FSK課程設(shè)計(jì)課件

1、1. 經(jīng)歷工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，為后續(xù)進(jìn)行畢業(yè)經(jīng)歷工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，為后續(xù)進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定工作基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)奠定工作基礎(chǔ)； 2.掌握掌握2FSK的調(diào)制與非相干解調(diào)的實(shí)現(xiàn)方法；的調(diào)制與非相干解調(diào)的實(shí)現(xiàn)方法； 3.遵循本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，理順基帶信號(hào)、傳輸遵循本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，理順基帶信號(hào)、傳輸頻帶及兩個(gè)載頻三者間相互間的關(guān)系；頻帶及兩個(gè)載頻三者間相互間的關(guān)系； 4.加深理解加深理解2FSK調(diào)制器與解調(diào)器的工作原理，調(diào)制器與解調(diào)器的工作原理，學(xué)會(huì)對(duì)學(xué)會(huì)對(duì)2FSK工作過(guò)程進(jìn)行檢查及對(duì)主要性能指標(biāo)工作過(guò)程進(jìn)行檢查及對(duì)主要性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試的方法。進(jìn)行測(cè)試的方法。設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1. 根據(jù)根據(jù)2FSK調(diào)制

2、器與解調(diào)器的組成原理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案；調(diào)制器與解調(diào)器的組成原理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案； 2. 著眼于時(shí)間、頻率、頻譜、頻帶、觀察著眼于時(shí)間、頻率、頻譜、頻帶、觀察2FSK信號(hào)。在信號(hào)。在時(shí)域，觀察單元電路各點(diǎn)的波形、眼圖、誤碼率；在頻域，時(shí)域，觀察單元電路各點(diǎn)的波形、眼圖、誤碼率；在頻域，觀察已調(diào)信號(hào)、調(diào)制信號(hào)的頻譜，測(cè)算傳輸帶寬；測(cè)量?jī)捎^察已調(diào)信號(hào)、調(diào)制信號(hào)的頻譜，測(cè)算傳輸帶寬；測(cè)量?jī)蓚€(gè)載頻頻率；個(gè)載頻頻率； 3. 理順低通濾波器理順低通濾波器3db帶寬與基帶信號(hào)傳輸速率間的關(guān)系，帶寬與基帶信號(hào)傳輸速率間的關(guān)系，兩個(gè)載頻間隔和基帶信號(hào)速率間的關(guān)系；兩個(gè)載頻間隔和基帶信號(hào)速率間的關(guān)系； 4. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的

3、波形和數(shù)據(jù)，分析根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的波形和數(shù)據(jù)，分析2FSK調(diào)制解調(diào)過(guò)程調(diào)制解調(diào)過(guò)程和性能。和性能。技術(shù)要求：技術(shù)要求： 1.兩載頻兩載頻 f1、f2 由一個(gè)方波振蕩器產(chǎn)生。由一個(gè)方波振蕩器產(chǎn)生。其中其中 f1=8kHz 、 f2=4kHz，數(shù)字基帶信，數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)鐘頻率號(hào)時(shí)鐘頻率fs=1kbit/s； 2.設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)計(jì)一個(gè)m序列產(chǎn)生器（序列產(chǎn)生器（31位），作位），作為數(shù)字基帶信號(hào)；為數(shù)字基帶信號(hào)； 3.解調(diào)采用相干、非相干解調(diào)技術(shù)；解調(diào)采用相干、非相干解調(diào)技術(shù)；四四. . 設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟： 1、根據(jù)技術(shù)要求及功能框圖設(shè)計(jì)電原理圖；、根據(jù)技術(shù)要求及功能框圖設(shè)計(jì)電原理圖；查閱器件手冊(cè)，提出使用

4、器材；查閱器件手冊(cè)，提出使用器材； 2、擬定測(cè)試項(xiàng)目、提出測(cè)試所用儀器及測(cè)、擬定測(cè)試項(xiàng)目、提出測(cè)試所用儀器及測(cè)試方法；試方法； 3、在面包板上插接、調(diào)測(cè)、改進(jìn)、完善方、在面包板上插接、調(diào)測(cè)、改進(jìn)、完善方案；案； 4、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 1. 設(shè)計(jì)方案、查閱所用器件手冊(cè)、畫出實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案、查閱所用器件手冊(cè)、畫出實(shí)現(xiàn)電路圖、呈遞老師（占電路圖、呈遞老師（占3天時(shí)間）；天時(shí)間）； 2. 在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)方案及調(diào)試（占在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)方案及調(diào)試（占5天間）；天間）； 3. 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告（占撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告（占3天時(shí)間）。天時(shí)間）。六六. .課程設(shè)計(jì)報(bào)告的要求：課程設(shè)計(jì)報(bào)告的要求： 1.

5、給出最后完成的方案并作祥細(xì)的分析；給出最后完成的方案并作祥細(xì)的分析； 2.介紹測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試方法、整理測(cè)量數(shù)據(jù)、介紹測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試方法、整理測(cè)量數(shù)據(jù)、分析性能指標(biāo)；分析性能指標(biāo)； 3.總結(jié)設(shè)計(jì)、調(diào)試、過(guò)程中的收獲和體會(huì)；總結(jié)設(shè)計(jì)、調(diào)試、過(guò)程中的收獲和體會(huì)；七七. .參考資料：參考資料： 通信原理通信原理 . 樊昌信、張甫翊等樊昌信、張甫翊等 . 國(guó)防工業(yè)出版社國(guó)防工業(yè)出版社 現(xiàn)代通信原理與技術(shù)現(xiàn)代通信原理與技術(shù). 張生輝、曹麗娜張生輝、曹麗娜 . 西安電子科西安電子科技大學(xué)出版社技大學(xué)出版社 通信原理及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)通信原理及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn). 樊昌信、宮錦文、劉忠成編著樊昌信、宮錦文、劉忠成編著 電子工業(yè)

6、出版社電子工業(yè)出版社 現(xiàn)代通信原理現(xiàn)代通信原理. 曹志剛、錢亞生曹志剛、錢亞生 . .清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 實(shí)用電子電路手冊(cè)實(shí)用電子電路手冊(cè). （數(shù)字電路部分）（數(shù)字電路部分）.高等教育出版社高等教育出版社 實(shí)用電子電路手冊(cè)實(shí)用電子電路手冊(cè). （模擬電路部分）（模擬電路部分）.高等教育出版社高等教育出版社八八. .2FSK調(diào)制解調(diào)原理調(diào)制解調(diào)原理在實(shí)際信道中，大多數(shù)信道具有帶通在實(shí)際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號(hào)不能直接在這種傳輸特性，數(shù)字基帶信號(hào)不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸，必須用數(shù)字帶通傳輸特性的信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，完成頻譜搬移

7、，基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，完成頻譜搬移，變換成頻帶信號(hào)后，才能在帶通傳輸特性變換成頻帶信號(hào)后，才能在帶通傳輸特性的信道中傳輸。的信道中傳輸。 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，若載波的頻率隨二進(jìn)在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，若載波的頻率隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)在制數(shù)字基帶信號(hào)在 f1和和f2兩個(gè)載頻間切換，則產(chǎn)兩個(gè)載頻間切換，則產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控制信號(hào)（生二進(jìn)制移頻鍵控制信號(hào)（2FSK信號(hào)）。二進(jìn)制信號(hào)）。二進(jìn)制移頻鍵控制信號(hào)的產(chǎn)生方法如圖移頻鍵控制信號(hào)的產(chǎn)生方法如圖1所示。圖所示。圖1（a）是采用數(shù)字鍵控的實(shí)現(xiàn)方法，圖是采用數(shù)字鍵控的實(shí)現(xiàn)方法，圖1（b）是）是2FSK信信號(hào)的時(shí)間波形。號(hào)的時(shí)間波形。 （一）二進(jìn)制移頻鍵

8、控制信號(hào)的產(chǎn)生方法（一）二進(jìn)制移頻鍵控制信號(hào)的產(chǎn)生方法 圖圖1 1（a a）2FSK2FSK信號(hào)產(chǎn)生原理圖信號(hào)產(chǎn)生原理圖圖圖1 1（b b） 2FSK2FSK信號(hào)的時(shí)間波形信號(hào)的時(shí)間波形在圖在圖1（a）中，兩個(gè)載頻受輸入的二進(jìn)制基帶）中，兩個(gè)載頻受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制，在一個(gè)碼元信號(hào)控制，在一個(gè)碼元 TS 期間，輸出期間，輸出 f1 或或 f2 兩兩載頻之一。若二進(jìn)制基帶信號(hào)的載頻之一。若二進(jìn)制基帶信號(hào)的“1”對(duì)應(yīng)于載頻對(duì)應(yīng)于載頻 f1，“0”對(duì)應(yīng)于載頻對(duì)應(yīng)于載頻 f2，則二進(jìn)制移頻鍵控制信，則二進(jìn)制移頻鍵控制信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為： 2111222( )( ) cos()(

9、 ) cos()FSKetAm ttAm tt（1式）式） 式中，式中，A為兩個(gè)載波的幅度（數(shù)字電路的輸出為兩個(gè)載波的幅度（數(shù)字電路的輸出幅度，設(shè)兩幅度正好相等幅度，設(shè)兩幅度正好相等)1=2f1，2=2f2，1和和2是兩個(gè)載頻的初始相角；是兩個(gè)載頻的初始相角；m1(t) 和和 m2(t)是周期是周期開關(guān)函數(shù)，定義為：開關(guān)函數(shù)，定義為： S11S212t T 2( )02 t T 2SSTm tTS12S22t T20( )2 t T21SSTm tT（式）（式）（式）（式） 且且m1(t)和和m2(t)滿足下列關(guān)系式：滿足下列關(guān)系式： 11221, 2,SSm t mTm tmm t mTm

10、t（式）（式） 相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的功率相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的功率譜可以近似表示成兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅譜可以近似表示成兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控功率譜密度的疊加，如圖鍵控功率譜密度的疊加，如圖2所示。所示。oosffosffoffFSKSf2sf0 . 8sf0.5h 0.7h 1h 圖相位離散的圖相位離散的2FSK信號(hào)的功率譜示意圖信號(hào)的功率譜示意圖從圖從圖2中可以看出：中可以看出： 1、2FSK的頻譜由連續(xù)譜和離散譜所組成，其中的頻譜由連續(xù)譜和離散譜所組成，其中離散譜位于兩個(gè)載頻離散譜位于兩個(gè)載頻 f1 和和 f2處，連續(xù)譜由兩個(gè)中心處，連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于位于

11、 f1 和和 f2 處的雙邊譜疊加形成；處的雙邊譜疊加形成； 2、若兩個(gè)載波頻差小于若兩個(gè)載波頻差小于 fs ,則連續(xù)譜在則連續(xù)譜在 f0 處出現(xiàn)處出現(xiàn)單峰；若載頻差大于單峰；若載頻差大于 fs ，則連續(xù)邊譜距離拉開，則連續(xù)邊譜距離拉開，出現(xiàn)雙峰；出現(xiàn)雙峰； 3、若以二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)功率譜第一個(gè)零點(diǎn)、若以二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)功率譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔作為之間的頻率間隔作為2FSK信號(hào)的帶寬，則信號(hào)的帶寬，則2FSK信信號(hào)的頻帶寬度號(hào)的頻帶寬度B2FSK為為2122FSKsBfff （式）（式） 由以上的分析可知，在設(shè)計(jì)移頻鍵控系統(tǒng)時(shí)，為由以上的分析可知，在設(shè)計(jì)移頻鍵控系統(tǒng)時(shí)，為了獲得最佳分

12、路特性，通常選用的兩個(gè)載頻了獲得最佳分路特性，通常選用的兩個(gè)載頻 f1和和 f2在碼元周期在碼元周期 TS內(nèi)具有正交特性，即內(nèi)具有正交特性，即 上式在上式在 f1 和和 f2 間隔為間隔為1 / 2TS的整數(shù)倍時(shí)都能滿足，的整數(shù)倍時(shí)都能滿足，即即 （n=1,2,） 工程上一般取工程上一般取 f1 - f2=(35) / Ts11220cos() cos()0sTttdt122SnffT（式）（式）（式）（式）（6式）式）（二）（二）2FKS 信號(hào)的解調(diào)方法信號(hào)的解調(diào)方法二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的解調(diào)可采用相干解調(diào)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的解調(diào)可采用相干解調(diào)和非相干解調(diào)。從最佳解調(diào)的觀點(diǎn)看，相干解調(diào)和非相干

13、解調(diào)。從最佳解調(diào)的觀點(diǎn)看，相干解調(diào)具有最佳的抗干擾性能，但相干解調(diào)必須依賴于具有最佳的抗干擾性能，但相干解調(diào)必須依賴于解調(diào)端恢復(fù)準(zhǔn)確頻率和相位的參考載波，在移頻解調(diào)端恢復(fù)準(zhǔn)確頻率和相位的參考載波，在移頻鍵控系統(tǒng)中，提取鍵控系統(tǒng)中，提取f1和和f2會(huì)大大增加系統(tǒng)的復(fù)雜會(huì)大大增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。采用非相干解調(diào)的原理圖如圖度。采用非相干解調(diào)的原理圖如圖3所示所示, ,它是一它是一種過(guò)零檢測(cè)的方法，整個(gè)解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形如種過(guò)零檢測(cè)的方法，整個(gè)解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形如圖圖4所示。所示。 圖圖3 過(guò)零檢測(cè)過(guò)零檢測(cè)abcdef圖圖4 4 過(guò)零檢測(cè)法的時(shí)間波形過(guò)零檢測(cè)法的時(shí)間波形九、在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題九、在

14、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題: : （1）2FSK調(diào)制器方案介紹調(diào)制器方案介紹: 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的產(chǎn)生原理圖如圖二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的產(chǎn)生原理圖如圖5 5所示。所示。圖圖5 5 數(shù)字移頻鍵控信號(hào)產(chǎn)生原理圖數(shù)字移頻鍵控信號(hào)產(chǎn)生原理圖 按（按（8式）和（式）和（5式），兩載頻式），兩載頻 f1、f2 和和fs 應(yīng)折中選取，另外根據(jù)國(guó)際電報(bào)電話咨詢委應(yīng)折中選取，另外根據(jù)國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（員會(huì)（CCITT）的建議，傳輸速率為）的建議，傳輸速率為1200波波特以下的設(shè)備采用特以下的設(shè)備采用FSK，因而本實(shí)驗(yàn)的碼元，因而本實(shí)驗(yàn)的碼元速率選在速率選在1kHz左右，這樣左右，這樣 f1、f2 和和 fs 三

15、個(gè)頻三個(gè)頻率的取值分別為率的取值分別為f1 ？、？、 f？和？和f？ 。 (2)、信源的具體電路、信源的具體電路(參見圖參見圖6):(3)、2FSK調(diào)制器的電路調(diào)制器的電路:圖圖8 8 2FSK調(diào)制器的電路調(diào)制器的電路 （4）2FSK信號(hào)的解調(diào)方案信號(hào)的解調(diào)方案 從前面原理的介紹中，我們知道從前面原理的介紹中，我們知道2FSK調(diào)制信調(diào)制信號(hào)的解調(diào)用非相干過(guò)零檢測(cè)法，由圖號(hào)的解調(diào)用非相干過(guò)零檢測(cè)法，由圖 3可見，必可見，必須有六個(gè)單元模塊來(lái)完成?？紤]到須有六個(gè)單元模塊來(lái)完成?？紤]到2FSK信號(hào)的信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)集于同一面包板內(nèi)，已調(diào)信號(hào)未經(jīng)信產(chǎn)生和解調(diào)集于同一面包板內(nèi)，已調(diào)信號(hào)未經(jīng)信道傳輸，沒(méi)有

16、畸變、沒(méi)有信道的干擾，因而采用道傳輸，沒(méi)有畸變、沒(méi)有信道的干擾，因而采用數(shù)字電路完成限幅、微分、整流和脈沖形成四大數(shù)字電路完成限幅、微分、整流和脈沖形成四大功能是較簡(jiǎn)單的，解調(diào)器的解調(diào)框圖如圖功能是較簡(jiǎn)單的，解調(diào)器的解調(diào)框圖如圖9所示。所示。圖圖9 9 2FSK 2FSK信號(hào)解調(diào)器的組成框圖信號(hào)解調(diào)器的組成框圖圖圖10 10 解調(diào)器的電路圖解調(diào)器的電路圖 脈沖形成電路用雙脈沖形成電路用雙J-K觸發(fā)器觸發(fā)器74LS107、二極管、二極管、阻容等元件組成。具體電路如圖阻容等元件組成。具體電路如圖10 。 該電路具有單穩(wěn)態(tài)特性，它的穩(wěn)定狀態(tài)是：該電路具有單穩(wěn)態(tài)特性，它的穩(wěn)定狀態(tài)是： =1=1或或Q=

17、0。當(dāng)當(dāng)CP端有輸入信號(hào)觸發(fā)時(shí)，輸入信號(hào)的下降沿使電端有輸入信號(hào)觸發(fā)時(shí)，輸入信號(hào)的下降沿使電路狀態(tài)發(fā)生改變路狀態(tài)發(fā)生改變: :Q=1，=0=0。這時(shí)。這時(shí)J-K觸發(fā)器清零端的電壓觸發(fā)器清零端的電壓VRD將緩慢降低，當(dāng)降至將緩慢降低，當(dāng)降至1.4V左右時(shí)，觸發(fā)器清零，電路又左右時(shí)，觸發(fā)器清零，電路又回到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)，二極管導(dǎo)通，電容回到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)，二極管導(dǎo)通，電容C經(jīng)二極管正向電經(jīng)二極管正向電阻阻rD 反向充電，因?yàn)榉聪虺潆姷臅r(shí)常數(shù)反向充電，因?yàn)榉聪虺潆姷臅r(shí)常數(shù)充充= rD C較小，因而較小，因而觸發(fā)器清零端的電壓會(huì)很快上升至高電位上，保證觸發(fā)器清零端的電壓會(huì)很快上升至高電位上，保證Q端維

18、持端維持低電平。顯然，輸入信號(hào)的下降沿作用后，清零端電平下低電平。顯然，輸入信號(hào)的下降沿作用后，清零端電平下降到降到1.4V左右的時(shí)間長(zhǎng)度與脈沖寬度有關(guān)，脈沖寬度左右的時(shí)間長(zhǎng)度與脈沖寬度有關(guān)，脈沖寬度放放= W1C，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)W1可以改變形成脈沖的寬度。調(diào)節(jié)可以改變形成脈沖的寬度。調(diào)節(jié)W1使脈沖形使脈沖形成電路上下兩支脈沖的寬度分別小于成電路上下兩支脈沖的寬度分別小于T1/2（T1=1/f1），），保證保證兩路脈沖疊加后不混疊，但也不能使脈寬過(guò)窄，因?yàn)樾纬蓛陕访}沖疊加后不混疊，但也不能使脈寬過(guò)窄，因?yàn)樾纬擅}沖的寬度將影響低通濾波器輸出幅度的幅度。脈沖的寬度將影響低通濾波器輸出幅度的幅度。 QQ（5 5）、低通濾波器的設(shè)計(jì)）、低通濾波器的設(shè)計(jì)為了獲得良好的幅頻特性，相加器輸出端所接的低通濾為了獲得良好的幅頻特性，相加器輸出端所接的低通濾波器的帶外衰減應(yīng)很快，達(dá)波器的帶外衰減應(yīng)很快，達(dá)40dB/十倍頻程。實(shí)驗(yàn)中采用巴十倍頻程。實(shí)驗(yàn)中采用巴特沃斯低通濾波器，其電路如圖特沃斯低通濾波器，其電路如圖11所示。所示