移频键控FSK调制与解调系统设计.doc

实验题目:移频键控FSK调制与解调系统设计实验一实验目的1进一步加深对数字调制中移频键控FSK调制器与解调器工作原理及电路组成的理解与掌握。2学会综合地、系统地应用已学到的知识，对移频键控FSK调制与解调系统电路的设计与仿真方法，提高独立分析问题与解决问题的能力。二实验任务与要求（1）设计任务：构建并设计一个数字移频键控FSK传输系统，具体要求是：主载波频率：11800HZ载波1频率：2950HZ（四分频）载波2频率：1475HZ（八分频）数字基带信号NRZ：7位M序列，传输速率约为400波特。（32分频）（2）设计要求：FSK调制器可以采用数字门电路构成电子开关电路(或集成模拟开关)与采用集成模拟乘法器，利用键控法实现。FSK解调器可以采用非相干解调法或过零检测法实现。传输信道不考虑噪声干扰，采用直接传输。整个系统用EWB软件仿真完成。三、2FSK 调制与解调系统原理与电路组成1、2FSK调制与解调系统原理1) FSK 调制信号的产生数字频移键控是用载波的频率的变化来传送数字消息的，即用所传送的数字消息控制载波的频率。实现数字频率调制的方法有直接调频法和移频键控法。注意到相邻两个振荡器波形的相位可能是连续的，也可能是不连续的，因此有相位连续的FSK及相位不连续的FSK之分。根据实验任务的要求,本次设计实验采用的是相位连续的FSK调制器与非相干解调器,其电路构成如图1所示。这种方法实现移频键控电路集成化程度高、体积小、可靠性高。 图1 2FSK调制系统电路原理图 图1 2FSK解调系统电路原理框图2）数字调频FSK信号的解调数字调频信号的解调信号的解调方法有线性鉴频法和分离滤波法两大类。线性鉴频法有模拟鉴频法、过零检测法、差分检测法等，分离滤波法又包括相干检测法、非相干检测法以及动态滤波法。2FSK非相干解调电路的系统原理框图如图2所示：主要由高通滤波法、包络检波法和电压比较器构成。2、2FSK 调制与解调系统的设计1）2FSK调制系统设计本次综合设计实验的调制系统主要由主载波振荡器、分频器、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3所示。由图可以看出，当信码为“”时，分频链作分频，即输出频率为2950Hz 图3 FSK 调制器电路组成框图载波，信码为“”时，分频链作分频，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，完成了数字基带信号转换为数字频带信号的过程。设计的单元电路如下：主载波振荡器主要提供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所示。已知由集成电路（555）构成多谐振荡器的振荡频率的计算公式如下：有电阻R1=1K，可调电阻R2=2.6K，电容C=0.033uf。 图4 555 定时器接成的多谐振荡器 分频器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和序列所需的时钟信号，由于选用74LS74双D3片的一级D触发器可实现二分频，故2FSK系统所需的四、八及32分频器电路如图5所示。M序列发生器 图5 分频器电路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。M序列发生器用三级线性移位寄存器组成（本次设计选用74LS74双D2片），形成长度为23-1=7位码长的伪随机码序列，码率约为400bit/s，电路如图6所示，输出的信码为：1110010。图6 M序列发生器电路图 图7 调制器电路图调制器本次设计的2FSK调制器用两个集成模拟乘法器（1496）实现，实际电路如图7所示。图8 2FSK调制系统电路图综合上述单元模块的设计，2FSK调制系统电路构成如图8所示。其中模拟乘法器与相加器直接调用EWB中的电路模块。2）2FSK解调系统本次设计的解调系统采用相干检测法，其系统电路构成如图9所示。乘法器本次设计采用相干解调，用乘法实现载波与2FSK信号相乘同步载波为四分频输出载波。试验时乘法器直接调用EWB中的电路模块。 图9 相干解调电路 低通滤波器低通滤波器，本次设计选用一般低通滤波器电路。电压比较器本次设计的电压比较器为用运算放大器构成迟滞比较器。由于“0”、“1”电平的解调输出电压分别-0.3V、+5V，故可设置其参考电压设定为2.5V，此时能正确地判决，且有效地防止干扰。3）2FSK调制与解调系统总电路原理图 由上述2FSK调制与解调系统设计，系统总电路如图10所示。图10 2FSK调制与解调电路原理图4）元件清单序号元器件名称型号规格数量备注1555定时器1个2电容0.01 uf1个3电容0.033 uf1个4电容1 uf4个5电阻1K3个6可调电阻2.6K1个7可调电阻1 K2个8电源Vcc1个9D触发器10个10电阻10 K2个11电容10 uf2个12可调电感0.9 mH2个13放大器3个14或门3个15异或门1个16非门2个17双向开关2个18电源+5V1个19乘法器3个20加法器1个21电感1 mH1个22电源+2.5V1个四、实验内容与测试数据1 FSK调制器（发送单元）的实验数据测量 多谐振荡器输出的载波信号 四分频器输出信号与波形变换输出信号 八分频器输出信号与波形变换输出信号 32分频器输出信号 M序列输出信号 （1110010） 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)2FSK解调器（接收部分）的实验数据测量 2FS解调乘法器输出滤波器输入信号与输出信号波形检测 M序列数据与电压比较器解调输出信号波形五、收获与体会通过此次试验，进一步加深了对数字调制中移频键控FSK调制器与解调器工作原理及电路组成的理解与掌握；学会综合地、系统