2FSK解调电路的研究与设计.docx

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1、目录1 前言11. 1FSK简介11.2课题的主要研究工作及意义12总体设计原理与系统框图12.1 总体设计原理12.2 系统框图23模块设计原理及框图21.2 12FSK解调单元21.3 整形单元设计31.4 单稳单元设计41.5 低通滤波器的设计51.6 抽样器的设计61.7 总电路图74 SystemView仿真与结果84.1 仿真器件图84.2 仿真波形95 总结与体会106参考文献1112附录前言1.1PSK简介相移键控(PSK),是一种用载波相位表示输入信号信息的避时坯。移相键控分为绝对移相和相对移相两种。以未调载波的相位作为基准的相位逊1叫作绝对移相。以二进制调相为例，取码元为“

2、1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”时，调制后载波与未调载波反相；T和“0”时调制后载波相位差_180度。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。1. 2课题的主要研究工作及意义通信的最终目的是远距离传递信息。虽然基带数字信号可以在传输距离不远的情况下直接传送，但是如果要远距离传输时，特别是在无线或者光纤信道上传输时，则必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进行载波调制。如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有三种基本的调制方式：振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK

3、)0它们分别通过控制载波(正弦波)的幅度、频率、和相位来传递数字基带信号。在上述三种基本的数字调制解调方式中，相移键控(PSK)是应用非常广泛的一种通信调制方式。它广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入与移动通信及有线电视的上行传输。尤其PSK传输效率、抗干扰性以及天线尺寸等多种因素综合考虑的最佳选择。所以我们有必要对其进行分析，加强对PSK调制技术的掌握。二总体设计思路与系统框图2. 1总体设计原理时分复用(TDM)的基本原理是将传输时间分割成若干个互不重叠的时刻，各个信号按一定顺序占和各自的时隙，在发送端按顺序将各个信号进行复接；在收端，按照一定的顺序将各个信号分接。与频分

4、复用相比，时分复用便于信号的数字化和实现数字通信，而制造调试的过程也相对比较容易，更适合采用集成电路实现。2FSK时分复用通信系统由数字信源单元，数字调制单元，2FSK解调单元,位同步单元，帧同步单元及数字终端6个主要模块组成。其利用的是载波的频率不同传输信号。在2进制的状况下，利用频率为L载波来表示信号1,频率为f2的频率来表示信号0,实现信息的传递。首先，由信源模块向调制模块提供数字基带信号（NRZ）和位同步信号BS,再次，在调制模块中用键控法产生2FSK信号，然后对产生的2FSK的信号用过零检测法进行解调。波形在数字通信系统中，发端按照确定的时间顺序，逐个传输数码脉冲序列中的每个码元，而

5、在接收端必须有准确的抽样判决时刻才能正确判决所发送的码元，所以应在接收端插入位同步。同时，在时分复用通信系统中，为了正确的传输信息，必须在信息码流中加入一定数量的帧同步码。2.2系统框图图2.1系统框图图中m为时分复用数字基带信号,为NRZ码,发滤波器及收滤波器的作用与基带系统相同,本实验假设信道是理想的,收发端都无带通滤波器.三模块设计原理及框图3. 12FSK解调单元2FSK信号的解调方法有：包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等，在这个课程设计里我们采用过零检测法。过零检测法是数字调频波的过零点数随不同载波而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异。输入信号经限幅后产生矩形波序列，

6、经微分整流后就形成与频率相应的脉冲序列。这个序列就代表着调频波的过零点，将其变换成具有一定宽度的矩形波，并经低通滤波滤除高次谐波，便能得到对应于原数字信号的基带脉冲信号，从而达到解调的目的。2FSK过零检测解调的方框图及电路图分别如下图所示：图3.1过零检测解调的方框图3.2整形单元设计整形电路的主要任务是将输入正弦信号转变成方波信号。其中反相器74He04的功能主要是：高速CMoS一六反相器、对称的传输延迟和转换时间。该电路的构成一个施密特触发器，把边沿变化缓慢的周期信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。设计电路如图2FSK-IM图3.2整形电路3.3单稳单元设计单稳单元的主要功能是对2FSK信

7、号进行微分、整流处理并且控制脉冲宽度。芯片74LS123内有两组多谐振荡器。这个直流触发多谐振荡器的特点是由三种方法控制脉冲宽度，最基本的是选取外部的RC值来控制。IC内部已经有一个定时脉电阻。（内部时间选择电阻器只在LS122上），因此允许只外接定时电阻使用。其功能特点：清零终止输出脉冲；为VCC和温度变化补偿；直流触发是高电平或电平逻辑输入。74LS123管脚图如下：vCCReS Vcc ce QCextCLR B1/2 LS123Q GND图3.374LS123管脚图设计单稳电路如下：R43 IOk .!X,tOCOU35A74LS123C2160QP图3.4单稳电路1图3.5单稳电路2

8、单稳1、单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。电位器路和RN决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度(应基本相等)。3.4低通滤波器的设计低通滤波采用的是二阶有源低通滤波。它是一个选频回路，功能是使频率较低的信号通过，而抑制频率较高的信号。下图为简单的二阶有源低通滤波模型及其特性。(1)通带增益当F=0,或频率很低时，各电容器可视为开路，通带内的增益为Ap=I+%(2)二阶低通有源滤波器传递函数V0(s)=AipV(s)=R+广(及+丁)SClsC2通常有61=62=C,联立求解以上三式，可得滤波器的传递函数A(三)=%(s)=V

9、1(5)1+3SCR+(SCR)2(3)通带截止频率将S换成j3,令GO=2f0=lRC可得A =AP当f = p时.，上式分母的模2解得截止频率fp =0 37 =0.37=- 702RC根据以上公式，设计电路图如下:图3.6低通滤波电路跖可以调节滤波器的频率特性及LPF信号幅度，LPF不是TTL电平信号且不是标准的非归零码，必须进行抽样判决处理。反相器74HC04对抽样判决输出信号进行整形。3.5 抽样器的设计抽样器的功能是将低通滤波后的信号还原为2FSK调制前的信号。主要是由双D触发器74LS74和两个反相器74HC04构成。芯片74LS74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两

10、个相同的、相互独立的边沿触发D触发器电路模块。设计电路为：图3.7抽样器电路3.6 总电路图图3.8总体电路图此电路通过反向器进行反相，使之成为一系列的脉冲信号，将整形后的信号通过单稳态触发器并相加，以完成2FSK的过零检测。信号在通过一系列的电容、电阻滤除掉高次谐波并将校信号放大，而此时，运算放大器LM318相当于一个低通滤波器。因为此时检测到的信号是通过反向之后的信号，所以需要再通过一次整形将其还原后才能进行抽样。为了让输入的信号的每一位都与输入的信号同步，因而将位同步信号作为时钟信号输入D触发器，由此才能得到解调后的输出信号。四SyStemVie,仿真与结果SystemView是一个用于

11、电路与通信系统设计、仿真的动态系统分析工具，它能满足从信号处理、滤波器设计，直到复杂的通信系统数学模型的建立等不同层次的设计、仿真需要。在此用它对2FSK时分复用通信系统仿真4.1 仿真器件图图4.1仿真器件图在仿真里我们输入一个方波信号，采用2FSK解制后送入键控开关，加入一个位同步信号并通过带通滤波器来滤掉高次谐波。我们假设是一个理想信道，所以以一根线代替，并加入高斯噪声以代替信道。2FSK解调我们采用过零检测法，经低通滤波后就可以到解调后的波形。4.2 仿真波形输入的方波波形如图4.2所示图4.2输入波形图4.32FSK解调波形五总结与体会两个礼拜的课程设计很快就结束了，当我们做完了设计

12、并将自己的成果整理成报告的时候，也有不少感受。首先，无庸置疑，这两个礼拜里我们学到了很多东西。尽管设计中用到的知识和相关软件是以前也开过专门的课。但一直缺少理论指导实际的机会。真正当我们拿到设计课题开始设计，或者在设计中遇到了一些问题的时候，才能发现当时学习的薄弱环节所在。或者说我们才真正了解到我们最需要补充的知识是什么。而这种时候恰恰是我们最能学到东西的时候。因为这个时候是主动的学习，而不是平时上课是很被动的跟着老师的思维走。学习自己急切需要的知识总是效率比较高的。同时，这个过程也会使我们体验到成功的乐趣。哪怕是很小的问题,通过自己的思考解决之后，也会有一定成就感。在设计过程中，我对以前学过

13、的相关课程的教材甚至比上课的时候还要熟悉。正是有了这种求知欲的支配，才保证了我们能在规定时间内完成设计所要求的内容。而且课程设计是个眼，手，脑全面动作的过程，在其中得到的很多东西是课堂上不会有的。另外，设计的过程也是一个合作与分享的过程。同样的设计要求，不同的人有不同的思路，可能也就会产生不同的结果。记得萧伯纳曾经说过：如果你有一个苹果，我也有一个苹果，交换后我们还是各有一个苹果；但如果你有一种思想,我有一种思想，那么交换后，我们将都拥有两种不同的思想。这段话充分说明了分享对于理论研究的重要意义。还有一些比较难的一个人不容易解决的问题，通过大家的努力也会迎刃而解。从而可以节省个人时间，提高了整

14、个队伍的工作效率。因为每个人都有自己擅长的部分，很好地发挥各人的特点，会使工作变的轻松而有趣。而在现代公司的招聘细则里，常常会写着对于团队意识方面的要求。而课程设计也是我们毕业前很好的培养和锻炼这种意识的机会。最后，要感谢两个礼拜以来一直特别细心和耐心指导我们的老师:您辛苦了！正是您的指导，使我们的思路豁然开朗，使得我们少走了不少弯路，极大地提高了工作效率。我想，通过两个礼拜的课程设计，我不仅完成了设计内容，更重要的是学到了很多课堂上得不到的东西。这里也感谢学校提供给我们这样的机会。谢谢！六参考文献1、樊昌信主编，通信原理，国防工业出版社。2、南利平主编，通信原理简明教程，清华大学出版社。3、浣喜明，通信原理实验指导书，湖南工程学院。4、罗卫兵等，SyStemVieW动态系统分析及通信系统仿真设计，西安电子科技大学出版社。