm74116電阻900113運放Rm31117二極管114武漢理工大學(xué)

14、通信原理課程設(shè)計說明書6實物制作與調(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，一塊一塊的進行，逐步擴大調(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， 不進行分塊調(diào)試， 實行一次性總調(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、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、

15、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 電路和晶體管的引腳是否接錯， 焊點是否牢固等等。 一定要調(diào)試好所需要的電源 電壓數(shù)值，然

16、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)進行測試。 應(yīng) 認真測量和記錄測試數(shù)據(jù)， 并對測試數(shù)據(jù)進行分析， 最后做出測試結(jié)論， 確定電15武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書路的技術(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)首先單獨進行調(diào)試， 之

17、后才能按信號流向順序進行分塊調(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，要認真細致觀測勤于記錄。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載。 對照電路圖， 仔細檢查故障模塊內(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。16武漢理工大

18、學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書7心得體會在此次課設(shè)中， 我深刻體會到了自己知識的缺乏。 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現(xiàn)。 另外，還要考慮它的可行性， 實用性等等。 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， 通過這次實習(xí)。 使我的理論知識上升 到了一個實踐的過程。 同時在實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際相結(jié)合是很重要的， 只有理論知識 是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論， 才能真正為社會服務(wù)， 從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 在設(shè)計 的過程中遇到