毕业设计（论文）-基于protel的2FSK调制器的设计与仿真.doc

黄河科技学院毕业设计说明书 第 i 页 基于 protel99 的 2fsk 调制器的设计与仿真 摘 要 随着社会的不断发展,通信对我们来说越来越显的重要，对于通信技术来讲, 通信的质量也就显的非常的关键。通信的根本任务是如何保证远距离传输信息 的正确性，在这方面数字通信系统具有先天的优势。为了更好地利用通信信道 的带宽并使信号能够传送更大的距离，在数字载波通信中，我们采用了三种调 制方式： 幅移键控（ask）频移键控（fsk）和相移键控（psk）。调制信号 为二进制信号的调制称为二进制数字调制，二进制调制又分为二进制幅移键控 （2ask）、二进制频移键控（2fsk）、二进制相移键控（2psk）和差分二进 制相移键控（2dpsk）等多种基本的类型，本课题主要是数字频率调制又称频 移键控（fsk）。同时利用 protel 软件实现对 fsk 调制系统的仿真，从而通 过运用模拟的视觉化的手段来实现达到调制的目的。 关键词： 数字通信；fsk 信号；protel99 仿真 protel99 of 2fsk based design and simulation of the modulator 黄河科技学院毕业设计说明书 第 ii 页 author:chen qi guang tutor:niu hong abstract with the continuous development of communication more and more obvious to us important. for the communications technology is concerned, the quality of communication was also very critical. communication is the fundamental task of how to ensure the accuracy of long-distance transmission of information in this respect digital communication system has inherent advantages. in order to make better use of communication channel bandwidth and to transmit the signal to a greater distance, in the digital power line communication, we use three demodulation mode: amplitude shift keying (ask) frequency shift keying (fsk) and phase shift keying (psk). modulated signal the modulation is called binary binary digital modulation, binary modulation is divided into a binary amplitude shift keying (2ask), binary frequency shift keying (2fsk), binary phase shift keying (2psk) and differential binary phase shift key control (2dpsk) and other basic types, the main subject of the digital frequency modulation, also known as frequency shift keying (fsk). protel software while taking advantage of the simulation of the fsk system, which through the use of visual simulation to demodulate modulation means to achieve the purpose. key words: digital communication,fsk signal,protel simulation 黄河科技学院毕业设计说明书 第 iii 页 目 录 1 绪 论.1 1.1 课题背景及目的1 1.2 国内外研究状况.1 1.3 课题研究方法.2 1.4 论文构成及研究内容2 2 fsk 调制器的技术分析3 2.1 2fsk 信号的时域表达式.3 2.1.1 2fsk 信号的波形 .3 2.1.2 2fsk 信号的功率谱密度 4 2.2 fsk 调制器的模型分析.4 2.2.1 2fsk 调制系统设计 4 2.2.2 伪随机序列产生原理及作用.5 2.2.3 m 序列的性质7 2.3 fsk 信号的解调8 2.3.1 包络检波法8 2.3.2 相干检测法9 2.3.3 过零检测法9 2.3.4 差分检测法10 3 protel99 软件的简要介绍 .11 3.1 protel 99se 软件的组成和特点 11 3.1.1 protel 99se 软件的组成.11 3.1.2 protel 99se 软件的主要特点.12 3.2 protel 99se 软件在仿真方面的特点 12 3.3 用 protel 99se 软件进行电路设计的基本步骤.13 4 fsk 调制器的电路设计与分析16 4.1 计算模型及主要分析思路.16 黄河科技学院毕业设计说明书 第 iv 页 4.1.1 方波产生电路方案论证.16 4.1.2 方案比较16 4.2 分频器电路设计.18 4.3 m 序列发生器电路设计 .18 4.4 调制器电路设计19 4.5 2fsk 调制系统总电路原理图19 4.6 基于protel99 平台的仿真20 4.7 pcb 板的制作.21 总 结22 致 谢23 参考文献24 黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页 1 绪 论 1.1 课题背景及目的 数字调制解调技术是现代通信的一个重要的内容，在数字通信系统中,由于 基带数字信号包含了丰富的低频部分,如果要远距离传输，特别是在有限带宽的 高频信道无线或光纤信道传输时，必须对数字信号进行载波调制，使基带信号 的功率谱搬移到较高的载波频率上，这就称为数字调制(digital modulation) 。 它可以分别对载波的幅度、频率、相位进行调制,于是有ask(移幅键控) 、fsk(移频键控) 、psk(移相键控) 等调制方式。数字调制同时也是时分复用 的基本技术，其中fsk 是利用数字信号去调制载波的频率，是信息传输较早的 一种传输方式， 2fsk 在通信系统中应用广泛。 了解 2fsk 调制的基本理论，分析设计一个完整的 2fsk 发送系统，并对 系统进行仿真分析与设计，以此提高自己的分析材料、解决问题和设计产品的 能力。 1.2 国内外研究状况 调制解调技术在通信系统中占据非常重要的地位，它的优劣决定了通信系 统的性能，是软件无线电的关键所在。而2fsk调制解调技术不仅可以更加精确 的处理信号相位，提高系统频带宽度，而且还可使用数字电路和软件相结合的 方法，在数字基带传输系统中应用广泛。二进制频移键控（2fsk）也在电力线 载波通信系统中得到了广泛应用，还适用新型铁路信号安全设备的研制开发。 2fsk调制解调技术应用广泛，尤其是在数据率较低、数量比较小、短距离 传输的无线通信领域。目前，针对fsk信号在这些领域的应用国内外己经有大 量的研究成果。 1、蓝牙(bluetooth)通信设备。蓝牙(bluetooth)是应用fsk调制解调的一个重 要领域之一。蓝牙可替代短距离线缆，实现在移动电话、便携式电脑和其他电 子装置间的无缝线连接。越来越多的旅馆、邮局、高尔夫球场、飞机场、商场、 会议中心和商业领域都在采用蓝牙技术。 2、医学植入微电子器件。2fsk 调制解调方式的另外一个前景广阔的应用 黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页 领域是在医学植入微电子器件领域。现在，越来越多的病人已经受益于可植入 微电子器件的先进技术，尤其是在药物或者物理手段不起作用的疾病和身体缺 陷治疗方面。2002 年第一个永久性微电子视网膜修复植入器件已经在南加利福 利亚大学获得成功。 3、便携式消费电子低成本、短距离无线系统的快速发展，要求将尽可能多 的功能集成到单一片中。使用单一低电源电压的系统，如手机、pda、3g 无线 终端等大量的可携设备，其较长工作周期、无持续供电电源等因素，也迫切需 要进行低功耗低电的设计。而数字 fsk 正适用于这些低电压系统，且更容易和 其它模拟部分一起被集成到单片芯片中。 1.3 课题研究方法 分析研究 2fsk 调制的基本理论，设计一个具体的 2fsk 发送系统，并对 该系统的性能进行分析。相对于其他调制方式，指出 2fsk 调制系统的优点。 经过大量收集资料，应用 protel99 软件设计出硬件电路原理图，分析电路， 并应用 protel99 软件对其进行仿真，分析系统性能。 1.4 论文构成及研究内容 本文的结构如下： 首先介绍了 fsk 技术及调制发展背景及现状。并简要说明了 fsk 技术的 应用。 其次，介绍了 fsk 技术的基本原理及其功能结构，通过分析它的优点，使 其顺应时代的需要。在此基础上，说明了 fsk 的主要设备及其简单应用。最后 并得出了一些研究意义。然后介绍了调制电路所需要的功能模块电路的说明， 包括方波发生器电路、m 序列发生器电路、分频器电路。最后主要是基于 protel99 平台的仿真和 pcb 板电路图。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 3 页 2 fsk 调制器的技术分析 2.1 2fsk 信号的时域表达式 在二进制频移键控（2fsk）中，当传送“1”码时对应于载波频率，传送 “0”码时对应于载波频率。即见式 2.1 所示。 (2.1) 其中，为频率为的载波的初始相位，为频率 为的载波的初始相位。令为的反码，即 (2.2) 则有：当时，；当时，。则 2fsk 信号可表示 为： (2.3) 其中，我们在分析中假设为单个矩形脉冲序列，其表达式为： (2.4) 相位不连续的 2fsk 信号可以看成是两个 2ask 调幅信号之和。 2.1.1 2fsk 信号的波形 2fsk 信号波形可看作两个 2ask 信号波形的合成。如下图图 2.1 所示是相 位连续的 2fsk 信号波形。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页 图 2.1 2fsk 波形 2.1.2 2fsk 信号的功率谱密度 可将 2fsk 信号表示成两个 2ask 信号的和，令： (2.5) n 1 )()( sn nttgdtb (2.6) n 0 )()( sn nttgdtb 其中为的反码，则相位不连续的 2fsk 信号可表示为 n d n d (2.7) )cos()()cos()()( 00112nnfsk twtbtwtbts 2.2 fsk 调制器的模型分析 2.2.1 2fsk 调制系统设计 调制系统主要由主载波振荡器、分频器、m 序列发生器、调制器、相加器 构成。其调制电路的组成框图如图 2.2 所示。 由图可以看出，当信码为“1”时，分频链作 4 分频，即输出频率为 2950hz 载波，信码为“0”时，分频链作 8 分频，输出频率为 1475hz 载波。如 此一来，多谐振荡器输出的载波，通过不同次数的分频，就得到了两种不同频 率的输出，经相加器后，从而在输出端得到不同频率的已调信号，即 fsk 信号， 黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页 完成了数字基带信号转换为数字频带信号的过程。 三十二分频 四分频 八分频 方波发生 器 m 发生 器 选通开关 选通开关 反相器相加器 2fsk 信号 11800hz 图 2.2 fsk 调制功能框图 2.2.2 伪随机序列产生原理及作用 随着通信理论的发展，早在 20 世纪 40 年代，香农就曾指出，在某些情况 下，为了实现最有效的通信，应采用具有白噪声的统计特性的信号。另外，为 了实现高可靠的保密通信，也希望利用随机噪声。然而，利用随机噪声最大困 难是它难以重复产生和处理。直到 60 年代，伪随机噪声的出现才使这一难题得 到解决。 伪随机噪声具有类似于随机噪声的一些统计特性，同时又便于重复产生和 处理。由于它具有随机噪声的优点，又避免了它的缺点，因此获得了日益广泛 的应用。目前广泛应用的伪随机序列都是由数字电路产生的周期序列得到的， 我们称这种周期序列为伪随机序列。 对与伪随机序列有如下几点要求： (1)应具有良好的伪随机性，即应具有和随机序列类似的随机性； (2)应具有良好的自相关、互相关和部分相关特性，即要求自相关峰值尖锐， 而互相关和部分相关值接近于零。这是为了接收端准确检测，以减少差错； (3)要求随机序列的数目以保证在码分多址的通信系统中，有足够的地址提 供给不同的用户； (4)要求设备简单，易实现，成本低。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 6 页 通常产生伪随机序列的电路为一反馈移存器。它又分为线形反馈移存器和 非线形反馈移存器两类。由线形反馈移存器产生出的周期最长的二进制数字序 列称为最大长度线形反馈移存器，通常称为 m 序列。由于它的理论比较成熟， 实现比较简便，实际应用也比较广泛，故在这里以 m 序列发生器为例，设计伪 随机序列发生器。 m 序列是由带线形反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。线形反馈移 位寄存器由时钟控制若干个串接的存储器所组成。在时钟信号的控制下，寄存 器的存储信号由上一级向下一级传递。如果让某些寄存器的输出反馈回来进行 运算，运算结果作为第一级寄存器的输入，则我们可以得到一个移位寄存器序 列。如果移位寄存器的反馈函数和初始状态不同，那么可得到不同的移位寄存 器序列。线性移位寄存器的一般形式如图 2.3 所示，总共有 1，2，3,n 个寄 存器，他们的状态为 xi（i=1,2,3，n），经 ci（i=1,2,3，n）相乘后模 2 加，再反馈。这里 ci（0,1），且乘法规则是 0*0=0*1=1*0=0，1*1=1。实际 上 ci=0 表示断开，ci=1 表示连接。因此这个 n 阶移位寄存器的反馈函数为： (2.8) 12 ( ,.)1 nii f x xxinc x 特征多项式是： (2.9) 01 122 f x1. iinn inc xcc xc xc x 特征多项式中的 xi(i=0,1,2.n)与移位寄存器的第 i 个触发器相对应。 图 2.3 线形移位寄存器的一般形式 上述的反馈函数是一个线形递归函数。当级数（n）和反馈系数一旦确定， 则反馈移位寄存器的输出序列就确定了。反馈移存器的级数 n 不同，则 m 序列 的反馈系数也不同，表 1 列出了部分的 m 序列发生器的反馈系数。表中给出的 是八进制数值，经转换成二进制数值后，可求出相应的反馈系数。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页 表表 1 1 部分部分 m 序列发生器的反馈系数序列发生器的反馈系数 级数（n）序列长度反馈系数 3713 41523 53145，67，75 663103，147，155 7127203，211，217，235，277，313，325，345，367 8255435，453，537，543，545，551，703，747 95111021，1055，1131，1157，1167，1175 1010232011，2033，2157，2443，2745，3471 1120474005，4445，5023，5263，6211，7363 12409510123，11417，12515，13505，14124，1505323261，30471，32535，37505 141638342103，51761，55753，60153，71147，67401 1532767100003，110003，120265，133663，142305，164 705 1665536210013，233303，307572，311405，347433，375 213 17131071400011，411335，444257，527427，646775，714 303 182621431000201，1002241，1025711，1703601 195242872000047，2020471，2227023，2331067，2570103 ，3610353 2010485754000011，4001151，4004515，6000031 伪随机信号在雷达、遥控、遥测、通信加密和无线电测量系统领域有着广 泛的应用。利用 vhdl 语言进行软件编程，通过 eda 设计软件对程序编译、 优化、综合、仿真、适配，最后将生成的网表文件配置于制定的目标芯片中， 可以实现不同序列长度的伪随机信号发生器。图 2.4 所示是 n=7 的结构模型。 图 2.4 n=7 的反馈移位寄存器的结构模型 输出 1234567 黄河科技学院毕业设计说明书 第 8 页 2.2.3 m 序列的性质 1、均衡性 m 序列在一个周期内“1”和“0”的个数基本相等。具体来说，m 序列的 一个周期中的“0”的个数比“1”的个数少一个。 2、游程分布 我们把伪随机序列中取值（“0”或“1”）相同的一段码位称为一个游程。 在一个游程中包含的位数称为游程长度。把取值为“0”的游程称为“0”游程， 取值为“1”的游程为“1”游程。在 m 序列中的一个周期内，游程的总个数等 于 2n-1，而且“0”游程的数目与“1”游程的数目相等，即各占一半。 一般来说，在 m 序列中，长度为 1 的游程占游程总数的一半；长度为 2 的 游程占游程总数的 2-k，其中 1k(n-2)，而且“0”和“1”的游程各占一半。 长为 n-1 的游程只有一个，且为“0”游程，长为“1”。 2.3 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。 2.3.1 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为： 黄河科技学院毕业设计说明书 第 9 页 图 2.5 包络检波法原理框图 2.3.2 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 2.6 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 2.6 相干检测法原理框图 2.3.3 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， 黄河科技学院毕业设计说明书 第 10 页 这就是过零检测法的基本思想。2fsk 输入信号经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 2.7 过零检测法原理框图 2.3.4 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真时，其检测性能 优于鉴频法。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 11 页 3 protel99 软件的简要介绍 protel 是 protel 公司在 80 年代末推出的一款功能强大的电路 cad 软件。 其所设计的电子电路的产品，涵盖了从小型的电子产品，一直到复杂的电子计 算机是目前国内电子行业使用最为广泛的电路设计软件。我所应用的 protel 99se 是 protel 公司推出的最新版本应用于电路原理图设计，电路板设计等，是 eda 行业的主流产品。它不仅在绘制原理图，pcb 版布局布线等方面功能更加 完善，而且为用户提供了功能强大，使用方便的仿真器，它可以对所画的电路 原理图进行即时仿真，因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析其性 能指标，以及便时的发现设计中存在的问题并加以修正，从而更好的完成电路 设计。protel 基于 windows 环境，功能强大，人机界面友好，能让人们在具有 在完整的功能环境下，提升设计上的品质和效率。 3.1 protel 99se 软件的组成和特点 3.1.1 protel 99se 软件的组成 protel 99se 由五大系统构成： (1)原理图设计系统-原理图设计系统是用于原理图设计的 advanced schematic 系统。这部分包括用于设计原理图的原理图编辑器 sch 以及用于修改 生成零件的零件库编辑器 schlib。 (2)印刷电路板设计系统-印刷电路板设计系统使用于电路板设计的 advanced pcb。这部分包括用于设计电路板的电路板编辑器 pcb 以及用于修改， 生成零件封装的零件封装编辑器 pcblib。 (3)信号模拟仿真系统-信号模拟仿真系统是用于原理图上进行信号模拟仿 真的 spice 3f5 系统。 (4)可编程逻辑设计系统-可编程逻辑设计系统是基于 cupl 的集成于原理 图设计系统的 pld 设计系统。 (5)protel 99se 内置编辑器-这部分包括用于显示，编辑文本的文本编辑器 text 和用于显示，编辑电子表格的电子表格编辑器 spread。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 12 页 3.1.2 protel 99se 软件的主要特点 (1)protel 99se 系统针对 windowsnt4/9x 作了纯 32 位代码优化，使得 protel 99se 设计系统运行稳定而高效。 (2)smarttool(智能工具)技术将所有的设计工具集成在单一的设计环境中： smartdoc(智能文档)技术将所有的设计数据文件存储在单一的设计数据库中， 有设计管理器来统一管理；smartteam（智能工作组）技术能让通过网络安全 地对同一设计进行单独设计，再通过工作组管理功能将各个部分集成到设计管 理器中。 (3)对电路印刷版设计时的自动布局采用不同的两种布局方式，即组群式和 基于统计方式，新增加了自动布局规则设计功能；增强的交互式布局和布线模 式。 (4)电路板信号完整性规则设计和检查功能可以检测出潜在的阻抗匹配，信 号传播延时和信号过载等问题：广泛的集成向导功能引导设计人员完成复杂的 工作。 (5)原理图到印刷电路板的更新功能加强了 sch 和 pcb 之间的联系；可以用 标准或用户自定义模板来生成新的原理图文件；集成的原理图设计系统收集了 超过 6000 个元器件。 (6)通过完整的 spice 3f5 仿真系统可以在原理图中直接进行信号仿真；可 以选择超过 60 种工业标准计算机电路板布线模块，或者用户可以自己生成一个 电路板模块。 3.2 protel 99se 软件在仿真方面的特点 protel 99se 提供了高级数模器件混合仿真器，它可以精确地仿真各种器件构 成的电路，在仿真方面的特点有： 1、强大的分析功能 用户可以根据 protel 99se 电路仿真器提供的功能，分析设计电路的各 个方面的性能，如电路的交直流特性，温度漂移，噪声，失真，容差，最坏情 况等特性。 2、丰富的信号源 黄河科技学院毕业设计说明书 第 13 页 其中包括基本的信号源:直流源，正旋源，脉冲源，指数源，单频调频源， 分段线性源，同时还提供了丰富的线性和非线性源。 3、充分的模型仿真库 protel 99se 提供了 20 多个数字和模拟仿真元件库，共包含 6000 多个常 用元器件。这组库中包括常用的二极管，三极管，单结晶体管，变压器，晶闸 管，双向双晶闸管等分立组件，还有大量的数字器件和其它电路器件。 4、友好的操作界面 (1)无需手工编写电路网表文件。系统将根据所画的电路图自动生成网表文 件并进行仿真。 (2)通过对话框完成电路分析各参数设置。 (3)方便的观察波形信号。可同时显示多个波形，也可单独显示某个波形； 对波形进行多次局部放大，也可将两个波形放置与同一个单元格内进行显示并 分析比较两者的差别。 (4)强大的波形信号后处理，可利用各数字函数对波形进行各种分析运算并 创建一个新的波形。 (5)方便的测量输出波形。protel 99se 提供了两个测量光标，打开它们可 测量波形数据。 3.3 用 protel 99se 软件进行电路设计的基本步骤 1、设计电路原理图 电路原理图的设计是整个电路设计的基础，因此电路原理图要设计好，以 免影响后面的设计工作。电路原理图的的设计一般有以下几个步骤： (1)设置原理图设计环境； (2)放置元件； (3)原理图布线； (4)编辑和整理； (5)检查原理图 (6)生成网络表。 2、印刷电路板的设计 黄河科技学院毕业设计说明书 第 14 页 电路设计的最终目的是为了出设计电子产品，而电子产品的物理结构是通 过印刷电路板实现的。protel 99se 为设计者提供了一个完整的电路板设计环 境，使电路设计更加方便有效。应用 protel 99se 设计印刷电路板的过程如 下： (1)启动印刷电路板设计服务器 执行菜单 file/new 命令，从框中选择 pcb 设计服务器（pcb document） 图标，建立 pcb 设计文档。双击文档图标，进入 pcb 设计服务器界面。如图 2.5 所示： 图 3.1 创建 pcb 文档图标 (2)规划电路板 根据要设计的电路确定电路板大小。选取 keep out layer 复选框，执行菜 单命令 place/keepout/track，绘制电路班的边框。执行菜单 design/options，在 “singal lager”中选择 bottom lager，把电路板定义为单面板。 (3)设置参数 参数设置是电路板设计非常重要的步骤，执行菜单命令 design/rules，左 键单击 routing 按钮，根据设计要求，在规则类中（rules class）设计参数。 (4)装入元件封装库 执行菜单命令 design/add/remove library，在“添加/删除元件库”对话框 中，选取所有元件对应的元件封装库。 (6)状如网络表 执行菜单 design/load nets 命令，然后在弹出的窗口单击 browse 按钮，再 在弹出的窗口中选择电路原理图设计生成的网络表文件（扩展名为 net），如 黄河科技学院毕业设计说明书 第 15 页 果没有错误，单击 execute。若出现错误，必须更改错误。 (7)元器件布局 protel 99se 既可以进行自动布局，也可以进行手动布局，执行菜单 tool/auto placement/auto placer 可以自动布局。布局是布线关键性的一步，为 了布局更加合理，做好采用手工布局方式。 (8)自动布线 protel 99se 采用世界最先进的无网络，基于形状的对角线自动布线技术。 执行菜单命令 auto routing/all，并在弹出的窗口中单击 route all 按钮，程序 即对电路印刷板进行自动布线。只要设置有关参数，元件布局合理，自动布线 的成功率是 100%的。 (9)手工调成自动布线结束后可能存在一些令人不满意的地方，可以手工调整， 把电路板设计的尽善尽美。 (10)打印输出电路印刷板图执行菜单 file/print/preview，形成扩展名为 ppc 的文 件，在执行菜单命令 file/print job 就可以打印输出印刷板电路图。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 16 页 黄河科技学院毕业设计说明书 第 17 页 4 fsk 调制器的电路设计与分析 4.1 计算模型及主要分析思路 4.1.1 方波产生电路方案论证 方案一：采用由积分器，施密特触发器，四模拟电子开关和反相放大器等 组成的可产生四种波形的多波形发生器。电路的转换系数约为 2khz/v，如果 改变输出的波形的频率，可通过改变积分电容来实现，因为 vin 的大小决定输 出波形的频率。 方案二：采用 icl8038 单片压控函数发生器，icl8038 可同时产生正弦波、 方波和三角波。改变 icl8038 的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为 0.001hz300khz。 方案三：采用由运算放大器 a1、a2，基本 r-s 触发器 f1、f2、反向器 f3、放电晶体管 vt1、分压电阻 r1r3 构成的 555 集成块来构成一个函数信 号发生器。 4.1.2 方案比较 方案一：电路中 ic1、ic2、采用单 bimos 运放 ca3130，前者与 rc 元件 组成积分器，后者为 1：1 反相放大器。ic3（555）接成施密特触发器。四模拟 电子开关 cd4066 由 ic3的输出控制，使 k1k4 通、断。ic1 积分器输出三角 波 v01，当其值超过 2/3vdd 时，555 的 3 脚输出低电平，使 k1、k3、k4 断 开，而 k2 接通；当积分电压 v01 降至 1/3vdd 时，k2 断开，k1、k3、k4 接 通。ic2 运放是 11 反相放大器。本电路的转换系数约为 2khz/v，如果改变 输出的波形的频率，可通过改变积分电容来实现，因为 vin 的大小决定输出波 形的频率。 此电路复杂，调试时有点困难且产生波形的频率不好把握。 方案二：函数发生器 icl8038 的电路结构共有五个组成部分。两个电流源 的电流分别为 is1 和 is2，且 is1=i，is2=2i；两个电压比较器和的阈值电 黄河科技学院毕业设计说明书 第 18 页 压分别为 2.5v 和 7.5v，它们的输入电压等于电容两端的电压 uc，输出电压分 别控制 rs 触发器的 s 端和 r 端；rs 触发器的状态输出端 q 和用来控制开 关 s，实现对电容 c 的充、放电；充点电流 is1、is2 的大小由外接电阻决定。 当 is1=is2 时，输出三角波，否则为矩齿波。两个缓冲放大器用于隔离波形发生 电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力； 三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。 方案三：由 555 组成的函数信号发生器，555 定时器接成多谐振荡器工作 形式，c6 为定时电容。此电路结构简单，调试方便且所需元件易见。 综合以上三种方案的初步比较与介绍，本设计选择三号方案。 主要提供 2fsk 的载波和信码的定时信号，本设计使用集成电路（555）构 成多谐振荡器，产生的振荡频率为 11800hz 载波，其电路如图 4.1 所示。 图 4.1 555 函数发生器电路 已知由（ua555）构成多谐振荡器的振荡频率为： (4.1) 12 11 f (2)trr c 则 r1=1k r2=20k（可调） 黄河科技学院毕业设计说明书 第 19 页 c=0.001uf 4.2 分频器电路设计 将主载波按设计要求，用 d 触发器构成适当的分频电路，获得载频 f1、f2 和 m 序列所需的时钟信号，因一级 d 触发器可实现二分频（选用 74ls74）， 所以 2fsk 系统所需的四、八及 32 分频器电路如图 4.2 所示： 图 4.2 分频器电路 4.3 m 序列发生器电路设计 实际的数字基带信号是随机的，为了实验和测试的方便，一般都用 m 序 列产生器产生的伪随机序列来充当数字基带信号。本次设计采用三级线性移位 寄存器（选用 74ls74），形成长度为 23-1=7 位码长的伪随机码序列，码率约 为 400bit/s，如图 4.3 所示： 输出的信码为：1110010 图 4.3 m 序列发生器电路 4.4 调制器电路设计 本次设计的 2fsk 调制器采用 lm358 实现，其电路图如图 4.4 所示 黄河科技学院毕业设计说明书 第 20 页 图 4.4 lm358 电路 4.5 2fsk 调制系统总电路原理图 根据以上各单元电路的设计，得总电路如图 4.5 所示 图 4.5 fsk 调制器整体电路 4.6 基于 protel99 平台的仿真 (1)多谐振荡器输出的载波信号 黄河科技学院毕业设计说明书 第 21 页 (2) 四分频器输出信号与波形变换输出信号 (3) 八分频器输出信号与波形变换输出信号 (4) 32 分频器输出信号 (5) m 序列输出信号 （1110010） (6) fsk 调制输出信号的检测 “全 1”码，调制器的输出信号波形(f=2950hz) “全 0”码，调制器的输出信号波形(f=1475hz) m 序列调制器的输出信号波形(2fsk) 黄河科技学院毕业设计说明书 第 22 页 4.7 pcb 板的制作 在仿真原理图上添加上相应元器件的封装，其中 74lsxx 系列的封装为 dip-14 无极性电容封装为 0603，添加完封装后，生成 pcb 板，然后进行电路板的规 划和元器件的布局，设置好布线规则后，运行自动布线产生的 pcb 图： 黄河科技学院毕业设计说明书 第 23 页 总 结 本文首先对 fsk 调制器原理做出理论上的分析，然后在此基础上进行可实 现原理图的设计，根据原理图设计出了可实现的 f