2FSK通信原理实验报告.

1、实验项目名称FSK通信系统调制解调综合实验电路设计实验成绩实验者专业班级同组者实验日期咅B分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一、实验目的通过2FSK通信系统综合设计实验，加强对2FSK调制器与解调器通信技术电路理解，学会查寻资料、方案比较，以及设计计算环节。学会对所学基本理论知识的综合运用；进一步 提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手、独立开展电路实验的机会，锻炼分析、 解决通信技术电路问题的本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设 计与制作，初步体验从事通信产品研发的过程；增强学生的实际能力；掌握使用

2、Multisim软件的操作方法。二、设计内容与要求根据2FSK调制器与解调器的组成原理，设计出整个2FSK传输系统的实现方案与电路；技术指标： 主载频为16KHZ f1= 8KHZ; f2 =4KHZ。数字基带信号时钟频率 fs =1000bit/s ； m序列产生器（7位或15位），作为数字基带信号，传输速率fs=1000bit/s ； 调制器采用键控方式；解调器可采用非相干解调（过零检测）技术。（在时间充足的情况下，选做2FSK的载波提取，实现相干解调或用模拟锁相环解调）实验要求：要求掌握调制系统（多谐振荡器、分频器、波形变换（方波-正弦波）电路、M序列发生器）与解调系统（限幅器、微分整流

3、电路、脉冲展宽电路、比较器、抽样判决器以及压控振荡器 等单元电路）设计方法；掌握调制、解调的基本原理。通过实际的方案分析进行比较，初步 掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法；了解与课程有关的电子电路以及元器件工程 技术规范，能按综合实验设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确地反映设计和实验 成果，能正确的绘制电路图。三、FSK调制与解调系统整体方案设计3.1调制设计方案设信息源发出的是由二进制符号0, 1组成的序列， 且假定o符号出现的概率为p, 1出现的概率为1- p，它们彼此独立，那么，2FSK信号便是1符号对应于载频3 1,而0对应 于载频3 2 （与3 1不同的另一个载频）的已

4、调波形，而且3 1、3 2的改变是瞬间就能完成的。容易想到，2FSK可以利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，使其能够输出2个不同频率的码元。2FSK信号的产生，可以采用模拟调频法来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。图 3-1是数字键控法产生 2FSK信号的原理图：掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法；了解与课程有关的电子电路以及元器件工程 技术规范，能按综合实验设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确地反映设计和实验 成果，能正确的绘制电路图。三、FSK调制与解调系统整体方案设计3.1调制设计方案设信息源发出的是由二进制符号0，1组成的序列，且假定o符号出现的概率为p, 1出现的

5、概率为1- p，它们彼此独立，那么，2FSK信号便是1符号对应于载频3 1,而0对应 于载频3 2 (与3 1不同的另一个载频)的已调波形，而且3 1、3 2的改变是瞬间就能完成的。容易想到，2FSK可以利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，使其能够输出2个不同频率的码元。2FSK信号的产生，可以采用模拟调频法来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。图 3-1是数字键控法产生 2FSK信号的原理图：图3-1数字键控法实现2FSK信号的原理图；.图中两个振荡器的载波输出受输入的二进制基带信号S(t)控制。由图1-1可知，S(t)为“ 1 ”时，正脉冲使门电路 1接通，门2断开，输出频率为f1

6、;数字信号为“ 0”时，门1断 开，门2接通，输出频率为f2。在一个码元Tb期间输出3 1或3 2两个载波之一。由于两个 频率的振荡器是独立的，故输出的2FSK信号：在码元“ 0” “1”转换时刻，相邻码元的相位有可能是不连续的。这种方法的特点是转换速率快，波形好，频率稳定度高，电路简单，得 到广泛应用。对应图3-1 (a)和(b) ，2FSK调制器各点的时间波形如图 1-2所示，图中波形g可以看成是 两个不同频率载波的 2ASK信号波形e和波形f的叠加。可见，2FSK信号由两个2ASK信号相 加构成。其信号的时域表达式：SFSK takg t kTb cos 吐 1 akg t kTb co

7、s ?t 2kk% iO I|4-O|s 一_1 1iif -顷I I1 二:m 十 fT/WVWWWWWWWWV r -懾TWVW 働图3-2 2FSK调制器各点的时间波形本次综合设计实验调制部分正是采用此方法设计的。整个调制系统包括：载波振荡器、 分频器、反相器、调制器与加法器等单元电路组成。1.2解调设计方案数字频率键控(2FSK)信号常用解调方法有很多种，在设计中利用过零检测法。 过零检测法是利用信号波形在单位时间内与零电平轴交叉的次数来测定信号频率。解调 系统组成原理框图如图3-3所示电路：图3-3 2FSK过零检测解调电路原理框图输入的FSK信号经限幅放大后成为矩形脉冲波，再经过微

8、分电路得到双向尖脉冲，然后 整流得到单向尖脉冲，每个尖脉冲表示一个过零点， 尖脉冲的重复频率就是信号频率的两倍。 将尖脉冲去触发一单稳电路，产生一定宽度的矩形脉冲序列， 该序列的平均分量与脉冲重复频率成正比，即与输入信号成正比。所以经过低通滤波器输出的平均分量的变化反映了输入 信号频率的变化，这样把码元“ 1 ”与“ 0”在幅度上区分开来，恢复出数字基带信号。其 原理框图及各点波形如图 3-4所示。_rLn_rLnn_rTjmnrLr下 IF I!TLLkXXKXA,” iwmmrLrLTLrLJinnnnnnnr图3-4 过零检测电路信号波形四、系统中各种单元电路设计以及仿真1、主载波振荡器

9、电路设计与工作原理载波振荡器的功用是提供 2FSK调制系统所需的载波和信码定时信号，它可用门电路或集成电路(555)构成多谐振荡器。本实验系统要求产生的主载波振荡频率为16KHZ载波，要求输出频率可调。为简化实验电路，本次实验系统选用门电路构成多谐振荡器。已知该门电路的估算振荡周期是：T2.2RC。经计算其实际电路如图4-1所示：图4-1主载波振荡器电原理图由图4-1电路可知，在三个与非门之间加入了一个R(R1)C(C1)延时网络，由于RC较大，可忽略tpd。接通电源时，C的充放电使“ A”点电压发生变化。每当”A”点到达阈值电压VT=1.4V时，电路就会翻转，电路不停的自动翻转，就会在Vo端

10、输出一系列的矩形脉冲， 即电路产生了振荡。并且调整R1可以改变RC值，使振荡频率改变。RS(R2)起隔离作用，把电容C的输出与U3c的输入隔离开。电路振荡波形如图4-2所示：2、分频器电路设计与工作原理将主载波按设计技术指标要求，一般用 D触发器构成适当的分频电路，获得载频 fl、f2 和M序列所需的时钟信号。本实验系统，将主载波16KHZ进行二分频得8KHZ信号作fl ;将8KHZ载波进行二分频得 4KHZ信号作f2 ；再将4KHZ四分频得1KHZ信号作为fs，为M序列发 生器提供编码时钟信号。分频器的实际电路如图4-3所示：图4-3 分频器电原理图 分频电路输出信号波形如图4-4所示：四级

11、伪随机码Q3Q2Q1Q0111101110011图4-4分频电路输出信号波形3、m序列发生器电路设计与工作原理m序列也称作伪随机序列，它的显著特点是：（a）随机特性；（b）预先可确定性；（c）可重复实现。本次综合设计要求用D触发器构成四级移位寄存器，形成长度为24-仁15位码长的伪随机码序列，码率约为1000bit/s。1010CPCP时钟输入74L304DU14Ar Vb输出为1当输入信号电压 Vi Vb 输出为03图4-13电压比较器电路原理图图4-14电压比较器电路输出信号波形图8抽样判决器电路组成与工作原理抽样判决器的功用是： 在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制

12、）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。过零检测电压比较器输出的信号，必须进行码再生电路 （即抽样判决电路） 才能恢复出和发送端相同的非归零码。在2FSK通信系统中，抽样判决电路通常用触发器对判决信号进行 抽样再生，其基本电路如图4-15所示：输出信号波形如图 4-16所示。由图可见，该电路使用D触发器构成，其时钟信号是由码元定时电路恢复的与发送端同 频同相的位同步信号。图5-15抽样判决电路原絆调桔5-74LST4理图图5-2调制与解调电路各主要信号测试波形图元件清单574LS, 4LS74D74LS, T4LS20N274LS, 74LS8BD1? rfi, U7, US UG5JL3JLi 115U16U9, U20 (J21. U22JLQ, 1111, U12, HT, W JL*)DI, D2U24, 361 OOH刊咫蚀 LmiT UL8封装匙IPC-2221A/2222H014:PC-73S1DO141PC-2221A/3222W