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1、武汉理工大学通信原理课程设计说明书目录1二进制频移键控的原理1 1.1一般原理与实现方法1 1.2 FSK信号的解调32单元电路设计6 2.1 2FSK调制系统6 2.2 2FSK解调系统73总体电路图设计94仿真结果105系统元件11 5.1电子开关CD406611 5.2 元件清单126实物制作与调试13 6.1 调试步骤13 6.2 注意事项13 6.3 故障诊断147心得体会15参考文献161二进制频移键控的原理数字频率调制是数据通信使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据通信系统中得到了广泛的应用。11一般原理与实现方法数字频率调
2、制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字调频信号可以分相位离散和相位连续两种情形。若两上振荡器频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两上振荡频率由同一振荡信号源提供，只是对其中一个载波进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“1”对应于载频，而符号“0”对应于载频（与不同的另一载频）的已调波形，而且与之间的改变是瞬间完成的。从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列
3、对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。2FSK键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。2FSK信号的产生方法及波形示例如图1.1所示。图中s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列， 即是2FSK信号。 图1.1 2FSK信号的产生方法及波形示例根据以上2FSK信号的产生原理，已调信号的数字表达式可以表示为 （1-1） 其中，s(t)为单极性非归零矩形脉冲序列 （1-2）（1-3） g(t)是持续时间为 、高度为1的门函数； 为对s(t)逐码元取反而形成的脉冲序列，即 （1-4）
4、是的反码，即若 =0，则 =1；若 =l，则 =0，于是 （1-5）分别是第n个信号码元的初相位。一般说来，键控法得到的 与序号n无关，反映在 上，仅表现出当与改变时其相位是不连续的；而用模拟调频法时，由于与改变时的相位是连续的，故不仅与第n个信号码元有关，而且之间也应保持一定的关系。 由式（1-1）可以看出,一个2FSK信号可视为两路2ASK信号的合成，其中一路以s(t)为基带信号、 为载频，另一路以 为基带信号、为载频。 下图给出的是用键控法实现2FSK信号的电路框图，两个独立的载波发生器的输出受控于输入的二进制信号，按“1”或“0”分别选择一个载波作为输出。 图1.2用键控法实现2FSK
5、信号的电路框图2FSK的的典型时域波形：图1.3 2FSK的典型时域波形图1.2 FSK信号的解调 数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。 1. 包络检波法包络检波法可视为由两路2ASK解调电路组成。这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的2ASK信号带宽；中心频率不同,分别为（、）起分路作用，用以分开两路2ASK信号，上支路对应 ，下支路对应，经包络检测后分别取出它们的包络s(t)及；抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。若上、下支路s(t)及 的抽样值分别用表示，则抽样判决器的判决准则
6、为 图1.4包络检波法原理框图2. 相干检测法 相干检测的具体解调电路是同步检波器，原理方框图如图1.5所示。图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值进行比较判决（判决规则同于包络检波法），即可还原出基带数字信号。 图1.5相干检测法原理框图3. 过零检测法单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。2FSK输入信号经
7、放大限幅后产生矩形脉冲序列，经微分及全波整流形成与频率变化相应的尖脉冲序列，这个序列就代表着调频波的过零点。尖脉冲触发一宽脉冲发生器，变换成具有一定宽度的矩形波，该矩形波的直流分量便代表着信号的频率，脉冲越密，直流分量越大，反映着输入信号的频率越高。经低通滤波器就可得到脉冲波的直流分量。这样就完成了频率幅度变换，从而再根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0”。 图1.6过零检测法原理框图4. 差分检测法差分检波法基于输入信号与其延迟的信号相比较，信道上的失真将同时影响相邻信号，故不影响最终鉴频结果。实践表明，当延迟失真为0时，这种方法的检测性能不如普通鉴频法，但当信道有较严重延迟失
8、真时，其检测性能优于鉴频法。 2单元电路设计设计一个二相移频键控（2FSK）调制与解调系统。已知条件：1.载波信号主频F=11800HZ,，载频F1=2950HZ，载频F2=1475HZ。2.数字基带信号为7位M序列，传输速率约400bit/s。3.不考虑传输信道的加噪，可采用直接传输。2.1 2FSK调制系统调制系统主要由主载波振荡器、分频器、序列发生器、调制器、相加器和有源带通滤波器等构成。其调制电路的组成框图如图2.4所示：主载波振荡器主要提供2FSK的载波和信码的定时信号，可用集成电路（555）构成多谐振荡器，产生的振荡频率为11800Hz载波，要求输出频率可调。序列产生电路序列发生器
9、用D触发器构成四级移位寄存器组成，形成长度为23-1=7位码长的伪随机码序列，码率约为400bit/s。图2.1 序列产生图分频器将主载波按设计要求，一般用D触发器构成适当的分频电路，获得载频f1、f2和序列所需的时钟信号。图2.2 八分频图2.3 四分频调制器调制器可以采用直接选用集成模拟开关图2.4调制部分电路图2.2 2FSK解调系统本次课程设计采用非相干解调法，其电路原理图如图2.5所示：对于非相干检测法，其系统电路构成如图所示。在了解与掌握了2FSK非相干检测法系统电路的基础上，进行自己的设计与实验。需要设计的单元电路有：图2.5解调部分电路图高通滤波器要求采用RC无源电路，构成三阶
10、高通滤波器。已知2FSK的中心频率：f=,且滤波器的通带频率：f=，所以有： C=,R= 低通滤波器低通滤波器为一般RC滤波器电路，电路元件参数计算请参阅高频电子线路中检波器相关章节。电压比较器电压比较器用运算放大器构成迟滞比较器，参考电压给定为0.22V。3总体电路图设计图3.1总体电路图4仿真结果将示波器分别连接P1,P2点，可得M序列与2FSK信号的波形图：图4.1 2FSK信号波形仿真图 将示波器分别连接P1,P3点，可得M序列与2FSK信号解调后的波形图：图4.2 2FSK信后就解调后波形仿真图5系统元件5.1电子开关CD4066CD4066 集成电路内部主要由四路功能完全相同的电子
11、开关组成，各组开关分别受其相应引脚输入的电平控制，使电子开关接通或断开。它们的控制引脚为13脚(控制与间开关)、脚(控制与间开关)、脚(控制与间开关)、12脚(控制与11间开关)。图1.7 四双向模拟开关4066的逻辑符号图输入C开关状态1导通0Z 图1.8 4066功能表当模拟开关的电源电压采用双电源时，例如=5V，=5V（均对地0V而言），则输入电压对称于0V的正、负信号电压（5V5V）均能传输。这时要求控制信号C=“1”为+5V，C=“0”为-5V，否则只能传输正极性的信号电压。5.2 元件清单表5.1 2FSK系统元件清单序号品名型号数量序号品名型号数量1电子开关CD406618电容0
12、.6uF32电阻1k19电容47uF33电阻10k110电容0.47uF14电阻2k111四输入非门74ls0415电阻50312运放Rm74116电阻900113运放Rm31117二极管16实物制作与调试6.1 调试步骤电子电路调试方法有两种，即分块调试法和整体调试法。分块调试是把总体电路按功能分成若干个模块，对每个模块分别进行调试。模块的调试顺序最好是按信号的流向，一块一块的进行，逐步扩大调试范围，最后完成总调。整体调试法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。调试的内容应包括静态与动态调试两部分。静态调试一般是指在没有外加输入信号的条件下，测试电路各点的电位。动态调试包括调试信号幅值、波形、相位关系、频率、放大倍数及时序逻辑关系等。万用表可以测量交、直流电压，交、直流电流，电阻及值，还常用于判断二极管、稳压管、晶体管和电容的好坏与引脚。示波器用于观察与测量电路各点波形幅度、宽度、频率及相位等动态参数。所选用示波器的频带必须大于被测信号的频率，否则，被观察的波形会严重失真。调试中常需外加一定波形的信号，这时需用到信号发生器，如正弦波、三角波、方波及单脉
