基于STM32的FSK调制解调实验报告

基于 STM32 的 FSK 调制解调实验报告姓名： 学号：叶镇威 20133100167冯世杰 20133100029游锦锋 20133100112教师评语：1. 性能指标 基带信号：m 序列，码率 2000B 载波： FSK: f1=8000Hz, f2=4000Hz 输出正弦波采样点 32 个 FSK 调制：输入基带信号，输出 FSK 正弦载波信号 FSK 解调：输入 FSK 载波信号，输出基带信号2.基本原理：2.1.1FSK 调制的基本原理用基带信号 对高频载波的瞬时频率进行控制的调制方式叫)(tf做调频，在数字调制系统中则称为频移键控(FSK)。频移键控在数字通信中是使用较早的一种调制方式，这种方式实现起来比较容易，抗干扰和抗衰落的性能也较强。其缺点是占用频带较宽，频带利用串不够高，因此，额移键控主要应用于低、中速数据的传输，以及衰落信道与频带较宽的信道。2.1.2 FSK 信号的表达式和波形图频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在 2FSK 中，载波的频率随二进制基带信号在 和 两个频率点间变化。故其表1f2达式为：假设二进制序列 s（t）为 l01001 时，则 2FSK 信号的波形如图2.1.2 所示图 2.1.2 2FSK 信号的波形从图中可以看出，一个 2FSK 信号可以看成是两个不同载频的 2ASK信号的叠加2.1.3 FSK 调制方案:2FSK 信号产生的方法主要有两种，一种可以采用模拟电路来实现（即直接调频法） ，另一种可以采用键控法来实现。（1） 直接调频法原理所谓直接调频法，就是用数字基带信号去控制一个振荡器的某种参数而达到改变振荡频率的目的。如图 2.1.3 所示图 2.1.3 直接调频法原理框图（2）键控法原理该方法就是在二进制基带矩形脉冲序列的控制 下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元 期间输出sT或 两个载波之一。其原理如图 1.2.2 所示，它将产生二进制1f2FSK 信号。图中，数字信号控制两个独立振荡器。门电路（即开关模 拟调 频 器)(tS )(2tSFK电路）和按数字信号的变化规律通断。若门打开，则门关闭故输出为 ，反之则输出 。这种方法的特点是转换速度快、波形好，而1f2f且频率稳定度可以做得很高。频率键控法还可以借助数字电路来实现。以上两种 FSK 信号的调制方法的差异在于：由直接调频法产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。而键控法产生的2FSK 信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。图 2.1.4 键控法原理框图本系统采用的调制原理：(1).m 序列生成原理：本次实验采用 4 级的 m 序列发生器来产生基f1 门电路1门电路2相加倒相f2基带信号输入带信号，具体产生的原理图如下：（2）.STM32 的 DAC 原理介绍：本次实验采用 8 位的 DAC，通过改变这 8 位输入的值，控制输出电压的大小，从而实现输出电压值的正弦变化，只要取样足够的密，可以近似是正弦波输出，如下图：如下图所示 22.1.1，VREF+是参考电压，这里采用 3.3V 的电压，也就是说输出正弦波的峰峰值为 3.3V。DAC_OUTx 是模拟信号的输出端，对应于硬件系统采用 DAC1 的 PA4 引脚作为输出端。从图中可以看出，DAC 输出受 DORx 寄存器控制，实现 DAC 输出的控制。而我们这次实验采用 12 位右对齐模式，先要将数据写入DAC_DHR12Rx11:0位，然后通过使能触发传至寄存器 DAC_DORx，具体时钟如图 22.1.22.2 FSK 解调原理：2.2.1、FSK 解调方法有：包络检波、鉴频法、过零检测法、相干解调法，本设计采用相干解调法，其原理框图如下：2(t)FSKe 输出低通滤波器相乘器带通滤波器w1 Cosw2tCosw1tFSK 解调原理框图定时脉冲抽样判决器低通滤波器相乘器带通滤波器w2两个带通滤波器的作用同于包络检波，从带通滤波器输出的信号经过低通滤波器滤除掉二倍频信号，取出含有基带信号的低频信号，在脉冲信号到达时，抽样判决器对两个低频信号的抽样值 、 进1v2行比较判决，还原出基带信号。2.2.2 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。过零检测法方框图及各点波形如图 2.2.4 所示。在图中，2FSK 信号经限幅、微分、整流后形成与频率变化相对应的尖脉冲序列，这些尖脉冲的密集程度反映了信号的频率高低，尖脉冲的个数就是信号过零点数。把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，以增大其直流分量，该直流分量的大小和信号频率的高低成正比。然后经低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了频率幅度变换，从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0” 。图 2.2.3 过零检测法方框图及各点波形图3. 具体设计思路与方案3.1 FSK 调制部分：由 STM32 系统时钟分频，通过系统内部逻辑产生码率为 2000B 的 m序列作为基带信号，如果输入为“0”则通过控制 DAC 输出频率为f1 的载波信号，如果输入为“1”则通过控制 DAC 输出频率为 f2的载波信号。基带信号的产生：建立一个数组 m15，用于存储 m 序列作为基带信号。m 序列码率的控制：STM32 的系统时钟是 8MHz，而我们需要得到码率为 2000B 的数字信号。所以每个数字信号所包含时钟脉冲个数 n:n=8MHz/2000*8Hz=500 （1B=8bits）即每隔 500 个时钟脉冲调用一次数组，产生一个基带信号。DAC 的采样率的控制: 本次实验采用 8 位的 DAC，所以范围是 0255，也就是说将 3.3V 的电压分成 256 份，一个周期内可以产生 512 个采样点，完全符合实验要求的 32 个采样点。载波的频率控制：本次实验使用的 STM32 的系统时钟是 8MHz，周期为 T=1/8MHz。而为了得到 f1=8000Hz，则周期 1/f1=1/8000（s） ，一个周期有 32 个采样点，所以一个采样点的时间 t=1/f1*32（s） ，所以每个点之间的系统时钟脉冲数 n=t/T=30，即 30 个时钟脉冲才发送一个采样点；同理为了得到载波 f2=4000Hz，每个采样点对应的时钟脉冲间隔数目为 60。输出电压的计算：因为本次实验 DAC 的参考电压是 3.3V，所以 DAC 的输出电压是线性的从 03.3V，在 12 位模式下 DAC 输出电压与 Vref+以及 DORx 的计算公式如下：DACx 输出电压=Vref*(DOR