2fsk調制與解調電路課程設計報告

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 ………………………………………………………………… (2)</p><p>　　1 設計基本原理和系統(tǒng)框圖……………………………………（3）</p><p>　　總體原理………………………………………………………（3） </p><p>　

2、　系統(tǒng)框圖………………………………………………………（3）</p><p>　　1.2.1調制部分…………………………………………………（3）</p><p>　　1.2.2 解調部分………………………………………………（4）</p><p>　　二進制移頻鍵控(2FSK)的參數設置……………………（5）</p><p>　　2 各單元電路

3、設計……………………………………………… （7）</p><p>　　2.1 調制……………………………………………………………（7） </p><p>　　2.1.1時鐘脈沖產生和分頻…………………………………（7）</p><p>　　2.1.2濾波電路和數字鍵控開關……………………………（7）</p><p>　　2.2 解調……………

4、………………………………………………（8）</p><p>　　2.2.1帶通濾波器……………………………………………（8）</p><p>　　2.2.2包絡檢波器和抽樣判決器…………………………（9）</p><p>　　3 系統(tǒng)進行調試結果……………………………………………（10）</p><p>　　結論 ………………………………

5、…………………………………（12）</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………（13）</p><p>　　附錄 …………………………………………………………………（14）</p><p>　　后記 …………………………………………………………………（17）</p><p><b>　　摘

6、要</b></p><p>　　2FSK是一種在無線通信中很有吸引力的數字調制方式，目前在短波，微波和衛(wèi)星通信中均被采用。隨著超大規(guī)模集成電路技術和計算機技術的飛速發(fā)展，數字信號處理（DSP）技術在通信領域中已有了廣泛的應用。本論文研究并實現了基于DSP的全數字2FSK發(fā)送與接收系統(tǒng)。本文分析并防真了基于直接數字頻率合成原理的2FSK全數字調制的方法；分析并防真了基于差分基帶相位傅立葉變換的載波頻偏和

7、位定時算法.最終得到結果如下：　　1.實現了數字的2FSK數字化調制。本文在獨立設計的DSP系統(tǒng)上進行了調制實驗。通過改變程序中的參數，成功實現了多種速率的數據發(fā)送。　　2.實現了2FSK信號的數字化接收。接收工作包括數據的讀入，載波頻偏估計，位同步，解調?！　”驹O計所研究的內容適應當前科學技術的發(fā)展與更新，具有一定的實用價值。本文所提出的實現數字化調制，同步和解調的方法，仍然是當前通信領域中先進的技術，具有一定的理論和實踐意義；

8、在本研究中開發(fā)的DSP目標板可為實驗的后續(xù)研究提供實用的研究平臺。</p><p>　　關鍵詞：2FSK 數字調制調制同步解調</p><p><b>　　正文</b></p><p>　　1 設計基本原理和系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　1.1總體原理</b></p>

9、<p>　　隨著當代經濟的發(fā)展，信息的傳遞起到了至關重要的作用。而傳遞信息都用到了調制與解調。所謂常調制，就是在傳送信號的一方將所要傳送的信號附加在高頻振蕩上，再由天線發(fā)射出去。這里高頻振蕩波就是攜帶信號的運載工具，也叫載波。在線性調制系列中，最先應用的一種幅度調制是全調幅或常規(guī)調幅，簡稱為調幅（AM）。不但在頻域中已調波頻譜是基帶調制信號頻譜的線性位移，而且在時域中，已調波包絡與調制信號波形呈線性關系。任何一種非線性器件

10、都可以用來產生調幅彼。晶體管是一種非線性器件，只要讓其工作在非線性（甲乙類，乙類或丙類）狀態(tài)下，即可用它構成調幅電路。一般總是把高頻載波信號和調制信號分別加在諧振功率放大器的晶體管的某個電極上，利用晶體管的發(fā)射結進行頻率變換，并通過選頻放大，從而達到調幅的目的?！　≡诮邮艿囊环浇涍^解調的過程，把載波所攜帶的信號取出來，得到原有的信息。反調制過程也叫檢波。調制與解調都是頻譜變換的過程，必須用非線性元件才能完成。因此本設計性實驗對集成模擬

11、乘法器的應用做了一下簡單的測試</p><p>　　在FSK移頻數據傳輸中，常用多個頻率來傳送信息，例如，用f1=10KHZ+/-0.5KHZ表示信息“1”，f2=20KHZ表示信息“0”。試用CC4046設計一FSK移頻數據傳輸調制與解調電路，設傳送的信息碼為010（提示：解調電路要用到CC4046中的相位比較器1）。</p><p><b>　　1.2系統(tǒng)框圖</b&

12、gt;</p><p>　　1.2.1 調制部分</p><p>　　2FSK信號的產生方法主要有兩種。第一種是用二進制基帶矩形脈沖信號去調制一個調頻器，如(a)圖所示，使其能夠輸出兩個不同頻率的碼元。第二種方法是用一個受基帶脈沖控制的開關電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出，如(b)圖所示。這兩種方法產生的2FSK信號的波形基本相同，只有一點差異，即由調頻器產生的2FSK信號，在相鄰碼

13、元之間的相位是連續(xù)的，如(c)圖所示；而開關法產生的2FSK信號，則分別由兩個獨立的頻率源產生不同頻率的信號，故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)，如(d)圖所示。本次設計用鍵控法實現2FSK信號。</p><p>　　(c)相位連續(xù) (d)相位不連續(xù)</p><p>　　1.2.2 解調部分</p><p>　　2FSK信號的接收主要分為相干

14、和非相干接收兩類，本次設計采用非相干法(即包絡解調法)，其方框圖如下。用兩個窄帶的分路濾波器分別濾出頻率為和的高頻脈沖，經過包絡檢波后分別取出它們的包絡。把兩路輸出同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數字信號。</p><p><b>　　2FSK</b></p><p><b>　　n(t)</b></p><p&g

15、t;　　FSK信號包絡解調方框圖</p><p>　　設頻率代表數字信號1；代表數字信號0，則抽樣判決器的判決準則：</p><p>　　式中x1和x2分別為抽樣判決時刻兩個包絡檢波器的輸出值。這里的抽樣判決器，要比較x1、x2的大小，或者說把差值x1-x2與零電平比較。因此，有時稱這種比較判決器的判決電平為零電平。</p><p>　　當FSK信號為時，上支路相當

16、于接收“1”碼的情況，其輸出x1為正弦波加窄帶高斯噪聲的包絡，它服從萊斯分布。而下支路相當于接收“0”碼的情況，輸出x2為窄帶高斯噪聲的包絡，它服從瑞利分布。如果FSK信號為，上、下支路的情況正好相反，此時上支路輸出的瞬時值服從瑞利分布，下支路輸出的瞬時值服從萊斯分布。</p><p>　　無論輸出的FSK信號是或，兩路輸出的判決準則不變，因此可以判決出FSK信號。</p><p>　　1

17、.3二進制移頻鍵控(2FSK)的參數設置</p><p>　　在二進制頻移鍵控（2FSK）中，當傳送“1”碼時對應于載波頻率，傳送“0”碼時對應于載波頻率。</p><p><b>　　(3.3-1)</b></p><p>　　其中，，為頻率為的載波的初始相位，為頻率為的載波的初始相位。令為的反碼，即</p><p>

18、<b>　　(3.3-2)</b></p><p>　　則有:當時，;當時，。     　　則2FSK信號可表示為:</p><p><b>　　(3.3-3)</b></p><p>　　其中，我們在分析中假設為單個矩形脈沖序列，其表達式為:</p><p&g

19、t;　　由式(3.3-3)可知，相位不連續(xù)的2FSK信號可以看成是兩個2ASK調幅信號之和.</p><p>　　2FSK信號波形可看作兩個2ASK信號波形的合成。下圖是相位連續(xù)的2FSK信號波形。 </p><p>　　圖3-3-1 2FSK波形</p><p>　　2FSK信號的功率譜密度</p><p>　　可將2FSK信號表示成兩個2

20、ASK信號的和，令: </p><p>　　其中為的反碼，則相位不連續(xù)的2FSK信號可表示為</p><p>　　2 各單元電路設計</p><p><b>　　2.1 調制</b></p><p>　　2.1.1時鐘脈沖產生和分頻</p><p>　　要將NRZ碼經過2FSK調制成為2FSK信

21、號，我們采用一個受基帶脈沖控制的開關電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出。鍵控法產生的FSK信號頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒有過渡頻率，它的轉換速度快，波形好。 </p><p>　　(1)時鐘脈沖產生和分頻器</p><p>　　晶振模塊由晶體4096和反相器7474組成，其輸出一個矩形脈沖，矩形脈沖經過分頻器7474，進行一次分頻，把信號送給數字鍵控開關。一次分頻輸出的信號經過二次分

22、頻后，也送入數字鍵控開關，這樣兩個獨立的振蕩器就設計好了。因為要通過選擇不同頻率的高頻振蕩信號來實現FSK的調制。所以我采用2個D觸發(fā)器7474來進行分頻。其中，U1A是進行2分頻的操作，而將它的輸出信號作為第2個D觸發(fā)器的時鐘信號，所以U2A是進行4分頻的操作。</p><p>　　2.1.2濾波電路和數字鍵控開關</p><p>　　(2)濾波電路和數字鍵控開關</p>

23、<p>　　由于分頻器產生的信號存在干擾，必須設計濾波電路，濾去不需要的干擾成分。由芯片4053構成數字鍵控開關，4053是一個三路二選一模擬開關，通過它對兩路輸入信號進行輸出選擇，其功能表如下</p><p>　　如果用數字信號（從4053-ABC端輸入）來鍵控兩個不同的載波頻率，即信號的符號是用二進制的基帶信號是用“0”和“1”電平來表示的。“1”對應于載波頻率,“0”對應于。這種稱為二進制頻移鍵控

24、（2FSK）。而其振幅和初始相位不變。故其表示式為：</p><p>　　式中，A－振幅 ()是個常數，表明碼元的包絡是矩形脈沖，W1和W0為兩個不同的頻率的碼元的角頻率。其電路圖設計如下：</p><p><b>　　2.2 解調</b></p><p>　　2FSK信號的解調方法有：包絡檢波法、相干解調法、鑒頻法、過零點檢測法等，在這個課程

25、設計里我們采用包絡檢波法。</p><p>　　2.2.1帶通濾波器</p><p>　　此電路通過上、下兩個帶通濾波器，濾去帶外噪聲，濾除掉高次諧波并將校信號放大。上支路只準許頻率為f1的高頻信號通過，下支路只準許為的高頻信號通過。這里我們用放大器741和電容、電阻構成。</p><p>　　2.2.2包絡檢波器和抽樣判決器</p><p>

26、;　　由窄帶濾波器輸出的高頻信號通過變容二極管構成的檢波器，包絡檢波器將各自的包絡取出至抽樣判決器，抽樣判決器在抽樣脈沖到達時對包絡的樣值和 (上邊路為V1,下邊路為)進行判決，判決準則是當抽樣值滿足判為頻率代表的數字基帶信號，即“1”碼；當時判為頻率代表的數字基帶信號，即“0”碼。其電路設計圖如下：</p><p>　　若發(fā)送端調制有“1”，“0”信道噪聲是高斯白噪聲，則信道中傳輸時的為與高斯白噪聲的混合信號，

27、即。此信號通過中心頻率的窄帶濾波器，輸出和窄帶高斯白噪聲混合信號；通過中心頻率的窄帶濾波器輸出是窄帶高斯白噪聲，注意上下兩路噪聲的中心頻率不同。上下兩路通過各自的包絡器進行抽樣判決，若此時，判輸出“1”，這是正確接收；若噪聲使,判決輸出“0”，這是錯誤接收。這樣便能得到對應于原數字信號的基帶脈沖信號，從而達到解調的目的。</p><p>　　3 系統(tǒng)進行調試結果(修改部分)</p><p&g

28、t;　　本次設計系統(tǒng)仿真采用SystemView，它是一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設計、分析和仿真的可視化開發(fā)環(huán)境。它可以構造各種復雜的模擬、數字、數模混合及多速率系統(tǒng)，可用于各種線性、非線性控制系統(tǒng)的設計和仿真。本次設計主要是對系統(tǒng)的發(fā)端和收端進行仿真，其2FSK調制器的輸出端、收端的輸入點（即加了噪聲后接收到的信號）、解調器的輸出端等幾個地方進行測試，其仿真電路圖及仿真波形分別如下圖：</p><p>　　(A)系統(tǒng)仿

29、真電路圖</p><p>　　(B)NRZ碼元波形</p><p>　　(C)鍵控法產生的2FSK波形</p><p>　　(D)上路經過包絡檢波后的波形</p><p>　　(F)下路經過包絡檢波后的波形</p><p>　　(G)2FSK信號經解調后的波形</p><p><b>

30、　　程序：</b></p><p>　　>> echo on</p><p>　　>> SNRindB1=0:2:15;</p><p>　　>> SNRindB2=0:0.1:15;</p><p>　　>> for i=1:length(SNRindB1),</p>

31、<p>　　smld_err_prb(i)=cm_sm52(SNRindB1(i));</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　>> for i=1:length(SNRindB2),</p><p>　　SNR=exp(SNRindB2(i)*log(10)/10);</p>&

32、lt;p>　　theo_err_prb(i)=(1/2)*exp(-SNR/2);</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　>> semilogy(SNRindB1,smld_err_prb,'*');</p><p><b>　　>> hold</b>

33、;</p><p>　　Current plot held</p><p>　　>> semilogy(SNRindB2,theo_err_prb);</p><p>　　下圖為用MATLAB進行FSK原理及誤碼性能仿真圖：</p><p><b>　　結 論</b></p><p>

34、　　本次設計用鍵控法實現2FSK信號。2FSK信號的接收主要分為相干和非相干接收兩類，本次設計采用非相干法(即包絡解調法)，用兩個窄帶的分路濾波器分別濾出頻率為和的高頻脈沖，經過包絡檢波后分別取出它們的包絡。把兩路輸出同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數字信號。</p><p>　　設計由以下單元構成。</p><p><b>　　2FSK調制單元：</b>

35、</p><p>　　要將NRZ碼經過2FSK調制成為2FSK信號，我們采用一個受基帶脈沖控制的開關電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出。鍵控法產生的FSK信號頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒有過渡頻率，它的轉換速度快，波形好。 </p><p>　　(1)時鐘脈沖產生和分頻器</p><p>　　(2)濾波電路和數字鍵控開關</p><p>

36、<b>　　FSK解調單元：</b></p><p>　　2FSK信號的解調方法有：包絡檢波法、相干解調法、鑒頻法、過零點檢測法等，在這個課程設計里我們采用包絡檢波法。</p><p><b>　　(a)帶通濾波器</b></p><p>　　(b)包絡檢波器和抽樣判決器</p><p>　　本次設

37、計實現了2FSK移頻數據傳輸調制與解調電路。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　樊昌信著 通信原理教程 北京 電子工業(yè)出版社 2006 第124頁—第126</p><p>　　王慕坤編著 通信原理 哈爾濱工業(yè)大學出版社 2003.3 </p><p>　　羅衛(wèi)兵、孫樺、張捷編著

38、 SystemView 動態(tài)系統(tǒng)分析及通信 西安 西安電子科技大學出版社 2001 第59頁—第63頁。</p><p>　　鮮繼清、張德民主編 現代通信系統(tǒng) 西安 西安電子科技大學出版社 2002第96頁—第99頁。</p><p>　　王欽笙、毛京麗、朱彤編著 數字通信系統(tǒng) 北京 北京郵電大學出版社 2003第44頁—第49頁。</p><p&g

39、t;　　閻石主編：數字電子技術基礎（第四版）北京 高等教育出版社 2006 第108頁—第112頁。</p><p>　　康華光主編：電子技術基礎模擬部分（第四版）北京 高等教育出版社 2006 第122頁—第128頁。</p><p>　　樊昌信等．通信原理．北京 國際工業(yè)出版社 1995 第124頁—第126頁。</p><p>　　曹志剛，錢亞生．

40、現代通信原理．北京：清華大學出版社．1992 第124頁—第126頁。</p><p>　　朱祥華．現代通信基礎與技術[M]．北京：人民郵電出版社，2004 第77頁—第80頁。</p><p>　　達新宇，陳樹新，王喻，林家薇。通信原理教程.北京：北京郵電大學出版社，2006 第84頁—第86頁。</p><p>　　陳光東，趙性初．單片微型計算機原理與接口

41、技術 北京 北京人民郵電出版社 2005 第54頁—第57頁。</p><p>　　5 附錄（總設計電路圖）</p><p><b>　　附錄（器件清單）</b></p><p>　　表一FSK調制與解調電路設計所需器件</p><p><b>　　后 記</b></p>&

42、lt;p>　　課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異，單片機已經成為當今計算機應用中空前活躍的領域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發(fā)技術是十分重要的。 回顧起此次課程設計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多

43、很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設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，同時在設計的過程中發(fā)現了自己的不足之處，對以所學過的知識理

44、解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。</p><p>　　這次課程設計歷時兩個星期多左右，通過這兩個星期的學習，發(fā)現了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經驗還是比較缺乏，理論聯系實際的能力還急需提高。 這次的課程設計也讓我看到了團隊的力量，我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結協作的精神。剛開始的時候，大家就分配好了各自的任務，大家有的繪制原理圖，進行仿真實驗

45、，有的積極查詢相關資料，并且經常聚在一起討論各個方案的可行性。在課程設計中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協作是我們成功的一項非常重要的保證。而這次設計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。 通過這次課程設計，我想說：為完成這次課程設計我們確實很辛苦，但苦中仍有樂，和團隊人員這十幾天的一起工作的日子，讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下

46、，大學里一年的相處還趕不上這十來天的實習，我感覺我和同學們之間的距離更加近了。這個工程確實很累，但當我們仿真實驗成功的時候，當我們連好線，按下按鈕示波器上顯示的是我一生以來最好聽看的畫面，我們的心</p><p>　　設計，給人以創(chuàng)作的沖動。在畫家眼里，設計是一幅清明上河圖或是一幅向日葵；在建筑師眼中，設計是昔日鎏金般的圓明園或是今日一塑自由女神像；在電子工程師心中，設計是貝爾實驗室的電話機或是華為的程控交換機。

47、凡此種種，但凡涉及設計都是一件良好的事情，因為她能給人以美的幻想，因為她能給人以金般財富，因為她能給人以成就之感，更為現實的是她能給人以成長以及成長所需的營養(yǎng)，而這種營養(yǎng)更是一種福祉，一輩子消受不竭享用不盡。我就是以此心態(tài)對待此次《電子技術》課程設計的，所謂“態(tài)度決定一切”，于是偶然又必然地收獲了諸多，概而言之，大約以下幾點： </p><p>　　一、溫故而知新。課程設計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論

48、知識學習不夠扎實的我深感“書到用時方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實驗手冊，對知識系統(tǒng)而全面進行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領悟諸多平時學習難以理解掌握的較難知識，學會了如何思考的思維方式，找到了設計的靈感。 </p><p>　　二、實踐出真知。關于真理的大討論最終結果是“實踐是檢驗真理的唯一標準”。時至今日，課程設計基本告成，才切身領悟“實

49、踐是檢驗真理的唯一標準”，才明曉實踐出真知。因為在教材上，數字鐘不過是由計數器和譯碼顯碼器組合而成，也便不以為然搭建電路圖，結果電路出現諸多問題，譬如短路開路，EWB中引腳懸空即為低電平，現實中引腳懸空呈現大電阻特性即高電平，不為則不知，無為則無知，實踐出真知。 </p><p>　　三、過而能改，善莫大焉。至善至美，是人類永恒的追求。但是，不從忘卻“金無足赤，人無完人”，我們換種思維方式，去惡亦是至善，改錯亦