实验指导书第4节2FSK调制与解调实验

1、2FSK调制与解调实验、实验目的：1、了解二进制移频键控2FSK信号的产生过程及电路的实现方法。2、了解非相干解调器过零检测的工作原理及电路的实现方法。3、了解相干解调器锁相解调法的工作原理及电路的实现方法。二、实验内容：1、了解相位不连续2FSK信号的频谱特性。2、了解2FSK调制，非相干、相干解调电路的组成及工作原理。3、观察2FSK调制，非相干、相干解调各点波形。三、实验原理：数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作 2FSKo数字频移键控是用载波的频 率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“ 1 ”寸应于载频齐，而符号“0对应于载频N

2、（与不同的另一载频）的已调波形，而且力与N之间的改变是瞬间完成的。从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。2FSK键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。2FSK信号的产生方法及波形示例如图所示。图中s（t）为代表信息的二进制矩形脉冲 序列，勺（）即是2FSK信号。S)?)001s? n n ;2FSK信号产生方注及戏形示例二进制频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制

3、解调方式容易实现、抗噪声和抗哀落性能较强，因此在屮低速通过数据传输系统屮得到了较为广泛的应用。本实验2FSK信号的产生是釆用键控法原理，利用数字基带信号控制电子开关电路对两个不同的频率源进行选通，所产生的信号相位不连续。见调制器框图。256K噪芦源射随一放大2FSK4带通一身放大2FSK调制器框图本实验2FSK信号的解调是釆用过零检测法和锁相解调法，通过两种解调方式的比较，可以了解各自的优缺点。1、2FSK调制器2FSK调制器是由晶体振荡器、 分频电路、码产生电路、带通滤波器、模拟开关电路所 组成。（1） 晶体振荡器和分频器：晶体振荡器是一个用晶体和与非门构成的自激多谐振荡器。实验电路屮的晶体

4、频率fo选为4096KHZ,移频键控的两个频率分别是 fl = 1 MHz, f2=2MHz,吋钟信号=256KHzo同时实 验板设置了外吋钟、外码元接口由开关选择，便于系统实验使用。经U 14a二分频得到2MHz方波再经U14b二分频得到1MHz方波。经过分频得到256KHz时钟。（2）码产生电路：SW8位拨码开关、 D5-D12共8支发光二级管与排阻组成码产生 显示电路。码的设置可以随意选择，八位码的某一位是“1时，发光二极管亮红灯，同时将 高电平送入U4 74LS151数据输入端。U4 74LS151中S为使能控 制端，A、B、C是三 个选择输入端，Z是输出端，7为反码输出。其功能表如下

5、:地址使能输出C B ASZ ZXXX10 10 0 00Do D.0 0 10D D0 1 00禺2 D20 1 10?3 Da1 0 00D4 D41 0 10S D51 1 00D& %1 1 10D7 D.U3 74LS161在时钟控制下 QoQ 1Q2端口出现X=8种不同的地址码，分别是：000、001、010、011> 100> 101> 110> lllo（3）带通滤波器将1MHz、2MHz方波滤除谐波后，输出1MHz、2MHz的正弦信号作为两个频率的载波信号，fl = lMHz,f2=2MH 乙（4）模拟开关电路：采用4052双四选一模拟开关电路

6、 U13产生2FSK信号。2、2FSK解调器（1）2FSK解调器在数字解调模块中。本实验采用了非相干方式的过零检测法与相干解调的锁相解调法。非相干方式的过零检测器。方框图如下：非相干方式过零检测器方框图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下所示。 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

7、形波的直流分量便代 表着信号的频率，脉冲越密，直流分量越人 ，反映看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 频率一幅度变换，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”却丽阿7肖莎鑒瓷&WWWWV/ b包 jmwLmwnwf /由于2FSK 信号的数字调频波过零点随不同载频而不同，我们将 2FSK 信号的通过 放大整 形，形成矩形脉冲，分别送入 U18a单稳触发器实现上升沿触发。进入 U18b单 稳触发器实现下 降沿触发的，然后将两个单稳触发器输出脉冲相加。相加器采用或非U19a,U19b实现。这一过程实际起到微分、整流、脉冲形成的作用

8、。所得到的是与频率 变化相应的脉冲序列。这个序列就代表的调频波的过零点。脉冲序列经过低通滤波器滤除高次谐波，便能得到对应的原数字基带信号。为了得到较好的滤波效果，采用有源无限增益多路反馈的低通滤波电路。 单运放为U20,U 19c为整形输出，U23a为再生电路。（2）相干检测的具休解调电路是同步检波器，原理方框图如图下所示。图中两个带通滤波器起分路作用。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，取出抽样值乃、巾进行比含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到來时対两个低频信号的 较判决，则抽样判决器的判决准则为卜“，判为T'h < V2,判为

9、"0"即町还原出基带数字信号解周器相干解调方式的锁相解调器工作原理。框图如下相干解调锁相解调器框图四、基本实验参考实验步骤：1调制器(1) 熟悉数字调制模块以及电路原理，正确接通电源。(2) 将开关S1置内码，S2置本地时钟，S3置2MHz正弦，S6置1MHz正弦，S4置绝对 码。(3) 用示波器和频率计观察 4096KHZ ( Tl)、2048KHZ(T2)、1024KHz(T3)、256KHz (T4)吋钟频 率，观察画出波形(4) 观察滤波后的2MHz(T17)> lMHz(Tll)正弦信号波形，观察画出波形(5) 将拨码开关SW码置10001100示波器可在T6绝对码处监视，观察画出波形(6) 观察2FSK输出波形P22,观察画出波形(7) 将噪声源噪声输出2端送入2FSK输出部分的噪声输入端 P21。用示波器观察加噪后 的2FSK 信号的波形(P22)。2、非相干过零检测解调和相干锁相解调(1) 熟悉数字解调器模块，了解过零检测器电路原理及各点测试孔位置。(2) 将电源线正确连通数字解调模块一 12V、+12V、地。(3) 将信道模型器开关K3置非畸变处。(4) 将2FSK信号送入P仃处，