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实验一 ASK/FSK调制、解调原理实训一、实验目的1、掌握FSK(ASK)调制的工作原理及电路组成；2、掌握利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。二、预习要求1、预习移频键控FSK调制、解调的内容。2、上网查询集成块4046、74LS04、74LS32和TL082的引脚功能，比较TL082与TL084的异同，并完成预习报告。3、上网查询二极管1N4148的极性判别法。三、实验器材及环境20M双踪示波器、通信专用信号源、面包板、集成块及电阻、电容等元器件四、实验原理 1、基本原理FSK称为频率键控，它是用数字基带信号控制载波信号频率，即以不同频率的高频振荡来表示不同的数字基带信息。FSK广泛应用于无线通信，它设备简单，并且具有较好的抗多径时延性能。FSK调制多用频率选择法。如2FSK它有两个频率的高频振荡随机交替输出。FSK既然是用频率代表基带信息，那么对频率的稳定度自然要求较高，因此我们可用两个高稳定的晶体振荡器产生两个稳定的载频，或用一个晶振，两个不同分频比而产生两个稳定频率载频，并用受基带信号控制的开关，对这两个频率信号进行切换，从而得到FSK信号。FSK调制的方框图如图11所示。它也称为频率选择法FSK调制方框图。图11 FSK调制电路原理图采用频率选择法产生的FSK信号通常相位不连续，即在开关切换时输出的FSK信号电压可能产生跳变。分析这类FSK信号都是把它看成两个独立的ASK信号相加，把FSK信号功率谱看成是两个ASK信号功率谱相加。FSK信号解调分包络解调，相干解调和锁相解调等。相干解调性能优于包络解调，但它要提取两个相干载频，因此设备复杂。锁相解调电路简单，只有一个锁相环，而且性能优良。如环路带宽设计合适，能获得很好的性能。而且抗干扰能力强，因此在FSK解调中广泛应用。2、FSK调制电路FSK调制电路如图1-1所示。两载频分别为F164KHz，F2128KHz。它们分别由晶振分频产生的64KHz和128KHz的方波经有源低通滤波和放大获得。频率选择开关采用芯片4066中两个模拟开关。基带信号从TP3直接加到4066的控制端（13脚），并经74LS04反向后加到4066另一控制端（5脚）。这样在基带信号控制下，两模拟开关轮流导通。选择f1或f2载波输出，从而产生FSK信号。3、FSK解调 本实验系统FSK解调采用锁相解调。U5是集成锁相块4046。4046管脚如下：1脚相位输出端，环路入锁时为高电平，环路失锁时为低电平。 2脚相位比较器的输出端。 3脚比较信号输入端。 4脚压控振荡器输出端。5脚禁止端，高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作。 6、7脚外接振荡电容，以控制VCO的振荡频率。 8、16脚电源的负端和正端。 9脚压控振荡器的控制端。 10脚解调输出端，用于FM解调。 11、12脚外接振荡电阻，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。 13脚相位比较器的输出端。 14脚信号输入端。 15脚内部独立的齐纳稳压管负极。 FSK信号加到4046的14脚。14脚是两并联鉴相器输入。压控振荡器电压从4脚输出，并被加到3脚，3脚是两并联鉴相器的另一输入端。2脚、13脚为两鉴相器输出。13脚后接环路滤波器，9脚为压控振荡器控制电压输入端。6、7脚接回路电容。5、10、11、12脚电压变化均能改变压控振荡器频率。图 12 FSK解调电路原理图如图13 所示为FSK解调电路原理图，调节电位器W2可使VCO自然谐振频率为64KHZ，若此时FSK信号为F1，则环路锁定,鉴相器1（2脚）和鉴相器2（13脚）输出均为低电位。而锁定指示（1脚）输出高电位。由于13脚为低电位，所以环路器输出为零，VCO频率不作调整并保持与F1同相。当FSK信号变为F2，锁相环路失锁，锁相指示（1脚）变为低电位，而鉴相器输出（2脚和13脚）为杂乱的方波。13脚输出经环路滤波得到一控制电压,控制VCO。由于VCO自然谐振频率偏离F2较远，环路仍然失锁。VCO作扫频，输出杂乱方波，只有当FSK信号再次变为F1后环路再次锁定。FSK解调信号并不是从环路滤波器直接引出，或从锁定指示输出，而是用鉴相器1输出（2脚）和锁定指示信号（1脚）经或门及检波等电路后获得。当FSK信号为F1，环路锁定，鉴相器I从2脚输出低电位，鉴相器从1脚输出高电位（锁定信号），经或门U7A的第3脚输出高电位，经非门U3D（9、8脚）变为低电位。当FSK信号变为F2，环路失锁。鉴相器I从2脚输出杂乱的方波。鉴相器从1脚输出的失锁信号为低电位。两者经或门后仍为杂乱的方波。经非门U3 D（9、8脚）反相还是杂乱的方波。经二极管D301检波其包络为高电平。再经74LS04三级反相器，则锁定时变成高电位。失锁时为低电位。该信号正好与基带信号一致（F1对应“1”码，F2对应“0”码）采用多级非门是为了波形更近似矩形。图14 FSK调制/解调电原理框图元件清单：电阻个数电容个数10K60.015U15.1K11500P13.9K120000P14.7K40.47U2100110423K1电解电容1.5K147U1集成块4066174LS3214046174LS041TL0821电位器1N4148110K2五、实验步骤（一）FSK调制、解调实验1、根据实验电路图，如图1-3所示，按照要求完成相关设计；2、完成相应的调试和测试。六、实验报告1、按照要求完成相关实验； 2、简述FSK/ASK调制、解调基本过程；实验二 AMI/HDB3码编码、译码过程实训一、实验目的1、熟悉AMI / HDB3码编译码的工作过程；2、观察AMI / HDB3码码型变换编译码电路的测量点波形。二、预习要求1、预习AMI / HDB3编码、译码的内容2、查阅专用集成块22103的引脚功能三、实验仪器及器材示波器、通信专用信号源、面包板、集成块及电阻、电容等元器件四、实验原理（一）HDB3码电路的工作原理AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码0（空号）和1（传号）按如下规则进行编码的码：代码的0仍变换为传输码的0，而把代码中的1交替地变换为传输码的1、1、1、1由于AMI码的信号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。从AMI码的编码规则看出，它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列。把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码称为1B1T码型。AMI码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的线路码，并得到广泛采用。但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。为了保持AMI码的优点而克服其缺点，人们提出了许多改进的方法，HDB3码就是其中有代表性的一种。HDB3码是三阶高密度码的简称。HDB3码保留了AMI码所有的优点，还可将连“0”码限制在3个以内，克服了AMI码出现长连“0”过多，对提取定时信息不利的缺点。HDB3码的功率谱基本上与AMI码类似。由于HDB3码诸多优点，所以CCITT建议把HDB3码作为PCM传输系统的线路码型。如何由二进制码转换成HDB3码呢？HDB3码编码规则如下：1、二进制序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，但当出现四个连“0”码时，用取代节000V或B00V代替四个连“0”码。取代节中的V码、B码均代表“1”码，它们可正可负（即V+=1，V-=1，B+=1，B-=1）。2、取代节的安排顺序是：先用000V，当它不能用时，再用B00V。000V取代节的安排要满足以下两个要求：（1）各取代节之间的V码要极性交替出现（为了保证传号码极性交替出现，不引入直流成份）。（2）V码要与前一个传号码的极性相同（为了在接收端能识别出哪个是原始传号码，哪个是V码，以恢复成原二进制码序列）。 当上述两个要求能同时满足时，用000V代替原二进制码序列中的4个连“0”（用000V+或000V-）；而当上述两个要求不能同时满足时，则改用B00V（B+00V+或B-00V-，实质上是将取代节000V中第一个“0”码改成B码）。3、HDB3码序列中的传号码（包括“1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替出现的原则。下面我们举个例子来具体说明一下，如何将二进制码转换成HDB3码。二进制码序列: 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1HDB3码码序列:V+ -1 0 0 0 V- +1 0 1 B+ 0 0 V 0 1 +1 1 0 0 0 V- B+ 0 0 V+ 0 1从上例可以看出两点：（1）当两个取代节之间原始传号码的个数为奇数时，后边取代节用000V；当两个取代节之间原始传号码的个数为偶数时，后边取代节用B00V；（2）V码破坏了传号码极性交替出现的原则，所以叫破坏点；而B码未破坏传号码极性交替出现的原则，叫非破坏点。虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0码，再将所有1变成1后便得到原消息代码。图0 HDB3码编译码电原理图元件清单：电阻个数集