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1、 . . . 目 录第1章总体的设计思路概述11.1 总体设计思路11.2 原理框图2第2章各单元模块的设计22.1 基于TLC320AD50的模数转换电路22.1.1 TCL320AD50的介绍22.1.2 AD50外部连接电路52.2 2FSK的调制解调系统电路72.2.1 概述72.2.2 2FSK调制电路82.2.3 2FSK解调电路11第3章心得体会13附录14A.2FSK调制解调总原理图14B.TLC320AD50的管脚说明表15参考文献16第1章 总体的设计思路概述1.1 总体设计思路要实现单路数字语音的通信，首先把模拟语音信号通过抽样、量化、编码转变为数字信号，编码后再经过调制
2、，将数字信号转化成模拟信号，在将其解调，则模拟信号解调成数字信号，再让数字信号通过解码转变为模拟信号，该过程即完成了单路数字语音的通信系统。在量化时可以采用均匀量化，也可以采用非均匀量化，均匀量化是在抽样信号的取值围均匀划分量化等级的量化方法。它产生的量化噪声也是均匀的，与信号在取样点的幅度无关。因此，均匀量化会出现话音弱时的信噪比低、干扰大，而话音强时的信噪比高、干扰小的反常情况。故本次课程设计采用非均匀量化。非均匀量化的具体办法是压缩、扩法，即在发送端对抽样信号先进行压缩处理再均匀量化，压缩器特性曲线在小信号时的斜率大，大信号时的斜率小，使抽样信号的小样值部分被充分放大，大样值部分被适当压
3、缩。被压缩的抽样信号虽然再经过均匀量化，但在接收端解码后的被压缩量化抽样信号之量化信噪比却得到了均衡，故能在较高的信噪比下，用与压缩器特性正好相反的扩器恢复被压缩抽样信号的本来面目。调制与解调有ASK，FSK，PSK和DPSK这四种基本的解调方法。在这里采用开关法对信号进行调制，用2FSK非相干解调法（包络检波法）。开关法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的震荡作为输出。而对包络检波法，其判决准则是比较两个支路信号的大小，若支路上的信号包络较大，则判为收到“1”，反之则判为“0”。1.2 原理框图图1.1单路数字语音通信的原理框图在这个设计过程中，由于是理想的信道，就不需要考
4、虑噪声的影响，在设计中，把压缩、量化、编码的过程设计成为了一种模数的转换，将解码的过程设计为了数模的转换，所以在这个整体的设计中总共涉与到模数转化、调制、解调、数模转化的过程。第2章 各单元模块的设计在这章中将要重点介绍模数、数模转换、调制、解调的原理和设计思路以与设计的原理图。这个设计中，我把模数、数模的转换两个过程用了一个芯片来实现这些功能，调制、解调这里是采用了2FSK调制解调电路。2.1 基于TLC320AD50的模数转换电路2.1.1 TCL320AD50的介绍语音信号模数数模转换选择TLC320AD50（以下简称AD50）芯片，AD50使用过采样（over sampling）技术提
5、供从数字信号到模拟信号（DA）和模拟信号到数字信号（AD）的高分辨率低速信号转换。该器件包括两个串行的同步转换通道（用于各自的数据传输），在DA之前有一个插人滤波器（interpolaTION filter），在AD之后有一个抽取滤波器（decimdtionfilter），由此可降低AD50自身的噪声。此外，AD50还具有片时序和控制功能。AD50特点如下。 输入信号。单端信号输人，幅度在14V之间。 输出信号。单端信号输出，幅度在14V之间。 单一 5V电源供电，也可以使用5V模拟电源和3V数字电源同时供电。 最大工作功耗为100mW。 通用16位数据格式，也可以采用2的补码数据格式。 部基
6、准电压。 AD为64倍采样，DA为256倍采样。 支持各种V34协议的采样速率。 具有多种可选的采样频率。 支持商业级音响应用。 工作温度围从40850。图2.1TLC320AD50的管脚排列AD50控制寄存器的设置必须在二次通信中完成。AD50有硬件和软件两种方式启动二次通信，下面介绍硬仵方式启动AD50的二次通信过程。硬件启动过程如下：C5409通过其部寄存器将XF引脚变为高电平，从而控制AD50的FC引脚到高电平，然后向缓冲串口写一个16位的控制字，低8位是AD50的控制寄存器初始化值，高8位选择所要初始化的控制寄存器与操作。图2.2硬件启动AD50二次通信时序AD50的工作过程可分为A
7、D通道工作过程和DA通道工作过程。AD通道把模拟信号转换成数字信号，并以2进制补码形式表示。当帧同步信号有效时（FS为低电平），16位（或者15位）数字信号在SCLK的上升沿输出到DOUT引脚，一位数据对应一个SCLK周期。AD50的DA通道把送人的数字信号转换成模拟信号。在SCLK的作用下，数字信号通过DIN引脚进人DA通道，每个SCLK的下降沿输人一位数字信号。DA将输入的数字信号转换成模拟信号输出。2.1.2 AD50外部连接电路AD50的前后端信号处理包括两个处理电路：输人模拟信号的处理电路和依据输出模拟信号的处理电路。这两个处理电路的主要作用是将信号进行处理，使之更加适合AD和DA的
8、要求。为了达到更好的信号处理效果，AD50的模拟信号输人一般采用差分输人方式，即使用两个运算放大器，将单端输入信号转换成差分输人信号，电路连接如图所示。由图可知，单端输人信号经过两个22F的隔直电容，送人运算放大器的反相端，输出反相信号IMP；IMP再输人到另一个信号的反相端，输出同相信号INP，从而形成差分输人信号INP和IMP。图中的运算放大器选择的是TI公司的TLC4502，也可以选用其他可替代的运算放大器芯片。图2.3AD50单端信号转换成差分信号AD50的DA输出为差分信号，可以直接驱动600的负载。DA输出处理电路如图图2.4AD50的DA后端输出信号处理图2.5AD50的去耦合电
9、容的连接AD50的模拟电源和数字电源可以使用一个电感连接在一起图2.6AD50模拟和数字电源的连接2.2 2FSK的调制解调系统电路2.2.1 概述2FSK信号的产生方法主要有两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，如(a)图所示，使其能够输出两个不同频率的码元。第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如(b)图所示。这两种方法产生的2FSK信号的波形基本一样，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK信号，在相邻码元之间的相位是连续的，如(c)图所示；而开关法产生的2FSK信号，则分别由两个独立的频率源产生不同频率的信号，故相邻码元的相位不一
10、定是连续，如(d)图所示。本次设计用键控法实现2FSK信号。图2.72FSK的两种方法2FSK信号的接收主要分为相干和非相干接收两类，本次设计采用非相干法(即包络解调法)，其方框图如下。用两个窄带的分路滤波器分别滤出频率为和的高频脉冲，经过包络检波后分别取出它们的包络。把两路输出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。图2.8 FSK信号包络解调方框图设频率代表数字信号1；代表数字信号0，则抽样判决器的判决准则：式中x1和x2分别为抽样判决时刻两个包络检波器的输出值。这里的抽样判决器，要比较x1、x2的大小，或者说把差值x1-x2与零电平比较。因此，有时称这种比较判决器的判决电平
11、为零电平。当FSK信号为时，上支路相当于接收“1”码的情况，其输出x1为正弦波加窄带高斯噪声的包络，它服从莱斯分布。而下支路相当于接收“0”码的情况，输出x2为窄带高斯噪声的包络，它服从瑞利分布。如果FSK信号为，上、下支路的情况正好相反，此时上支路输出的瞬时值服从瑞利分布，下支路输出的瞬时值服从莱斯分布。无论输出的FSK信号是或，两路输出的判决准则不变，因此可以判决出FSK信号。2.2.2 2FSK调制电路要将NRZ码经过2FSK调制成为2FSK信号，我们采用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出。键控法产生的FSK信号频率稳定度可以做得很高并且没有过渡频率，它的转换
12、速度快，波形好。时钟脉冲产生和分频器：图2.9时钟脉冲和分频器晶振模块由晶体4096和反相器7474组成，其输出一个矩形脉冲，矩形脉冲经过分频器7474，进行一次分频，把信号送给数字键控开关。一次分频输出的信号经过二次分频后，也送入数字键控开关，这样两个独立的振荡器就设计好了。因为要通过选择不同频率的高频振荡信号来实现FSK的调制。所以我采用2个D触发器7474来进行分频。其中，U1A是进行2分频的操作，而将它的输出信号作为第2个D触发器的时钟信号，所以U2A是进行4分频的操作。滤波电路和数字键控开关：由于分频器产生的信号存在干扰，必须设计滤波电路，滤去不需要的干扰成分。由芯片4053构成数字
13、键控开关，4053是一个三路二选一模拟开关，通过它对两路输入信号进行输出选择，其功能表如下图2.10功能表图2.11滤波电路和数字键控开关如果用数字信号（从4053-ABC端输入）来键控两个不同的载波频率，即信号的符号是用二进制的基带信号是用“0”和“1”电平来表示的。“1”对应于载波频率,“0”对应于。这种称为二进制频移键控（2FSK）。而其振幅和初始相位不变。其表式为：式中，A振幅 ()是个常数，表明码元的包络是矩形脉冲，W1和W0为两个不同的频率的码元的角频率。2.2.3 2FSK解调电路2FSK信号的解调方法有：包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零点检测法等，在这个课程设计里我们采用包
14、络检波法。图2.12带通滤波器此电路通过上、下两个带通滤波器，滤去带外噪声，滤除掉高次谐波并将校信号放大。上支路只准许频率为f1的高频信号通过，下支路只准许为的高频信号通过。这里我们用放大器741和电容、电阻构成。由窄带滤波器输出的高频信号通过变容二极管构成的检波器，包络检波器将各自的包络取出至抽样判决器，抽样判决器在抽样脉冲到达时对包络的样值和 (上边路为V1,下边路为)进行判决，判决准则是当抽样值满足判为频率代表的数字基带信号，即“1”码；当时判为频率代表的数字基带信号，即“0”码。其电路设计图如下：图2.13包络检波器和抽样判决器若发送端调制有“1”，“0”信道噪声是高斯白噪声，则信道中
15、传输时的为与高斯白噪声的混合信号，即。此信号通过中心频率的窄带滤波器，输出和窄带高斯白噪声混合信号；通过中心频率的窄带滤波器输出是窄带高斯白噪声，注意上下两路噪声的中心频率不同。上下两路通过各自的包络器进行抽样判决，若此时，判输出“1”，这是正确接收；若噪声使,判决输出“0”， 这是错误接收。这样便能得到对应于原数字信号的基带脉冲信号，从而达到解调的目的。第3章 心得体会刚开始，我们头绪不是很清楚，不知道从哪里入手，但通过老师的耐心指导并和同学认真研究设计课题，跑图书馆查资料、确定基本设计方案、对所用芯片功能进行查找、调试、上机仿真等，经历了一次次的困难，却积累了很多宝贵的经验。在整个课程设计的过程中遇到的问题主要有以下三点，第一：基础知识掌握的不牢固，主要表现在一些常用的电路的形式和功能不清楚，对书本上的容理解不够透彻。第二：对一些常用的应用软件缺少应用，体现在画电路图和系统的仿真的时候，对这些软件的操作不熟练，浪费了很所时间。第三：相关知识掌握的不够全面，缺少系统设计和仿真的经验。在此次的课程设计中我最大的体会就是进一步认识到了理论联系实践的重要性。
