課程設(shè)計(jì)二進(jìn)制振幅鍵控信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、一課程設(shè)計(jì)目的-2二設(shè)計(jì)內(nèi)容-2三工作原理-3數(shù)字調(diào)幅技術(shù)的原理和相關(guān)概念二進(jìn)制幅移鍵控(ASK)1ASK 信號的產(chǎn)生2ASK 信號的解調(diào)方式四基于PROTELDE的ASK調(diào)制解調(diào)的仿真電路-7ASK 信號產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)實(shí)際電路中乘法器的實(shí)現(xiàn)解調(diào)電路設(shè)計(jì)1相干解調(diào)2非相干解調(diào)包絡(luò)檢波.低濾波電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)4.5.比擬電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì).電壓判決電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì).ASK 調(diào)制解調(diào)仿真電路綜合設(shè)計(jì)五Protel環(huán)境下仿真波形及波形分析-23六心得體會-30七參考資料-31八附件-32一課程設(shè)計(jì)目的通過本課程的學(xué)習(xí)我們不僅能加深理解和穩(wěn)固理論課上所學(xué)的有關(guān)2ASK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的根本概念、根本理論和根本方法，而且

2、能鍛煉我們分析問題和解決問題的能力；同時(shí)對我們進(jìn)行良好的獨(dú)立工作習(xí)慣和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，為今后參加科學(xué)工作打下良好的根底二.設(shè)計(jì)內(nèi)容：1. 基于MATLAB和PROTEL實(shí)現(xiàn)2ASK的設(shè)計(jì)2. 熟悉數(shù)字調(diào)幅技術(shù)的有關(guān)原理和實(shí)現(xiàn)方法。3. 在PORTEL中設(shè)計(jì)ASK調(diào)制解調(diào)電路。4. 在PROTEL中仿真ASK電路5. 用MATLAB實(shí)現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)，各模塊的程序以及主程序，設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)。三. 工作原理：1. 數(shù)字調(diào)幅技術(shù)的原理和相關(guān)概念1數(shù)字調(diào)制的概念用二進(jìn)制多進(jìn)制數(shù)字信號作為調(diào)制信號，去控制載波某些參量的變化，這種把基帶數(shù)字信號變換成頻帶數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制，反之，稱為數(shù)字解調(diào)。2數(shù)字

3、調(diào)制的分類在二進(jìn)制時(shí)分為：振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK。其中，ASK 屬于線性調(diào)制，F(xiàn)SK、PSK 屬于非線性調(diào)制。3數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)4ASK調(diào)制波形與方框圖：(ASK)1ASK 信號的產(chǎn)生圖為 ASK 信號的產(chǎn)生原理 二進(jìn)制振幅鍵控信號時(shí)間波型一個(gè)二進(jìn)制的ASK 信號可視為一個(gè)單極性脈沖序列與一個(gè)高頻載波的乘積，即ASK 的時(shí)域表達(dá)式為：2ASK 信號的解調(diào)方式解調(diào)也可以分成相干解調(diào)與非相干解調(diào)兩類。其中相干解調(diào)要求接收端提供相干載波。非相干解調(diào)，就是在接收端不需要相干載波，而根據(jù)已調(diào)信號本身的特點(diǎn)來解調(diào)a. 非相干解調(diào)的原理框圖和波形圖包絡(luò)檢波法 2ASK信號非相干

4、解調(diào)過程的時(shí)間波形同步檢測法四基于PROTELDE的ASK調(diào)制解調(diào)的仿真電路的設(shè)計(jì)及設(shè)置。1. ASK 信號產(chǎn)生電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)中采用模擬法，在PROTEL仿真中V1是100KHZ的正弦波，V2是10KHZ的方波。仿真圖如下 其中aaa和aab對應(yīng)的圖形是信號源V1和V2產(chǎn)生的波形，兩個(gè)信號經(jīng)乘法器相乘后產(chǎn)生2ASK信號，如上圖的aac所示，在PROTEL仿真中僅用一函數(shù)模塊代替調(diào)制電路中的乘法器，該函數(shù)模塊可實(shí)現(xiàn)兩信號相乘的功能。即兩信號分別從V1和V2端輸入，相乘后的信號從Q端輸出。 Q端輸出的信號如下列圖： 2. 實(shí)際電路中乘法器的實(shí)現(xiàn) 模擬乘法器是對兩個(gè)模擬信號電壓或電流實(shí)現(xiàn)相乘功能

5、的的有源非線性器件。主要功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互不相關(guān)信號相乘，即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比. 該乘法器使用MC1496，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹如下：圖為MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖MC1496是四象限模擬乘法器，其內(nèi)部電路圖和引腳圖如圖10-1所示。其中V1、V2與V3、V4組成雙差分放大器，以反極性方式相連接，而且兩組差分對的恒流源V5與V6又組成一對差分電路，因此恒流源的控制電壓可正可負(fù)，以此實(shí)現(xiàn)了四象限工作。V7、V8為差分放大器V5與V6的恒流源。3. 帶通濾波器的設(shè)計(jì) 帶通濾波器是對產(chǎn)生的2ASK信號濾波，其目的是濾除帶外再生，減少帶外噪聲對有用信號的干擾。輸入濾波器的信號設(shè)計(jì)。 在PRO

6、TEL仿真中，要對2ASK信號濾波，需要分析出該信號的頻域特性。 PROTEL 仿真的2ASK信號的頻域特性圖如下： 對上圖AAA的放大圖如下:,根據(jù)2ASK信號的頻域特性圖,其能量主要其中100KHZ左右，在設(shè)計(jì)帶通濾波器是其中心頻率應(yīng)選在100KHZ處,濾波器的帶寬設(shè)計(jì)為20KHZ.這樣設(shè)計(jì)濾波器能保存主要有用信號而濾除帶外噪聲的干擾。帶通濾波器電路圖如下：在PROTEL仿真中由于用到的載波電路為100KHZ，要求該濾波器參數(shù)為：中心頻率為100KHZ，帶寬為20KHZ,Au=10. 在設(shè)計(jì)帶通濾波器的相關(guān)參數(shù)時(shí)可根據(jù)如下方法設(shè)計(jì)。要求設(shè)計(jì)一個(gè)有源二階帶通濾波器，指標(biāo)要求為： &

7、#160; 通帶中心頻率     通帶中心頻率處的電壓放大倍數(shù)：   帶寬：    設(shè)計(jì)步驟： 選用上圖電路。2該電路的傳輸函數(shù)：               品質(zhì)因數(shù)：                

8、0;       通帶的中心角頻率：         通帶中心角頻率處的電壓放大倍數(shù)：                               &

9、#160;              取，那么：4 解調(diào)電路設(shè)計(jì) 1 相干解調(diào) 本次設(shè)計(jì)中采用相干解調(diào)法，由常規(guī)雙邊帶調(diào)幅AM 信號的頻譜可知，如果將已調(diào)信號的頻譜搬回到原點(diǎn)位置，即可得到原始的調(diào)制信號頻譜，從而恢復(fù)出原始信號。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時(shí)的相乘運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。因此 V1、V2 相乘后所得 2ASK 信號再與 V3方波信號相乘即可實(shí)現(xiàn) ASK 信號的解調(diào)。電路如下列圖所示：其中V3采用方波信號，設(shè)置其低電平V2=0V,高電平V1=1V，延遲時(shí)間TD=0

10、us,上升時(shí)間其中V3采用方波信號TR=O.00001us,下降時(shí)間TF=O.00001us,脈沖寬度PW=5us,脈沖周期PER=10us .此過程為信號的解調(diào)過程，解調(diào)是調(diào)制的逆變換，即從調(diào)制過程的高頻信號中提取原低頻信號的過程。本設(shè)計(jì)采用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)對信號的解調(diào)。用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)幅度解調(diào)的原理框圖如下列圖：低通濾波器載波信號 音頻信號調(diào)幅信號解調(diào)是調(diào)制的逆過程，同樣是利用乘法器來實(shí)現(xiàn)將音頻信號從調(diào)幅波中別離出來。乘法器的兩個(gè)輸入端分別接入調(diào)幅波下邊帶 ui =2Uicos(wc-ws) 及與調(diào)制時(shí)的載波信號同頻同相的載波信號uc=2Uccoswct,那么可以得到輸出信號為 u01=KU

11、cUscoswst+cos(2wc-ws)t通過低通濾波器濾除其中的高頻分量，那么可以得到輸出電壓幅值與原信號us=2Uscoswst略有不同 ，但頻率都為ws的低頻信號。 2非相干解調(diào)包絡(luò)檢波 解調(diào)也可以分成相干解調(diào)與非相干解調(diào)兩類。其中相干解調(diào)要求接收端提供相干載波。非相干解調(diào)，就是在接收端不需要相干載波，而根據(jù)已調(diào)信號本身的特點(diǎn)來解調(diào)b. 非相干解調(diào)的原理框圖和波形圖包絡(luò)檢波法同步檢測法 二極管包絡(luò)檢波電路： 5.低濾波電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用一階濾波電路，由于采用了脈沖周期：PER=10usf=1/10us=100kHz 的高頻方波載波信號，故此處所用濾波器的時(shí)間常數(shù)=1/f=10us

12、，因此先選定電阻 R1=5k ,與之對應(yīng)選擇電容 C1=0.002uF,即可滿足此時(shí)間常數(shù)要求。 上圖是經(jīng)低通濾波后的信號波形。6.比擬電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)其中 LM339與 R2、R3 構(gòu)成一個(gè)反向器，LM339 工作的正端電壓設(shè)置為5Vdc。其電路如下列圖所示該圖為經(jīng)比擬電路仿真后的波形：7.電壓判決電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)該處電壓抽樣判決器中負(fù)端工作電壓由 V6 處的 5Vdc 經(jīng) R4、R5構(gòu)成的電壓取樣電路取得 1Vdc 與 LM339 的正端輸入電壓信號比擬，當(dāng)輸入信號大于 1Vdc 時(shí)，LM339 輸出為高電平，否那么為低電平。從而將原低頻調(diào)制信號解調(diào)復(fù)原出來。電路如下列圖所示 經(jīng)電壓判決后的仿真波

13、形： 8.ASK 調(diào)制解調(diào)仿真電路綜合設(shè)計(jì)綜合上述各個(gè)電路環(huán)節(jié)，最后得 ASK 調(diào)制解調(diào)的仿真電路以及仿真結(jié)果如下如下列圖所示： 電路圖1仿真電路圖 電路圖2總體仿真效果圖五Protel環(huán)境下仿真波形及波形分析protel環(huán)境下的仿真波形 該圖為2ASK信號，為上圖中的AAC節(jié)點(diǎn)處波形上圖顯示的是調(diào)制后的信號，也就是2ASK信號，該信號是經(jīng)調(diào)制信號和載頻信號相乘的結(jié)果。 該圖為相干解調(diào)后的波形，是電路圖1中的AAE節(jié)點(diǎn)處波形。 上圖波形是相干解調(diào)后的波形，即2ASK信號與一個(gè)同頻同相的載波相乘，也就是調(diào)制后的波形，該信號沒經(jīng)低通濾波，含有高次諧波分量，要經(jīng)相應(yīng)的低通濾波濾除高次諧波前方可得到最

14、后的調(diào)制信號。 該圖為低通濾波后的波形，即為電路圖1中AAF節(jié)點(diǎn)處波形。分別是比擬判決后的波形 判決器的作用是把輸入的信號與一個(gè)固定的信號進(jìn)行比擬，最后輸出一個(gè)判決結(jié)果。例如在該2ASK調(diào)制解調(diào)中，就是把輸入的信號與1進(jìn)行比擬，如果輸入信號大于1，那么經(jīng)判決氣后輸出為1，要么為零。 總體仿真波形 2.波形分析：通過觀察各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的波形可知，aac處的波形就是所要產(chǎn)生的2ASK 信號波形，即調(diào)制波形。AAE處的波形就是將上述2ASK 信號相干解調(diào)后所得波形，即解調(diào)波形。AAF處波形就是經(jīng)濾波處理后所得波形，AAG處的波形就是電壓判決器電路工作的工作基準(zhǔn)電壓波形,AAK處的波形就是解調(diào)復(fù)原出的調(diào)制

15、信號波形，各觀測點(diǎn)波形均為預(yù)期波形，說明仿真結(jié)果到達(dá)了設(shè)計(jì)要求，該設(shè)計(jì)具有可實(shí)用性。用一個(gè)乘法器將數(shù)字基帶信號和載波信號相乘即可產(chǎn)生2ASK 信號，再將此 2ASK信號與一個(gè)同樣的高頻載波信號相乘即可將此 2ASK信號實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)，2ASK 信號通過濾波器濾除剩余高頻信號后，送到電壓抽樣判決器然后獲得解調(diào)輸出，其中抽樣判決對于提高數(shù)字信號的接收性能十分必要。 六心得體會在此次課程設(shè)計(jì)中，我所選的課題為二進(jìn)制振幅鍵控2ASK信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在MATLAB和protel上的仿真實(shí)現(xiàn)。在上學(xué)期所學(xué)課程?通信原理?中，我對2ASK信號有了一定的了解，諸如一個(gè)二進(jìn)制振幅監(jiān)控信號可以表示成一個(gè)單

16、極性矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘，而通常2ASK信號的產(chǎn)生有模擬幅度調(diào)制法和鍵控法兩種，前者主要用一個(gè)乘法器實(shí)現(xiàn)，后者的主要部件是開關(guān)電路。同樣，2ASK信號的根本解調(diào)方法也是有兩種：相干解調(diào)同步檢測法和非相干解調(diào)包絡(luò)檢波法，兩種解調(diào)方式的區(qū)別在于相干解調(diào)需要引入一個(gè)同步載波，用來消除交流信號，因此更難實(shí)現(xiàn)，但同時(shí)采用相干解調(diào)產(chǎn)生的誤碼率總是小于采用非相干解調(diào)的誤碼率的?；谝陨蟽?nèi)容并查閱相關(guān)資料。我們可以設(shè)計(jì)出大致的原理框圖，然后再通過驗(yàn)證分析，找出缺乏并修改。通過在MATLAB上的仿真調(diào)試或者protel上的仿真調(diào)試我們初步了解并掌握了該軟件的一些根本知識及相關(guān)操作，如利用protel，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從protel配置的圖標(biāo)庫中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間的連線，然后運(yùn)行仿真操作，最終以時(shí)域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果等。通過這次課程設(shè)計(jì)，我感覺首先加深了我對課本知識的了解，是我對二進(jìn)制振幅監(jiān)控有了更深刻的印象。然后我感覺到了我們所學(xué)知識的作用，畢竟把課本上抽象的東西運(yùn)用到實(shí)際中來并完成了它的作用是一件很美妙的事。然后呢，通過運(yùn)用各種軟件我掌握了一些軟件的