課程設(shè)計(jì)---二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　一．課程設(shè)計(jì)目的--------------------------------2</p><p>　　二．設(shè)計(jì)內(nèi)容----------------------------------------2</p><p>　　三．工作原理----------------------------------------3</p><p>　　3.1數(shù)字

2、調(diào)幅技術(shù)的原理和相關(guān)概念</p><p>　　3.2二進(jìn)制幅移鍵控(ASK)</p><p>　?。?）ASK 信號(hào)的產(chǎn)生</p><p>　?。?）ASK 信號(hào)的解調(diào)方式</p><p>　　四．基于PROTELDE的ASK調(diào)制解調(diào)的仿真電路------------7</p><p>　　4.1ASK 信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)

3、計(jì)</p><p>　　4.2實(shí)際電路中乘法器的實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　4.3解調(diào)電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?）相干解調(diào)</b></p><p>　?。?）非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）</p><p>　　4.4.低濾波電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)</p>

4、;<p>　　4.5.比較電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.6.電壓判決電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.7.ASK 調(diào)制解調(diào)仿真電路綜合設(shè)計(jì)</p><p>　　五．Protel環(huán)境下仿真波形及波形分析-------------------23</p><p>　　5.1電路圖標(biāo)記各點(diǎn)在protel環(huán)境下的仿真波形&l

5、t;/p><p><b>　　5.2波形分析</b></p><p><b>　　5.3.結(jié)論</b></p><p>　　六．心得體會(huì)--------------------------------------30</p><p>　　七．參考資料---------------------------

6、-----------------------------------------31</p><p>　　八．附件----------------------------------------------------------------32</p><p><b>　　一．課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)我們不

7、僅能加深理解和鞏固理論課上所學(xué)的有關(guān)2ASK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的基本概念、基本理論和基本方法，而且能鍛煉我們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；同時(shí)對(duì)我們進(jìn)行良好的獨(dú)立工作習(xí)慣和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，為今后參加科學(xué)工作打下良好的基礎(chǔ)</p><p><b>　　二.設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　1. 基于MATLAB和PROTEL實(shí)現(xiàn)2ASK的設(shè)計(jì)</p><

8、;p>　　2. 熟悉數(shù)字調(diào)幅技術(shù)的有關(guān)原理和實(shí)現(xiàn)方法。</p><p>　　3. 在PORTEL中設(shè)計(jì)ASK調(diào)制解調(diào)電路。</p><p>　　4. 在PROTEL中仿真ASK電路</p><p>　　5. 用MATLAB實(shí)現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)，各模塊的程序以及主程序，設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)。</p><p><b>　　三. 工作原理

9、：</b></p><p>　　1. 數(shù)字調(diào)幅技術(shù)的原理和相關(guān)概念</p><p>　?。?）數(shù)字調(diào)制的概念</p><p>　　用二進(jìn)制（多進(jìn)制）數(shù)字信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)，去控制載波某些參量的變化，這種把基帶數(shù)字信號(hào)變換成頻帶數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為數(shù)字調(diào)制，反之，稱(chēng)為數(shù)字解調(diào)。</p><p>　?。?）數(shù)字調(diào)制的分類(lèi)</p>

10、;<p>　　在二進(jìn)制時(shí)分為：振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）。其中，ASK 屬于線性調(diào)制，F(xiàn)SK、PSK 屬于非線性調(diào)制。</p><p>　　（3）數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）ASK調(diào)制波形與方框圖：</p><p>　　2.二進(jìn)制幅移鍵控(ASK)</p><p>　?。?）

11、ASK 信號(hào)的產(chǎn)生</p><p>　　圖為 ASK 信號(hào)的產(chǎn)生原理</p><p>　　二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型</p><p>　　一個(gè)二進(jìn)制的ASK 信號(hào)可視為一個(gè)單極性脈沖序列與一個(gè)高頻載波的乘積，即ASK 的時(shí)域表達(dá)式為：</p><p>　?。?）ASK 信號(hào)的解調(diào)方式</p><p>　　解調(diào)也可以分成

12、相干解調(diào)與非相干解調(diào)兩類(lèi)。其中相干解調(diào)要求接收端提供相干載波。非相干解調(diào)，就是在接收端不需要相干載波，而根據(jù)已調(diào)信號(hào)本身的特點(diǎn)來(lái)解調(diào)</p><p>　　非相干解調(diào)的原理框圖和波形圖（包絡(luò)檢波法）</p><p>　　2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形</p><p>　　b.相干解調(diào)的原理框圖和波形圖（同步檢測(cè)法）</p><p>　　四

13、．基于PROTELDE的ASK調(diào)制解調(diào)的仿真電路的設(shè)計(jì)及</p><p><b>　　設(shè)置。</b></p><p>　　ASK 信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì) </p><p>　　本次設(shè)計(jì)中采用模擬法，在PROTEL仿真中V1是100KHZ的正弦波，V2是10KHZ的方波。</p><p><b>　　仿真圖如下

14、</b></p><p>　　其中aaa和aab對(duì)應(yīng)的圖形是信號(hào)源V1和V2產(chǎn)生的波形，兩個(gè)信號(hào)經(jīng)乘法器相乘后產(chǎn)生2ASK信號(hào)，如上圖的aac所示，在PROTEL仿真中僅用一函數(shù)模塊代替調(diào)制電路中的乘法器，該函數(shù)模塊可實(shí)現(xiàn)兩信號(hào)相乘的功能。即兩信號(hào)分別從V1和V2端輸入，相乘后的信號(hào)從Q端輸出。</p><p>　　Q端輸出的信號(hào)如下圖：</p><p&g

15、t;　　實(shí)際電路中乘法器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　模擬乘法器是對(duì)兩個(gè)模擬信號(hào)（電壓或電流）實(shí)現(xiàn)相乘功能的的有源非線性器件。主要功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互不相關(guān)信號(hào)相乘，即輸出信號(hào)與兩輸入信號(hào)相乘積成正比. </p><p>　　該乘法器使用MC1496，，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹如下：</p><p>　　圖為MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖</p><p>　

16、　MC1496是四象限模擬乘法器，其內(nèi)部電路圖和引腳圖如圖10-1所示。其中V1、V2與V3、V4組成雙差分放大器，以反極性方式相連接，而且兩組差分對(duì)的恒流源V5與V6又組成一對(duì)差分電路，因此恒流源的控制電壓可正可負(fù)，以此實(shí)現(xiàn)了四象限工作。V7、V8為差分放大器V5與V6的恒流源。</p><p><b>　　帶通濾波器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　帶通濾波器是

17、對(duì)產(chǎn)生的2ASK信號(hào)濾波，其目的是濾除帶外再生，減少帶外噪聲對(duì)有用信號(hào)的干擾。</p><p>　　設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)要注意其相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，如帶通濾波器的中心頻率，帶寬，增益以及品質(zhì)因數(shù)Q.這些參數(shù)的設(shè)計(jì)要根據(jù)輸入濾波器的信號(hào)設(shè)計(jì)。</p><p>　　在PROTEL仿真中，要對(duì)2ASK信號(hào)濾波，需要分析出該信號(hào)的頻域特性。</p><p>　　PROTEL 仿真的

18、2ASK信號(hào)的頻域特性圖如下：</p><p>　　對(duì)上圖AAA的放大圖如下:,</p><p>　　根據(jù)2ASK信號(hào)的頻域特性圖,其能量主要其中100KHZ左右，在設(shè)計(jì)帶通濾波器是其中心頻率應(yīng)選在100KHZ處,濾波器的帶寬設(shè)計(jì)為20KHZ.這樣設(shè)計(jì)濾波器能保留主要有用信號(hào)而濾除帶外噪聲的干擾。</p><p>　　帶通濾波器電路圖如下：</p>&

19、lt;p>　　在PROTEL仿真中由于用到的載波電路為100KHZ，要求該濾波器參數(shù)為：中心頻率為100KHZ，帶寬為20KHZ,Au=10. 在設(shè)計(jì)帶通濾波器的相關(guān)參數(shù)時(shí)可根據(jù)如下方法設(shè)計(jì)。</p><p>　　要求設(shè)計(jì)一個(gè)有源二階帶通濾波器，指標(biāo)要求為：</p><p>　　通帶中心頻率     通帶中心頻率處的電壓放大倍數(shù)： 

20、0; 帶寬：    設(shè)計(jì)步驟： 選用上圖電路。2）該電路的傳輸函數(shù)：               品質(zhì)因數(shù)：           

21、0;            通帶的中心角頻率：         通帶中心角頻率處的電壓放大倍數(shù)：     </p><p><b>　　取，則：</b>

22、;</p><p><b>　　4． 解調(diào)電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?） 相干解調(diào)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中采用相干解調(diào)法，由常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM ）信號(hào)的頻譜可知，如果將已調(diào)信號(hào)的頻譜搬回到原點(diǎn)位置，即可得到原始的調(diào)制信號(hào)頻譜，從而恢復(fù)出原始信號(hào)。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時(shí)的相乘運(yùn)

23、算來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此 V1、V2 相乘后所得 2ASK 信號(hào)再與 V3方波信號(hào)相乘即可實(shí)現(xiàn) ASK 信號(hào)的解調(diào)。電路如下圖所示：</p><p>　　其中V3采用方波信號(hào)，設(shè)置其低電平V2=0V,高電平V1=1V，延遲時(shí)間TD=0us,上升時(shí)間其中V3采用方波信號(hào)TR=O.00001us,下降時(shí)間TF=O.00001us,脈沖寬度PW=5us,脈沖周期PER=10us .</p><p>　　此

24、過(guò)程為信號(hào)的解調(diào)過(guò)程，解調(diào)是調(diào)制的逆變換，即從調(diào)制過(guò)程的高頻信號(hào)中提取原低頻信號(hào)的過(guò)程。本設(shè)計(jì)采用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的解調(diào)。</p><p>　　用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)幅度解調(diào)的原理框圖如下圖：</p><p>　　載波信號(hào) </p><p><b>　　音頻信號(hào)<

25、/b></p><p><b>　　調(diào)幅信號(hào)</b></p><p>　　解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，同樣是利用乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)將音頻信號(hào)從調(diào)幅波中分離出來(lái)。乘法器的兩個(gè)輸入端分別接入調(diào)幅波（下邊帶） = 及與調(diào)制時(shí)的載波信號(hào)同頻同相的載波信號(hào) = t,則可以得到輸出信號(hào)為</p><p>　　=K [ t+ t]</p>

26、;<p>　　通過(guò)低通濾波器濾除其中的高頻分量，則可以得到輸出電壓幅值與原信號(hào)（ = t）略有不同 ，但頻率都為 的低頻信號(hào)。</p><p>　?。?）非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）</p><p>　　解調(diào)也可以分成相干解調(diào)與非相干解調(diào)兩類(lèi)。其中相干解調(diào)要求接收端提供相干載波。非相干解調(diào)，就是在接收端不需要相干載波，而根據(jù)已調(diào)信號(hào)本身的特點(diǎn)來(lái)解調(diào)</p><p

27、>　　非相干解調(diào)的原理框圖和波形圖（包絡(luò)檢波法）</p><p>　　b.相干解調(diào)的原理框圖和波形圖（同步檢測(cè)法）</p><p>　　二極管包絡(luò)檢波電路：</p><p>　　5.低濾波電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用一階濾波電路，由于采用了脈沖周期：PER=10us（f=1/10us=100kHz） 的高頻方波載波信號(hào)，

28、故此處所用濾波器的時(shí)間常數(shù) =1/f=10us ，因此先選定電阻 R1=5k ,與之對(duì)應(yīng)選擇電容 C1=0.002uF,即可滿足此時(shí)間常數(shù)要求。</p><p>　　上圖是經(jīng)低通濾波后的信號(hào)波形。</p><p>　　6.比較電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)</p><p>　　其中 LM339與 R2、R3 構(gòu)成一個(gè)反向器，LM339 工作的正端電壓設(shè)置為5Vdc。其電路如下圖

29、所示</p><p>　　該圖為經(jīng)比較電路仿真后的波形：</p><p>　　7.電壓判決電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)</p><p>　　該處電壓抽樣判決器中負(fù)端工作電壓由 V6 處的 5Vdc 經(jīng) R4、R5構(gòu)成的電壓取樣電路取得 1Vdc 與 LM339 的正端輸入電壓信號(hào)比較，當(dāng)輸入信號(hào)大于 1Vdc 時(shí)，LM339 輸出為高電平，否則為低電平。從而將原低頻調(diào)制信號(hào)解調(diào)還原

30、出來(lái)。電路如下圖所示 </p><p>　　經(jīng)電壓判決后的仿真波形：</p><p>　　8.ASK 調(diào)制解調(diào)仿真電路綜合設(shè)計(jì)</p><p>　　綜合上述各個(gè)電路環(huán)節(jié)，最后得 ASK 調(diào)制解調(diào)的仿真電路以及仿真結(jié)果如下如下圖所示：</p><p>　　電路圖1（仿真電路圖）</p><p>　　電路圖2（總體仿真效

31、果圖）</p><p>　　五．Protel環(huán)境下仿真波形及波形分析</p><p>　　1.電路圖標(biāo)記各點(diǎn)在protel環(huán)境下的仿真波形</p><p>　　該圖為2ASK信號(hào)，為上圖中的AAC節(jié)點(diǎn)處波形</p><p>　　上圖顯示的是調(diào)制后的信號(hào)，也就是2ASK信號(hào)，該信號(hào)是經(jīng)調(diào)制信號(hào)和載頻信號(hào)相乘的結(jié)果。</p><

32、;p>　　該圖為相干解調(diào)后的波形，是電路圖1中的AAE節(jié)點(diǎn)處波形。</p><p>　　上圖波形是相干解調(diào)后的波形，即2ASK信號(hào)與一個(gè)同頻同相的載波相乘，也就是調(diào)制后的波形，該信號(hào)沒(méi)經(jīng)低通濾波，含有高次諧波分量，要經(jīng)相應(yīng)的低通濾波濾除高次諧波后方可得到最后的調(diào)制信號(hào)。</p><p>　　該圖為低通濾波后的波形，即為電路圖1中AAF節(jié)點(diǎn)處波形。</p><p&g

33、t;　　分別是比較判決后的波形</p><p>　　判決器的作用是把輸入的信號(hào)與一個(gè)固定的信號(hào)進(jìn)行比較，最后輸出一個(gè)判決結(jié)果。例如在該2ASK調(diào)制解調(diào)中，就是把輸入的信號(hào)與1進(jìn)行比較，如果輸入信號(hào)大于1，則經(jīng)判決氣后輸出為1，要么為零。</p><p><b>　　總體仿真波形</b></p><p><b>　　2.波形分析：<

34、;/b></p><p>　　通過(guò)觀察各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的波形可知，aac處的波形就是所要產(chǎn)生的2ASK 信號(hào)波形，即調(diào)制波形。AAE處的波形就是將上述2ASK 信號(hào)相干解調(diào)后所得波形，即解調(diào)波形。AAF處波形就是經(jīng)濾波處理后所得波形，AAG處的波形就是電壓判決器電路工作的工作基準(zhǔn)電壓波形,AAK處的波形就是解調(diào)還原出的調(diào)制信號(hào)波形，各觀測(cè)點(diǎn)波形均為預(yù)期波形，說(shuō)明仿真結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，該設(shè)計(jì)具有可實(shí)用性。<

35、/p><p><b>　　3.結(jié)論</b></p><p>　　用一個(gè)乘法器將數(shù)字基帶信號(hào)和載波信號(hào)相乘即可產(chǎn)生2ASK 信號(hào)，再將此 2ASK信號(hào)與一個(gè)同樣的高頻載波信號(hào)相乘即可將此 2ASK信號(hào)實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)，2ASK 信號(hào)通過(guò)濾波器濾除殘余高頻信號(hào)后，送到電壓抽樣判決器然后獲得解調(diào)輸出，其中抽樣判決對(duì)于提高數(shù)字信號(hào)的接收性能十分必要。</p><p

36、><b>　　六．心得體會(huì)</b></p><p>　　在此次課程設(shè)計(jì)中，我所選的課題為二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）信號(hào)的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在MATLAB和protel上的仿真實(shí)現(xiàn)。在上學(xué)期所學(xué)課程——《通信原理》中，我對(duì)2ASK信號(hào)有了一定的了解，諸如一個(gè)二進(jìn)制振幅監(jiān)控信號(hào)可以表示成一個(gè)單極性矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘，而通常2ASK信號(hào)的產(chǎn)生有模擬幅度調(diào)制法和鍵控法兩種，前者

37、主要用一個(gè)乘法器實(shí)現(xiàn)，后者的主要部件是開(kāi)關(guān)電路。同樣，2ASK信號(hào)的基本解調(diào)方法也是有兩種：相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）和非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法），兩種解調(diào)方式的區(qū)別在于相干解調(diào)需要引入一個(gè)同步載波，用來(lái)消除交流信號(hào)，因此更難實(shí)現(xiàn)，但同時(shí)采用相干解調(diào)產(chǎn)生的誤碼率總是小于采用非相干解調(diào)的誤碼率的。基于以上內(nèi)容并查閱相關(guān)資料。我們可以設(shè)計(jì)出大致的原理框圖，然后再通過(guò)驗(yàn)證分析，找出不足并修改。通過(guò)在MATLAB上的仿真調(diào)試或者protel上的仿真調(diào)

38、試我們初步了解并掌握了該軟件的一些基本知識(shí)及相關(guān)操作，如利用protel，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從protel配</p><p><b>　　七．參考資料</b></p><p>　　1 PROTEL 99SE -------夏陸毅--- 希望電子出版

39、社</p><p>　　2 通信原理教材-------------------樊昌信等—高等教育出版社</p><p>　　3 高頻電子線路-------------------黃亞平---- 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　4 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)----------------楊拴科----高等教育出版社</p><p>　　5

40、MATLAB教材-------張明--- 希望電子出版社</p><p>　　6 PROTEL電路設(shè)計(jì)典例-------------------李振軍—電子工業(yè)出版社 </p><p>　　7 PROTEL實(shí)用教程----------------張偉-----人民郵電出版社</p><p><b>　　八．附件</b></p>

41、<p><b>　　仿真原理圖（1）</b></p><p><b>　　仿真結(jié)果圖形（2）</b></p><p>　　PCB版原理圖（3）</p><p><b>　　PCB圖（4）</b></p><p><b>　　PCB版（5）</b>