杭電通信系統(tǒng)課程設(shè)計實驗報告

1、 通信系統(tǒng)課程設(shè)計實驗報告 姓 名： 田昕煜 學(xué) 號： 13081405 班 級： 通信四班 班級號： 13083414 基于FSK調(diào)制的PC機通信電路設(shè)計一、目的、內(nèi)容與要求目的: 掌握用FSK調(diào)制和解調(diào)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的方法,掌握FSK調(diào)制和解調(diào)電路中相關(guān)模塊的設(shè)計方法。初步體驗從事通信產(chǎn)品研發(fā)的過程. 課程設(shè)計任務(wù)： 設(shè)計并制作能實現(xiàn)全雙工FSK調(diào)制解調(diào)器電路，掌握用Orcad Pspice、Protel99se進行系統(tǒng)設(shè)計及電路仿真。 要求：合理設(shè)計各個電路，盡量使仿真時的頻率響應(yīng)和其他參數(shù)達到設(shè)計要求。盡量選擇符合標(biāo)稱值的元器件構(gòu)成電路，正確完成電路調(diào)試。 二、總體方案設(shè)計信號調(diào)制過程如

2、下： 調(diào)制數(shù)據(jù)由信號發(fā)生器產(chǎn)生（電平為TTL，波特率不超過9600Baud），送入電平/幅度調(diào)整電路完成電平的變換，再經(jīng)過鎖相環(huán)（CD4046）,產(chǎn)生兩個頻率信號分別為30kHz和40kHz（發(fā)“1”時產(chǎn)生30kHz方波，發(fā)“0”時產(chǎn)生40kHz方波），再經(jīng)過低通濾波器2，變成平滑的正弦波，最后通過線圈實現(xiàn)單端到差分信號的轉(zhuǎn)換。 信號的解調(diào)過程如下： 首先經(jīng)過帶通濾波器1，濾除帶外噪聲，實現(xiàn)信號的提取。在本設(shè)計中FSK信號的解調(diào)方式是過零檢測法。所以還要經(jīng)過比較器使正弦信號變成方波，再經(jīng)過微分、整流電路和低通濾波器1實現(xiàn)信號的解調(diào)，最后經(jīng)過比較器使解調(diào)信號成為TTL電平。在示波器上會看到接收數(shù)

3、據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)是一致的。 各主要電路模塊作用： 電平/幅度調(diào)整電路：完成TTL電平到VCO控制電壓的調(diào)整； VCO電路：在控制電壓作用下，產(chǎn)生30KHz和40KHz方波； 低通2：把30KHz、40KHz方波濾成正弦波； 線圈：完成單端信號和差分信號的相互轉(zhuǎn)換； 帶通1：對帶外信號抑制，完成帶內(nèi)信號的提??； 限放電路：正弦波整形成方波，同時保留了過零點的信息； 微分、整流、脈沖形成電路：完成信號過零點的提?。?低通1：提取基帶信號，實現(xiàn)初步解調(diào)； 比較器：把初步解調(diào)后的信號轉(zhuǎn)換成TTL電平三、單元電路設(shè)計原理與仿真分析(1)帶通1(4階帶通)- 接收濾波器（對帶外信號抑制，完成帶內(nèi)信號的提?。?

4、要求通帶：26KHz46KHz，通帶波動3dB；阻帶截止頻率：fc75KHz時，要求衰減大于10dB。經(jīng)分析，二級四階巴特沃斯帶通濾波器來提取信號。 具體數(shù)值和電路見圖1仿真結(jié)果見圖2。圖1 圖2(2) 低通1 (4階低通)- 提取基帶信號，實現(xiàn)初步解調(diào) 這兩個低通的指標(biāo)一樣，可用一通帶（0-20KHz）波動為3dB，3dB截止頻率為20KHz的四階切比雪夫低通濾波器實現(xiàn)。計算得理論值：C2=333p，C1=24p，R1=R2=86.9k，R3=57.2k具體數(shù)值和電路見圖3仿真結(jié)果見圖4。圖3 圖4(3) 低通2 (4階低通)把30kHz,40kHz方波濾成正弦波可用一通帶波動為3dB，3d

5、B截止頻率為50KHz的四階巴特沃茲濾波器實現(xiàn)。電路形式采用多路反饋（MFB）有源濾波器，用兩級二階（四階）低通濾波器串聯(lián)實現(xiàn)。具體數(shù)值和電路見圖5仿真結(jié)果見圖6。 圖5 圖6(4)限放電路設(shè)計 正弦波整形成方波，同時保留了過零點的信息限放電路采用過零點比較器（LM339）制作，比較電壓為0，即當(dāng)輸入信號的電壓在零點處變化時，輸出信號發(fā)生階躍。比較電壓的值就是R8上的電壓，即輸入的直流電壓在R8上的分壓。要使比較電壓為0，則R4與R8的比值應(yīng)盡量大，使R8上的電壓盡可能接近于0。在圖7中，R4與R8的比值為10：1，所以進入電壓比較器LM339第5腳的電壓接近于0，滿足了比較電壓的要求。另外，

6、電路中要求R3與R1、R2相加值的比值應(yīng)等于R4與R8的比值，在實際電路中取R3=R4=100k，R8=10k，R1=R2=5.1k，符合了要求。具體數(shù)值和電路見圖7仿真結(jié)果見圖8。圖7圖8(5)微分、整流、脈沖形成電路 R1和C1構(gòu)成一個微分電路，作為方波信號的高電平輸出。R2和C2構(gòu)成另一個微分電路，作為方波信號的低電平輸出。具體數(shù)值和電路見圖9仿真結(jié)果見圖10。 圖9 圖10(6)比較器 把初步解調(diào)后的信號轉(zhuǎn)換成TTL電平比較器的電路形式與限幅放大電路相同，只是比較電壓不同。它的比較電壓即R1和R2上的分壓值，這個比較電壓值也是輸入的方波信號的高電平與低電平的平均值。這里取R1=40k，

7、R26k，R3=3k，R4=10meg，實際電路中，R2為一10k的可調(diào)電阻。具體數(shù)值和電路見圖11仿真結(jié)果見圖12。 圖11圖12(7)電平/幅度調(diào)整電路 完成TTL電平到VCO控制電壓的調(diào)整根據(jù)VCO電路的實際調(diào)試結(jié)果得出與各頻率相對應(yīng)的輸入電壓即電平/幅度調(diào)整電路的輸出電壓，并據(jù)此進行Pspice仿真。在實際電路中R175k，Rf是一阻值為10k的可調(diào)電阻，所以調(diào)整Rf可以改變輸出Vo的大小，若減小Rf，則Vo增大；若增大Rf，則Vo減小，據(jù)此進行電路調(diào)整，使輸出符合要求。而電阻R2、R3的分壓值決定了輸出Vo的中心電平，在實際電路中，R2為一阻值為10k的可調(diào)電阻，改變R2，可以調(diào)整輸

8、出Vo的中心電平，使輸出滿足要求。 中心頻率fo=35kHz時對應(yīng)的電壓為1.9V，f=30kHz對應(yīng)的電壓為1.74V，f=40kHz對應(yīng)的電壓為2.08V，這就是電路輸出的直流電壓分量和方波信號的電壓范圍。其中直流電壓就是TL084第3腳輸入的電壓V1，即5V的電源電壓在R3上的分壓。按比例計算得R2、R3的值。輸出的方波信號的電壓Vo由R2、Rf來調(diào)節(jié)，使之高低電平分別為1.74V和2.08V，在Pspice仿真中使用參數(shù)掃描，得到符合要求的R2、Rf值。具體數(shù)值和電路見圖13仿真結(jié)果見圖14。圖13 圖14(8) 系統(tǒng)PCB版圖四、調(diào)試過程分析1. 檢查電源 檢查+5V、GND、-5V

9、是否正確，然后進行調(diào)試。2. 調(diào)制調(diào)試（1） 鎖相環(huán)調(diào)試 斷開S3。調(diào)整R28，使CD4046的輸出（4號腳）為 35KHZ的方波； 在S3的圓腳加入調(diào)制數(shù)據(jù)，0為GND，1為5VCC，調(diào)整電位器R30，使CD4046的輸出分別為30KHZ和40KHZ；（2） 低通濾波器2的調(diào)試 斷開S2，觀察低通濾波器2的頻率特性。S2的圓角輸入Vpp為1V，頻率為5K-50K的的正弦波信號（每次增加5KHZ），在U1（TL084）的第8引腳觀測輸出波形，記錄Vpp，與仿真結(jié)果比較；（3）放大電路驅(qū)動 連接S2，在輸出端（J7）觀測并記錄放大驅(qū)動電路的輸出結(jié)果；3.解調(diào)調(diào)試：（1）帶通濾波器1的調(diào)試（2）限放電路記微分整流脈沖形成電路的調(diào)試（3）低通濾波器1（4）比較電路的調(diào)試4硬件電路板及調(diào)試結(jié)果波形圖五、總結(jié)本次課程設(shè)計分為軟件部分