實驗指導書 第4節(jié) 2FSK調(diào)制與解調(diào)實驗

2FSK調(diào)制與解調(diào)實驗一、實驗目的：1、了解二進制移頻鍵控2FSK信號的產(chǎn)生過程及電路的實現(xiàn)方法。2、了解非相干解調(diào)器過零檢測的工作原理及電路的實現(xiàn)方法。3、了解相干解調(diào)器鎖相解調(diào)法的工作原理及電路的實現(xiàn)方法。二、實驗內(nèi)容：1、了解相位不連續(xù)2FSK信號的頻譜特性。2、了解2FSK調(diào)制，非相干、相干解調(diào)電路的組成及工作原理。3、觀察2FSK調(diào)制，非相干、相干解調(diào)各點波形。三、實驗原理：數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK），二進制頻移鍵控記作2FSK。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”對應于載頻占，而符號“0”對應于載頻'（與用不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且占與蘇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)，故應用廣泛。2FSK信號的產(chǎn)生方法及波形示例如圖所示。圖中s（t）為代表信息的二進制矩形脈沖序列，乳⑥即是2FSK信號。NFKNFK信號產(chǎn)生方法及波形示例]00Inn；f1f2f2fl二進制頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信中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)、抗噪聲和抗衰落性能較強，因此在中低速通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應用。本實驗2FSK信號的產(chǎn)生是采用鍵控法原理，利用數(shù)字基帶信號控制電子開關電路對兩個不同的頻率源進行選通，所產(chǎn)生的信號相位不連續(xù)。見調(diào)制器框圖。

2FSK調(diào)制器框圖本實驗2FSK信號的解調(diào)是采用過零檢測法和鎖相解調(diào)法，通過兩種解調(diào)方式的比較，可以了解各自的優(yōu)缺點。1、2FSK調(diào)制器2FSK調(diào)制器是由晶體振蕩器、分頻電路、碼產(chǎn)生電路、帶通濾波器、模擬開關電路所組成。（1）晶體振蕩器和分頻器：晶體振蕩器是一個用晶體和與非門構成的自激多諧振蕩器。實驗電路中的晶體頻率fo選為4096KHz,移頻鍵控的兩個頻率分別是f1=1MHz,f2=2MHz,時鐘信號=256KHz。同時實驗板設置了外時鐘、外碼元接口由開關選擇，便于系統(tǒng)實驗使用。經(jīng)U14a二分頻得到2MHz方波再經(jīng)U14b二分頻得到1MHz方波。經(jīng)過分頻得到256KHz時鐘。（2）碼產(chǎn)生電路：SW8位撥碼開關、D5?D12共8支發(fā)光二級管與排阻組成碼產(chǎn)生顯示電路。碼的設置可以隨意選擇，八位碼的某一位是'1”時，發(fā)光二極管亮紅燈，同時將高電平送入U474LS151數(shù)據(jù)輸入端。U474LS151中S為使能控制端，A、B、C是三個選擇輸入端，Z是輸出端，Z為反碼輸出。其功能表如下：地址使能輸出CBASZZXXX1010000D0D0010D]D0100DD20110D3D31000D4D41010D5D51100D6D61110d,DU374LS161在時鐘控制下QoQ1Q2端口出現(xiàn)X=8種不同的地址碼，分別是：000、001、010、011、100、101、110、111。帶通濾波器將1MHz、2MHz方波濾除諧波后，輸出1MHz、2MHz的正弦信號作為兩個頻率的載波信號，f1=1MHz,f2=2MHz.模擬開關電路：采用4052雙四選一模擬開關電路U13產(chǎn)生2FSK信號。2、2FSK解調(diào)器2FSK解調(diào)器在數(shù)字解調(diào)模塊中。本實驗采用了非相干方式的過零檢測法與相干解調(diào)的鎖相解調(diào)法。非相干方式的過零檢測器。方框圖如下：非相干方式過零檢測器方框圖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)可以得到關于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。過零檢測法方框圖及各點波形如圖下所示。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。這樣就完成了頻率一幅度變換，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”。，jmmLO_n_nn?r由于2FSK信號的數(shù)字調(diào)頻波過零點隨不同載頻而不同，我們將2FSK信號的通過放大整形，形成矩形脈沖，分別送入U18a單穩(wěn)觸發(fā)器實現(xiàn)上升沿觸發(fā)。進入U18b單穩(wěn)觸發(fā)器實現(xiàn)下降沿觸發(fā)的，然后將兩個單穩(wěn)觸發(fā)器輸出脈沖相加。相加器采用或非U19a,U19b實現(xiàn)。這一過程實際起到微分、整流、脈沖形成的作用。所得到的是與頻率變化相應的脈沖序列。這個序列就代表的調(diào)頻波的過零點。脈沖序列經(jīng)過低通濾波器濾除高次諧波，便能得到對應的原數(shù)字基帶信號。為了得到較好的濾波效果，采用有源無限增益多路反饋的低通濾波電路。單運放為U20,U19c為整形輸出，U23a為再生電路。相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖下所示。圖中兩個帶通濾波器起分路作用。它們的輸出分別與相應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嚇烏進行比較判決，則抽樣判決器的判決準則為判為了<v2,判為％”即可還原出基帶數(shù)字信號相干解調(diào)方式的鎖相解調(diào)器工作原理?？驁D如下:相干解調(diào)鎖相解調(diào)器框圖四、基本實驗參考實驗步驟：1、調(diào)制器熟悉數(shù)字調(diào)制模塊以及電路原理，正確接通電源。將開關S1置內(nèi)碼，S2置本地時鐘，S3置2MHz正弦，S6置1MHz正弦，S4置絕對碼。用示波器和頻率計觀察4096KHz(T1)、2048KHZ(T2)、1024KHz(T3)、256KHz(T4)時鐘頻率，觀察畫出波形觀察濾波后的2MHz(T17)、1MHz(T11)正弦信號波形，觀察畫出波形將撥碼開關SW碼置10001100，示波器可在T6絕對碼處監(jiān)視，觀察畫出波形觀察2FSK輸出波形P22，觀察畫出波形將噪聲源噪聲輸出2端送入2FSK輸出部分的噪聲輸入端P21。用示波器觀察加噪后的2FSK信號的波形(P22)。2、非相干過零檢測解調(diào)和相干鎖相解調(diào)熟悉數(shù)字解調(diào)器模塊，了解過零檢測器電路原理及各點測試孔位置。將電源線正確連通數(shù)字解調(diào)模塊一12V、+12V、地。將信道模型器開關K3置非畸變