ASK调制与解调电路设计

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1、电力系统自动化课程设计任务书题目ASK调制与解调电路设计及仿真学生姓名学号专业班级设 计 内 容 与 要 求一、设计内容1. 对电力系统远动信息传输系统的主要环节进行理论分析和研究。2. 熟悉数字调幅技术的有关原理和实现方法。3. 设计ASK调制解调电路。4. 熟悉ORCAD软件的应用，学习元件库使用、原理图的建立以及应用原 理图进行仿真的基本方法。5. 撰写设计报告，报告要求有以下内容：1）画出所设计电路的原理图。2）对电路中各功能环节的工作原理进行分析。3）针对所设计的电路，说明各种器件参数选择的理由。4）画出各个环节的波形图，并对仿真结果进行分析，验证设计的正确性。5）总结电路调试过程所

2、遇到的问题及解决方法。6）课程设计的结论。二、设计要求1. 掌握电力系统远动信息传输的基本过程。2. 掌握电力系统远动信息过程中ASK数字调幅与解调的基本原理。3. 学习使用ORCAD进行仿真的基本方法。4. 设计ASK调制解调的仿真电路，并在PSPICE环境进行仿真验证，观察各环节的波形，并能做出正确分析。起止时间2008年12月21日 至 2008 年12月26日指导教师签名年 月日系（教研室）主任签名年 月日学生签名年 月日目录一. 背景描述,二. 设计内容,三. 工作原理，,，四. 电路设计及参数设置五. 仿真及波形分析,六. 设计总结,参考文献,一.背景描述： 电力系统远动技术是为电

3、力系统调度服务的远距离监测、控制技 术。由于电能生产的特点，能源中心和负荷中心一般相距甚远，电力系 统分布在很广的地域，其中发电厂、 变电所、电力调度中心和用户之间 的距离近则几十公里，远则几百公里甚至数千公里。要管理和监控分布 甚广的众多厂、所、站和设备、元器件的运行工况，已不能用通常的机 械联系或电联系来传递控制信息或反馈的数据， 必须借助于一种技术手 段，这就是远动技术。 它将各个厂、所、站的运行工况 （包括开关状态、 设备的运行参数等） 转换成便于传输的信号形式，加上保护措施以防止 传输过程中的外界干扰， 经过调制后，由专门的信息通道传送到调度所。 在调度所的中心站经过反调制，还原为原

4、来对应于厂、所、站工况的一 些信号再显示出来， 供给调度人员监控之用。调度人员的一些控制命令 也可以通过类似过程传送到远方厂、所、站，驱动被控对象。这一过程 实际上涉及遥测、遥信、遥调、遥控，所以，远动技术是四遥的结合。 二.设计内容：1. 对电力系统远动信息传输系统的主要环节进行理论分析和研究。2. 熟悉数字调幅技术的有关原理和实现方法。3. 设计 ASK 调制解调电路。4. 熟悉 ORCAD 软件的应用，学习元件库使用、原理图的建立以及 应用原理图进行仿真的基本方法。三 . 工作原理：1. 数字调幅技术的原理和实现方法（1）数字调制的概念 用二进制（多进制）数字信号作为调制信号，去控制载波

5、某些参 量的变化， 这种把基带数字信号变换成频带数字信号的过程称为数字调 制，反之，称为数字解调。（2）数字调制的分类在二进制时分为：振幅键控（ASK、频移键控（FSK、相移键控（PSK其中，ASK属于线性调制，FSK PSK属于非线性调制(3) 数字调制系统的基本结构图1数字调制系统的基本结构ASK调制波形与方框图:-(02.二进制幅移键控(ASK)图为ASK信号的产生原理一个二进制的ASK信号可视为一个单极性脉冲序列与一个高频载 波的乘积，即ASK的时域表达式为：?屈(一”7 icosqF = $(f)cosq也可与成： 衣仪“)=(、耳(0=0()耳出(斤十1)7；(2) ASK信号的功

6、率谱特性 ASK信号的自相关函数为：心(厂)=EeQ(t)eQ(t + r) = 5(/)cosy/s(r+ r)cosr(z+r)11. .=R5 (r) - cos cocr = -Rs(r)eJr + eJr 24(3) ASK信号的功率谱密度为：EC心田(/+)+(/-Q4式中，ps( f)为基带信号S(t)的功率谱密度当0、1等概出现时，单极性基带信号功率谱密度为：(/)*斗豹+扣(门4 虑 4则2ASK信号的功率谱密度为Ps （ f ）,双边带加载频谱线 pE （ f ）2甌三=2（圧）ASK信号谱，形状为ASK信号传输带宽带宽利用率 n越（取主瓣宽度）=匚=0.56/ / $圧B

7、 ASK（4） ASK信号的解调方式解调也可以分成相干解调与非相干解调两类。其中相干解调要求接收端提供相干载波。非相干解调，就是在接收端不需要相干载波，而根 据已调信号本身的特点来解调a.非相干解调的原理框图和波形图（包络检波法）b.相干解调的原理框图和波形图（同步检测法）cp(t)仏（r）X(Or(0n四.ASK调制解调的仿真电路的设计及参数设置 1.ASK信号产生电路设计本次设计中采用模拟法，其 中V1, V2都采用方波作为数字基 带信号.V1设置其低电平72=07,高电 平V1=2V延迟时间TD=0ms上升 时间TR=0.0001ms下降时间 TF=0.0001ms脉冲宽度 PW=1ms

8、, 脉冲周期PER=2ms .V2设置其低电平V2=0V,高电 平V1 = 1V延迟时间TD=0us,上升VI =2VV： = 0V TD = OmsTR = C 0001ms TF = D.OOOliTS PW = 1msPER = 2m9V1 二 wV2 = OV TD = OUSTR = 0 00001 usTF = O.OOOO1us PW = SusPER = 10us时间TR=0.00001us，下降时间TF=0.00001us,脉冲宽度PW=5us脉冲周 期 PER=10us .此过程为信号的调制过程，调制是将某种低频信号（如音频信号）“加载”到为了便于传输的高频信号的过程。本设

9、计采用模拟乘法器实现对信号的调制。口ws)t用模拟乘法器实现幅度调制的原理框图如下图:载波信号Uc=v 21JC COS WCT以调幅广播信号为例，将音频信八二：st与高频载波信号；二忍皿理洌啄t分别接入模拟乘法器的两个输入端，则输出电压为 s =2K匚丁匚二说讥J t二0从山 気 卜Jt+1贻肌=惋t由于被调制的低频信号并非单一频率 ，而是某一频段的信号，如音 频信号的频率为20Hz20KHz。所以乘法器的输出电压是以调制频率 . 为中心的两段频段，简称便带。（觀熾Q为上边带；（隠厂阵）为下 边带。在乘法器的输出端接一个带通滤波器可滤除其中的一个边带， 而 保留另一个边带发送。2.ASK信号

10、解调电路设计本次设计中采用相干解调法，由常规双 边带调幅（AM ）信号的频谱可知，如果将 已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到 原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信 号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相 乘运算来实现。因此 VI、V2相乘后所得 2ASK信号再与 V3方波信号相乘即可实 现ASK信号的解调。电路如左图所示：其中V3采用方波信号，设置其低电平 V2=0V,高电平V1 = 1V延迟时间TD=Ous,上 升时间 TR=0.00001us,下降时间 TF=0.00001us，脉冲宽度PW=5us脉冲周期 PER=10us .此过程为信号的解调过程，解调是调制的逆变换，即从调制过程的

11、高频信号中提取原低频信号的过程。 本设计采用模拟乘法器实现对信 号的解调。调幅信号ut 2Uj cos(wc ws)用模拟乘法器实现幅度解调的原理框图如下图:解调是调制的逆过程，同样是利用乘法器来实现将音频信号从调幅 波中分离出来。乘法器的两个输入端分别接入调幅波（下边带）=._.及与调制时的载波信号同频同相的载波信号一二-t,则可以得到输出信号为二二小沁遷:t+J_ t通过低通滤波器滤除其中的高频分量， 则可以得到输出电压幅值与原信号(儿m厲I儿曲？t)略有不同，但频率都为的低频信号 3滤波电路环节设计R1t5kJ 0.002U主C1宁0本设计采用一阶滤波电路，由于采用了脉冲周期：PER=1

12、0us(f=1/1Ous=1OOkHz)的高频方波载波信号，故此处所用滤波器的时间 常数=1/f=10us ，因此先选定电阻 R仁5k ，与之对应选择电容 C仁0.002uF即可满足此时间常数要求。4比较电路环节设计其中LM324与 R2、R3构成一个反向器，LM324工作的正端电 压设置为5Vdc。其电路如下图所示05电压判决电路环节设计该处电压抽样判决器中负端工作电压由V 处的5Vdc经R4、R5构成的电压取样电路取得 1Vdc与LM324的正端输入电压信号比较， 当输入信号大于1Vdc时，LM324输出为高电平，否则为低电平。从 而将原低频调制信号解调还原出来。电路如下图所示6ASK调制

13、解调仿真电路综合设计综合上述各个电路环节，最后得ASK调制解调的仿真电路如下图 所示：R3R4VVCC040201亠一IT五.PSPICE环境下仿真波形及波形分析1.电路图标记各点在pspice环境下的仿真波形:2.0V1 3i Will1.0V0V0s口 V(MULT1:0UT)1.0ms2.0ms3.0ms4.0msTime5.0ms6.0ms上图为01处波形（图1）2.0V1.0V0VOs1.0ms2.0ms3.0ms4.0msV(R1:1)Time上图为02处波形(图2)Ii|iiiiuuiii|b： Illis JlIM-UlllJiiL!i”，”b5.0ms6.0ms4.0V2.0V0V-2.0V0s1.0ms2.0msV(U7:OUT)3.0msTime4.0ms5.0ms6.0ms上图为03处波形（图3）