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1、* 实践教学实践教学 * 兰州理工大学兰州理工大学 计算机与通信学院 2015 年秋季学期 通信系统综合训练通信系统综合训练 题目：OOK 调制解调电路的设计题目：OOK 调制解调电路的设计 专业班级：通信工程 12 级 1 班专业班级：通信工程 12 级 1 班 姓名：李慧慧姓名：李慧慧 学号：12250116学号：12250116 指导教师：王惠琴指导教师：王惠琴 成绩：成绩： 摘 要摘 要 通信按照传统的理解就是信息的传输，信息的传输离不开它的传输工具，通 信系统应运而生，我们此次课程设计的目的就是要对调制解调的通信系统进行仿 真研究。当然，在通信系统的设计研发过程中，通信系统的软件仿真

2、已成为必不 可少的一部分。我们此次采用 Multisim 动态系统仿真软件，进行仿真。 通常， 调制分为模拟调制和数字调制， 模拟调制。 模拟调制常用的方法有 DSB 调制、SSB 调制；数字调制常用的方法有 BFSK 调制等。经过调制不仅可以进行频 谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合 于信道传输或便于信道多路复用的已调信号。 本文利用 Multisim 软件设计 OOK 的调制和解调电路，并通过分析其输人输出 波形验证所设计电路的正确性。 关键词关键词：数字调制、模拟调制、OOK 目 录目 录 前 言.1 第 1 章 系统概述.2 1.1 设计题目2 1.

3、2 设计目的和内容.2 1.2.1 设计目的2 1.2.2 设计要求.2 1.2.3 设计内容.2 第 2 章 设计原理.3 2.1 原理介绍.3 2.1.1 模拟调制系统原理3 2.1.2 数字调制系统.4 2.1.3 数字调制技术的方法4 2.2 二进制振幅键控的基本原理4 第 3 章 系统调试及分析.5 3.1 调制电路.5 3.1.1 基带信号发生电路设计.5 3.1.2 载波发生器电路设计.6 3.1.3 调制电路设计.7 3.2 解调电路.8 3.2.1 全波整流电路设计.8 3.2.2 通滤波器设计.10 3.2.3 样判决器设计.10 3.2.4 解调电路设计.11 结 论.1

4、3 致谢.14 参考文献.15 1 前 言前 言 通信按照传统的理解就是信息的传输。在当今高度信息化的社会，信息 和通信已成为现代社会的命脉。信息作为一种资源，只有通过广泛传播与交 流，才能产生利用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产力的发展， 创造出巨大的经济效益。可以预见，未来的通信对人们的生活方式和社会的 发展将会产生更加重大和意义深远的影响。 在通信系统中，从消息变换过来的原始信号所占的有效频带往往具有频 率较低的频谱分量(例如语音信号),如果将这种信号直接在信道中进行传输， 则会严重影响信息传送的有效性和可靠性,因此这种信号在许多信道中均是 不适宜直接进行传输的。随着数字化波形

5、测量技术和计算机技术的发展，可 以使用数字化方法实现调制与解调过程。 调制在通信系统中具有重要的作用。 通过调制， 不仅可以进行频谱搬移， 把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信 道传输或便于信道多路复用的已调信号。在无线遥测遥控系统和无线电技术 中调制就是用基带信号控制高频载波的参数，使这些参数随基带信号变化。 用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。已调信号通过信道传送到 接收端，在接收端经解调后恢复成原始基带信号。 2 第 1 章 系统概述第 1 章 系统概述 1.1 设计题目1.1 设计题目 基于 Multisim 的调制与解调电路设计 1.2 设计目的

6、和内容1.2 设计目的和内容 1.2.1 设计目的 通过本次课程设计，使学生加深对所学通信原理知识的理解，培养学生 专业素质，提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后的专 业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。 1.2.2 设计要求 1掌握通信系统安装的基本知识和技能，培养学生对通信电路系统的 整机调试和检测的能力。 2掌握通信电路的设计方法，进行设计简单的通信电路系统。 3通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法，能够分析简单 通信系统的性能。 1.2.3 设计内容 1设计一个模拟线性调制系统：用 Multisim 软件对 AM 调幅进行仿真， 并分析其输出波形和解调波形

7、。 2设计一个数字调制系统：用 Multisim 软件对二进制振幅键控进行仿 真，并分析其输出波形和解调波形。 3 tm tsm 乘法器 th 第 2 章 设计原理第 2 章 设计原理 2.1 原理介绍2.1 原理介绍 2.1.1 模拟调制系统原理 模拟调制系统可分为线性调制和非线性调制，本课程设计只研究线性调 制系统的设计与仿真。 线性调制系统中， 常用的方法有 AM 调制， DSB 调制等。 线性调制的一般原理： 载波：)cos()( 0 tAts c 调制信号：)cos()()( 0 ttAmts cm 式中 m(t)表示基带信号。 线性调制器一般模型如图 2-1 所示： 图 2-1 线

8、性调制系统的一般模型 在该模型中，适当选择带通滤波器的冲击响应 h(t)，便可以得到各种线性调 制信号。 OOK 解调原理如下： 图 2-2 OOK 解调原理框图 输入 已调信号 带通 滤波器 包络 检波器 低通 滤波器 抽样 判决器 定时 脉冲 输出 基带信号 4 2.1.2 数字调制系统 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。为了使数字信号在带通 信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性 相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信 号的过程称为数字调制。在接收端通过调制器把带通信号还原成数字基带信 号的过程称为数字解调。 2.1.3 数

9、字调制技术的方法 数字调制技术有两种方法： 利用模拟调制的方法去实现数字式调制， 即把数字调制看成是模拟调制 的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理； 利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。 这种方法通常称为键控法。对载波的幅度进行键控得到振幅键控信号，本课 程设计只研究振幅键控。 2.2 二进制振幅键控的基本原理2.2 二进制振幅键控的基本原理 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位 保持不变。OOK 是 ASK 调制的一个特例，开关键控（OOK）原理如图 2-3 所 示： 图 2-3 OOK 调制原理图 开关电路受基带信号)(t

10、m的控制。当)(tm信号为“1”时，载波)(tf通 过开关电路，即)()(tfts；当)(tm信号为“0”时，开关接地，)(tf输出为 “0” ，即0)(ts。 载波发生器 开关电路 )(tf )(tm )(ts 5 第 3 章 系统调试及分析第 3 章 系统调试及分析 3.1 调制电路3.1 调制电路 3.1.1 基带信号发生电路设计 基带信号连续产生序列的工作原理，如图 3-1 所示： 图 3-1 信号序列发生器 基带信号发生电路图，首先，开关 S1 是闭合的，即 S0S1=10，当开关 S1 断开时，S0S1=11，此时 74LS194 开始植入初值 ABCD=1010；当开关 S1 再

11、次闭合时，74LS194 开始工作，连续产生序列 0101 1110 0010 011。基带信 号发生电路图，如图 3-2 所示： 图 3-2 基带制信号序列发生器电路 1001 ABDC 6 示波器 XSC1 能够观察到输出的二进制序列， 通过观察发现波形正是 序列 0101 1110 0010 011 的循环，二进制序列波形，如图 3-3 所示： 图 3-3 二进制序列波形 3.1.2 载波发生器电路设计 西勒振荡电路是另一种改进型电容三点式振荡器，其电路图如图 3-4 所 示： 图 3-4 西勒振荡电路 电容 C2、C3、C4 的取值原则同克拉泼振荡电路。它与克拉泼振荡电路 的不同点仅在

12、于回路电感 L 两端并联一个可变电容 C6。这种电路同样具有 频率稳定度高的显著特点。 7 MHz CCL C CCCCCC CCC L f30 )(2 1 2 1 64 6 424332 432 0 （3-1） 经计算得nHL150，FC10 4 ，pFC5 .17 6 。 通过西勒振荡电路图中的 XFC1 和 XSC1 能够观察到西勒振荡电路的频 率如图 3-5 所示： 图 3-5 振荡电路频率 通过西勒振荡电路图中的 XFC1 和 XSC1 能够观察到西勒振荡电路的波 形如图 3-6 所示： 图 3-6 振荡电路波形 3.1.3 调制电路设计 调制电路设计部分，OOK 调制电路如图 3-

13、7 所示： 8 图 3-7 OOK 调制电路 载波信号接入 MC74HC4066D 的 1A 脚，二进制序列信号接入 MC74HC4066D 的 1EN 脚，载波信号与二进制序列信号经过 MC74HC4066D 作用后从 1Y 脚输出。 OOK 调制波形如图 3-8 所示： 图 3-8 OOK 调制波形 3.2 解调电路3.2 解调电路 3.2.1 全波整流电路设计 全波整流电路如图 3-9 所示，工作原理：当输入信号为负时，运放 U1A 输出为正， 二极管 D1 导通， 因此电路相当于反相比例放大器， 又因为 R1=R2， 所以 Vo=-Vi；当输入信号为正时，运放 U1B 输出为正，二极管

14、 D4 导通。两 个运放出来的信号相加，从而达到全波整流的目的。 9 图 3-9 全波整流电路 该电路是一种基于运放的精密全波整流电路，由 4 个二极管组成。该电路的 的优点是匹配电阻少，只要求 R1=R2。 全波整流波形如图 3-10 所示： 图 3-10 全波整流波形 10 3.2.2 通滤波器设计 有源二阶低通滤波器电路如图 3-11 所示，截止频率 CR f 14 . 3 3 1 。 图 3-11 低通有源二阶滤波器电路 电阻 R1 和电阻 R2 的阻值相同都是 1K 欧姆， 电容 C1 和 C2 的容值相同 都是 10pF， 芯片选择 NE5532P， 代入截止频率的计算公式可得二阶

15、低通滤波 器的截止频率约为 15MHz。因为基带信号是 468.78KHz，所以二阶低通滤波 器的截止频率为 15MHz 符合要求，能够将调制信号中的高频成分去掉。 滤波前后信号的波形如图 3-12 所示： 图 3-12 低通滤波器滤波前后的波形 3.2.3 样判决器设计 选用常用的电压比较芯片 LM339 构成电压比较器电路， 通过调节电位器 R11 的阻值改变判决电压的大小，当输入信号的电压大于判决电压时，输出 为高电位，当输入信号的电压小于判决电压时，输出为低电位。抽样判决的 芯片选用 SN74HC74N。当时钟信号为上升沿时，输出信号与输入信号相同， 并且在下一个上升沿到来前，输出信号

16、保持不变。判断为高电平阀值电压为 3.15V，判断为低电平的阀值电压为 1.35V。抽样判决电路如图 3-13 所示： 11 图 3-13 抽样判决电路 抽样判决前后的波形如图 3-14，如图 20 所示： 图 3-14 抽样判决前后的波形 红色波形为抽样判决之前的，蓝色波形为抽样判决之后的。对于 2ASK 系统，判决器的最佳判决门限为 a/2（当 P(1)=P(0)时） 。它与接收机输入信 号的幅度有关。当信道特性发生变化时，接收机输入信号的幅度将随着发生 变化，从而导致最佳判决门限也将随之改变。这是，接收机不容易保持在最 佳判决门限状态，因此，2ASK 对信道的特性变化敏感。 3.2.4 解调电路设计 OOK 解调电路图如图 3-15 所示，左端是全波整流电路，中间为低通滤 波器电路，右端是抽样判决电路。 12 图 3-15 OOK 解调电路 本次设计的解调电路采用的就是非