FSK调制解调系统.docx
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FSK调制解调系统
课程设计说明书
课程设计名称：
通信专业课程设计
课程设计题目：
FSK调制解调系统
学院名称：
信息工程学院
专业：
班级：
学号：
姓名：
评分：
教师：
2013年7月1日
专业课程设计任务书
2012－2013学年第2学期 第17周－19周
题目
FSK调制解调系统
内容及要求
1．用分立元件实现相位不连续的2FSK信号的调制；
2.提高要求：
用锁相环完成2FSK信号的解调。
进度安排
17周：
查找资料，进行系统软件方案设计；
18周：
软件的分模块调试；
19周：
系统联调；设计结果验收，报告初稿的撰写。
学生姓名：
指导时间：
每周一、二、三、四
指导地点：
E楼610室
任务下达
2013年6月17日
任务完成
2013年7月5日
考核方式
1.评阅□ 2.答辩□3.实际操作□ 4.其它□
指导教师
系（部）主任
注：
1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
摘要
本课程设计主要运用Multisim仿真软件，设计并进行2FSK的调制与解调系统仿真。
在本次课程设计中先根据2FSK调制与解调原理构建调制解调电路，从Multisim工具箱中找出所需各元件，合理设置好参数并运行,用示波器的仿真图形判断2FSK的调制解调系统仿真是否成功。
利用分立元件，将不同频率的方波信号经过振荡器产生正弦波信号，并输入到CD4066模拟开关。
利用1KHz载波信号去控制模拟开关，输出相位不一定连续，频率不同的正弦波信号，从而实现利用基带信号选择不同频率的信号。
关键词：
Multisim，2FSK，调制，解调，模拟开关
前言1
第一章、课程设计及内容1
1.1设计任务及主要技术和要求1
1.2内容和要求1
1.3目的意义1
第二章、基本原理2
2.12FSK信号的调制原理3
2.22FSK信号的解调原理4
第三章、单元电路设计原理及分析5
3.1调制单元5
3.1.1模拟开关电路6
3.1.2振荡电路6
3.1.32FSK调制电路的整体电路图7
第四章、仿真结果8
第五章、总结10
参考文献11
附件1元器件清单12
附件2整体仿真电路图13
附件3实物图14
附件4PCB封装图15
前言
数字调频又称移频键控，它是用不同的载波来传送数字信号的。
FSK信号的产生有两种方法：
直接调频法和频率键控法。
2FSK信号的产生可利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频而获得。
这正是频率键控通信方式早期采用的实现方法，也是利用模拟调频法实现数字调频的方法。
2FSK信号的另一产生方法便是采用键控法，即利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选择。
2FSK是利用载频频率变化来传输数字信息。
数字载频信号又可分为相位离散和相位连续两种情形。
若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间的相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载波就是相位连续的数字调频信号。
在实际通信系统中，大部分信道不能直接传输基带信号，必须用基带信号对载波波形的参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即以正弦波作为载波的数字调制系统。
和模拟调制一样，数字调制也有调幅、调频和调相三种基本形式。
调频信号即2FSK信号是数字通信系统使用较早的一种通信方式，由于这种通信方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。
键控法产生的FSK信号频率稳定度高，并且没有过渡频率，它的转换速度快、波形好。
所以本课设电路利用移频键控法，由函数信号发生器产生两个不同的载波，即为相位不一定连续的数字调频信号，由基带信号对不同频率的载波信号进行选择。
第一章、课程设计及内容
1.1设计任务及主要技术和要求
（1）根据2FSK的特点，信号源输入以及对应的频率；
（2）了解2FSK信号调制；
（3）解调器用PLL；
1.2内容和要求
要求掌握单元电路：
正弦振荡器，调制、解调器，VCO
掌握调制、解调的基本原理，通过实际方案的分析比较，初步掌握简单实用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，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。
1.3目的意义
通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查询资料，方案比较，以及设计计算等环节。
进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动手动脑、独立开展实验的机会，锻炼分析，解决高频电子电路问题的实际本领，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，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。
第二章、基本原理
2FSK信号波形图如2-1图所示，它是由调制信号去控制载波信号，用载波的频率来传递数字信息，即用所传递的数字消息控制载波的频率。
图2.12FSK信号波形图
2.12FSK信号的调制原理
FSK信号的产生有两种方法：
直接调频法和频移键控法。
直接调频法是数字基带信号直接奇偶内阁制载波振荡器的振荡频率。
虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高。
频移键控法有两个独立的振荡器。
数字基带信号控制开关，选择不同频率的高频振荡信号，从而产生FSK调制。
（c）相位连续（d）相位不连续
图2.22FSK信号调制方法
本设计采用键控法产生2FSK信号，即用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如图2.3：
图2.3键控法产生2FSK信号原理框图
图2.4频移键控法产生波形
移频键控是利用载波的频率变化来传递数字信息，而且振幅不变。
在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号的频率在f1、f2两个频点之间变化。
此次课程设计采用开关法产生2FSK信号，则分别由两个独立的频率源产生的信号，故相邻码的相位不一定是连续的，如图2.4。
2.22FSK信号的解调原理
2FSK信号的解调方法有：
非相干解调法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。
锁相环路的输出信号频率可以精确地跟踪输入参考信号频率的变化,环路锁定后输入参考信号和输出参考信号之间的稳态相位误差可以通过增加环路增益被控制在所需数值范围内。
这种输出信号频率随输入参考信号频率变化的特性称为锁相环的跟踪特性.利用此特性可以做载波跟踪型锁相环及调制跟踪型锁相环。
为了实现信息的远距离传输，收信端接收到信号后必须进行解调才能恢复出原信号。
所谓的解调就是用携带信息的输出信号，来还原载波信号的参数，载波信号的参数有幅度、频率和位相。
所以，解调有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种。
调幅波的特点是频率与载波信号的频率相等，幅度随输入信号幅度的变化而变化；调频波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，频率随输入信号幅度的变化而变化；调相波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，相位随输入信号幅度的变化而变化。
调频波（经过放大器放大后）与压控振荡器的输出被送入鉴相器，经鉴相器获得变化的相位误差的电压，该误差电压通过低通滤波器被滤出高频成份，从而获得随调制信号频率变化而变化的解调信号，从而实现了解调（鉴频）过程。
其原理框图如图3.
图2.5锁相环解调
第三章、单元电路设计原理及分析
要将NRZ码经过2FSK调制成为2FSK信号，我们采用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立的频率源作为输出。
键控法产生的FSK信频率稳定度可以做得很高并且没有过度频率，它的转换速度快，波形好。
3.1调制单元
3.1.1模拟开关电路
输入的基带信号由转换开关分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。
当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz。
当基带信号为“0”时，模拟开关2开通，此时输出f2=16KHz。
于是可在输出端得到2FSK的已调信号。
图3.1模拟开关电路4066芯片
调制电路利用模拟开关CD4066实现输入基波信号控制模拟开关的通断，通过模拟开关把不同频率的载波叠加在一起，实现载波信号控制输入不同频率的信号，从而实现调制。
13脚输入1KHz的方波信号去控制开关，1脚和2脚分别接入输入信号和输出信号。
当13脚输入的是低电平时，输入信号能通过，反之为高电平时，不能通过。
3.1.2振荡电路
图3.2振荡电路
在两路震荡电路中，分别输入32KHz，16KHz的方波信号经过三极管放大电路和LC震荡电路产生32KHz，16KHz正玄波。
两路载频分别经发射极、LC选频、发射极再送至模拟开关。
LC选频电路函数：
3.1.32FSK调制电路的整体电路图
图3.32FSK调制电路的整体电路图
32KHz和16KHz的方波信号分别从电容C1、C5接入，经过振荡器模块中的三极管放大和LC电路产生正玄波信号，之后将产生的正玄波信号分别输入到模拟开关CD4066中，在CD4066另一端输入一个1KHz的基频方波信号，另一路将1KHz的基频方波信号经过反相器74LS04N方向以后的方波信号输入到CD4066的6脚和13脚去控制两路开关，从而实现控制低电平和高电平分别输出不同频率的正玄波信号。
第四章、仿真结果
图4.1Multisim仿真结果
如图4.1仿真结果，通过示波器检测原理图中元件CD4066BD-10VS1引脚的输出频率以及波形。
当1KHz的基频方波信号为高电平时，S1端口输出32KHz的正玄波信号，当1KHz的基带信号为低电平时，S1端口输出16KHz的正玄波信号。
图4.232KHz输入端口仿真结果
如同4.2仿真结果输入，通过示波器检测原理图中元件CD4066BD-10VS3引脚的输出频率以及波形，由分立元件将方波产生的32KHz的正玄波信号，输入S2端口。
图4.316KHz输入端口的仿真结果
如同4.3仿真结果输入，通过示波器检测原理图中元件CD4066BD-10VD4引脚的输出频率以及波形，由分立元件将方波产生的16KHz的正玄波信号，输入D4端口。
图4.432KHz输入端口的频率图4.532KHz输入模拟开关的频率
图4.616KHz输入端口的频率图4.716KHz输入模拟开关的频率
第五章、总结
本次课程设计题目是二进制频移键控（2FSK）调制电路的设计，开始时在网上和图书馆查找相关的资料和书籍。
之后翻阅资料了解2FSK的基本工作原理和框架结构，利用Multisim仿真软件设计电路图，修改不同元件的参数。
利用示波器检查输出信号。
我们使用了74LS04N反向器以及CD4066多路复用模拟开关，查找它们的管脚图和基本工作原理和各引脚功能。
经过几天的焊接后完成了硬件焊接。
之后利用示波器检查，发现没有得到正弦波信号。
经过排查电路是否漏焊虚焊，元器件是否正常工作后，发现一个电感有问题。
换上后就能产生正弦波。
但是产生的32KHz正弦波有底部失真，这也许和偏置电阻的参数有关。
用示波器检测输出端口的信号时，发现只能产生一种频率的正弦波信号，经过几天的检查这个问题仍然未能解决。
这次课程设计给我的感触是仿真的事物与实际做出的产品所要获得的结果又许多差异。
这次课程设计给我体会最深的是仿真的设计与实际的设计有太大的变化，在设计过程中，我查阅了大量的有关书籍，巩固了以前所学过的通信原理知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的必要性，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
最后，要感谢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。
通过三个星期的课程设计，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！
参考文献
[1]《通信电子线路》主编：
刘泉武汉理工大学出版社
[2]《电子技术基础.数字部分》主编：
康光华高等教育出版社
[3]《通信原理》樊昌信，曹丽娜编著国防工业出版社，2008
[4]《电脑辅助电路设计－multisim》主编：
韦思健中国铁道出版社.1995
[5]《通信原理》主编：
樊昌信国防工业出版社
[6]《通信电子电路》主编：
于洪珍北京清华大学出版社,2005.
附件1元器件清单
元件种类
元件型号
元件参数
数量
单位
模拟开关
4066BD-10V
VDD:
0.5-18V
VIN:
-0.5VVCC:
+0.5V
1
块
反向器
7404N
1
块
分频器
74ALS74AM
1
块
IC座
6PIN
1
个
8PIN
1
个
14PIN
1
个
电阻
R4/11
51.5欧
2
个
R3/5/10/12
620欧
4
个
R15
3k
1
个
R2/6/7/9/13/14
22k
6
个
R1/8
33k
2
个
电容
C1/5
10uF
2
个
C3/4/7/8
47uF
4
个
C2
5.1nF
1
个
C6
15nF
1
个
三极管
2N2219A
4
个
信号发生器
PULSE-VOLTAGE
0-5V-0.015625msec-0.03125msec
0-5V-0.5msec-1msec
2
个
电感
L1/2
6.8mH,8.2mH
2
个
附件2整体仿真电路图
附件3实物图
图5.1示波器显示结果图
如图5.1所示示波器显示结果图，在模拟开关CD4066BD-10V输入1KHz的基频方波信号。
当1KHz的基频方波信号在高电平时，模拟开关CD4066BD-10VS1端口输出一种频率的信号。
当1KHz的基频方波信号在低电平时，模拟开关CD4066BD-10VS1端口输出另一种频率的信号。
从而实现了通过1KHz的基频方波信号，去控制二种频率的信号的输出。
图5.2作品实物图
附件4PCB封装图
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