通信系统课程设计.docx

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通信系统课程设计

通信系统课程设计实验报告

一、目的、内容与要求

1.目的：

掌握用FSK调制和解调实现数据通信的方法，掌握FSK调制和解调电路中相关模块的设计方法。

初步体验从事通信产品研发的过程。

2.课程设计任务：

设计并制作能实现两台PC机远程全双工通信的FSK调制解调电路，掌握用Orcad进行系统设计及电路仿真。

3.要求：

合理设计各个电路，尽量使仿真时的频率响应和其他参数达到设计要求。

尽量选择符合标称值的元器件构成电路。

正确完成电路调试，并最终和PC机完成整个FSK通信系统的联调。

二、总体方案设计和系统工作流程

1.系统总体方案框图

2.系统工作流程

1）、信号调制过程如下：

调制数据由串口发送（波特率不超过9600boud,通过串口调试助手发送），电路板上的MAX232芯片把送来的RS232电平数据转换成TTL电平数据，然后送入电平/幅度调整电路完成电平的变换，再经过锁相环（CD4046），产生两个频率信号分别为30KHz和40KHz，再经过低通滤波器2，输出平滑的正弦波，最后通过放大驱动电路和线圈的耦合实现FSK调制。

2）、信号的解调过程如下：

接受到的信号首先经过带通滤波器1，滤除带外噪声。

在本设计中，FSK信号的解调方式是过零检测法，所以还要经过比较器使正弦信号变成方波，再经过微分、整流电路和低通滤波器1实现信号的解调，然后经过比较器是解调信号成TTL电平，最后，通过MAX232芯片，实现TTL电平到RS232电平的转换。

这时，在串口调试助手的接收端会看到接收数据和发送数据是一致的。

三、单元电路设计原理、计算机仿真分析

1.带通1：

带通1滤波器的作用是在接收端滤除信号带外噪声。

带通1滤波器设计指标：

通带：

26KHZ-46KHZ，通带波动3dB；阻带截止频率：

fc=75KHz时，衰减大于10dB；

经分析，采用4阶巴特沃斯带通滤波器可满足指标，电路形式采用多路反馈有源滤波器，用二级四阶带通滤波器串联实现。

带通1—接收滤波器电路原理图及仿真结果

2.低通1：

低通1的作用是提取过零脉冲的直流分量。

低通1的设计指标:

通带:

0-20KHz,波动为3dB;3dB截止频率为20KHz；

可由4阶切比雪夫低通滤波器实现。

低通1电路原理图及仿真结果如下：

3.低通2

低通2的作用是将VCO输出的方波变为正弦波形（滤除高次谐波分量）。

低通2滤波器设计指标：

带通：

0-50KHz，通带波动3dB；阻带截止频率：

fc=100KHz时，衰竭大于25dB；

可采用4阶巴特沃斯低通滤波器实现。

低通2电路原理图及仿真结果如下：

4.限放电路设计

限放电路采用过零点比较器（LM339）制作，比较电压为0，即当输入信号的电压在零点处变化时，输出信号发生阶跃。

比较电压的值就是R7上的电压，即输入的直流电压在R7上的分压。

要使比较电压为0，则R4与R7的比值应尽量大，使R7上的电压尽可能接近于0。

在下图中，R4与R8的比值为10：

1，所以进入电压比较器LM339第5脚的电压接近于0，满足了比较电压的要求。

另外，电路中要求R3与R1、R2相加值的比值应等于R4与R8的比值，在实际电路中取R3=R4=100k，R8=10k，R1=R2=5.1k，符合了要求。

限放电路的原理图及仿真结果如下：

5.微分、整流、脉冲形成电路

在下图中，R1和C1构成一个微分电路，作为方波信号的高电平输出。

R2和C2构成另一个微分电路，作为方波信号的低电平输出。

微分、整流、脉冲形成电路的原理图及仿真结果如下：

6.比较器

比较器的电路形式与限幅放大电路相同，如下图所示，只是比较电压不同。

它的比较电压即R1和R2上的分压值，这个比较电压值也是输入的方波信号的高电平与低电平的平均值。

比较器的原理图及仿真结果如下：

7.电平/幅度调整电路

电平/幅度调整电路如图所示，根据VCO电路的实际调试结果得出与各频率相对应的输入电压即电平/幅度调整电路的输出电压。

由

在实际电路中R1=75k，R4是一阻值为10k的可调电阻，所以调整R4可以改变输出Vo的大小，若减小R4，则Vo增大；若增大R4，则Vo减小，据此进行电路调整，是输出符合要求。

而电阻R2、R3的分压值决定了输出Vo的中心电平，在实际电路中，R2为一阻值为10k的可调电阻，改变R2，可以调整输出Vo的中心电平，是输出满足要求。

中心频率f0=35kHz时对应的电压为1.9v,f=30kHz对应的电压为1.74V，f=40kHz对应的电压为2.08V，这就是电路输出的直流电压分量和方波信号的电压范围。

其中直流电压就是TL084第3脚输入的电压V1，即5v的电源电压在R3上的分压。

按比例计算得R2、R3的值。

输出的方波信号的电压Vo由R1、Rf来调节，使之高低电平分别为1.74V和2.08V。

电平/幅度调整电路的原理图及仿真结果如下：

8.RS232接口实现电频转换的电路如下：

9.驱动电路如下：

驱动器的电路形式与结构一般都具有以下两个特点：

1）、驱动器电路几乎都采用集电极开路输出的结构形式，因为这种输出形式的高电平几乎等于外加电压。

通过调节外加电压使它可以在一定范围内输出比较高的电压去满足负载的要求，而不受逻辑电平的限制。

2）、电路的输出晶体管具有比较强的负载能力，能够承受比较大的电流。

另外，所有的驱动器都具有一定的逻辑功能，它的输入端都能与一种或几种类型的数字集成电路相容。

本设计采用的驱动电路比较简单，用两只三极管制作，如下图所示。

10.VCO电路：

四、系统中电路原理图及PCB:

本系统的电路原理图由以下几部分组成：

电源与去耦电路、RS232电平/TLL电平转换电路、FSK解调电路组成。

五、调试过程分析

1.检查电源

检查+5V、GND、-5V是否正确，然后进行调试。

2.调制调试

（1）锁相环调试

断开S3。

调整R28，使CD4046的输出（4号脚）为35KHZ的方波；

在S3的圆脚加入调制数据，0为GND，1为5VCC，调整电位器R30，使CD4046的输出分别为30KHZ和40KHZ；

（2）低通滤波器2的调试

断开S2，观察低通滤波器2的频率特性。

S2的圆角输入Vpp为1V，频率为5K-50K的正弦波信号（每次增加5KHZ），在U2（TL084）的第8引脚观测输出波形，记录Vpp，与仿真结果比较；连接S2，在输出端（J7）观测并记录放大驱动电路的输出结果；

3.解调调试：

（1）带通滤波器1的调试

在解调输入端（J1）加入正弦波（Vpp为1V，频率为20KHZ-50KHZ，每次增加5KHZ），在U1的第7引脚观测其带同特性，记录与仿真结果比较

（2）限放电路记微分整流脉冲形成电路的调试

把J1和J7的两端连接起来，这时CD4046输出频率应为35KHZ；观测U3的第2引脚，应为一方波，并于仿真结果比较。

观测U4的第6引脚，即微分整流脉冲形成电路输出的信号，并与仿真结果比较。

（3）低通滤波器1

断开S1，在S1的圆脚加入正弦波（Vpp为1V，频率为5KHZ-40KHZ，每次增加5KHZ），在U1的第14引脚观测其低通频率特性，并与仿真结果比较。

（4）比较电路的调试

把J1和J7相连，连接S1和S2，断开S3。

在S3的2脚加入调制数据。

加入“1”（对应接5VCC），产生30khz信号，记录U3的第6引脚的电位（30khz过零点数目少，所对应的直流电平低）；加入“0”，产生40khz信号，记录U3的第6引脚的电位（40khz过零点数目多，所对应的直流电平高）；计算这两个电位的平均值，这个平均值就是比较电路的比较电位。

调节R23，使U3的第7引脚的电位等于这个平均电位。

4.完成本地收发的联调

连接S1,S2和S3。

连接J1和J7，通过串口调试助手发送调制数据。

通过示波器依次观测发射和接收波形。

调节R23，在串口调试助手的接收端会看到接收数据和发送数据是一致的。

六、总结

本次课程设计分为软件部分和硬件部分。

软件部分涉及ORCAD仿真及电路参数的设计，PROTEL的使用。

硬件部分包括基本的焊接以及调试。

软件仿真部分要注意参数的设计。

硬件焊接过程中要仔细，以免短路或者虚焊，同时要尽量拉开元器件间的距离以减少干扰。

调试过程中要耐心，有时候电路紊乱时可以考虑切断电源一段时间后重新开始实验。