移频键控FSK调制与解调系统设计实验.docx
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移频键控FSK调制与解调系统设计实验
实验课程名称：
通信原理实验_
实验项目名称
移频键控FSK调制与解调系统设计实验
实验成绩
实验者
专业班级
组别
同组者
实验日期
一、实验目的、意义
数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式，由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能强，因此在中低速数据通信系统中得到较为广泛的应用。
通过此综合实验，应达到：
1．进一步加深对数字调制中的移频键控FSK调制器与解调器工作原理及电路组成的理解与掌握。
2．学会综合地、系统地应用已学到的知识，对移频键控FSK调制与解调系统电路的设计与仿真方法，提高独立解决问题的能力。
二、设计任务与要求
1.设计任务：
构建并设计一个数字移频键控FSK传输系统，具体要求是：
主载波频率：
11800HZ
载波1频率：
2950HZ（四分频）
载波2频率：
1475HZ（八分频）
数字基带信号NRZ：
7位M序列，传输速率约为400波特。
（32分频）
2.设计要求：
FSK调制器可以采用数字门电路构成电子开关电路（或集成模拟开关）与采用集成模拟乘法器，利用键控法实现。
FSK解调器可以采用非相干解调法或过零检测法实现。
传输信道不考虑噪声干扰，采用直接传输。
整个系统用EWB软件仿真完成。
三、2FSK调制与解调系统原理与电路组成
1.方案论证（2FSK调制与解调系统原理的简要说明）
1）FSK调制信号的产生
实现数字频率调制的方法很多，总括起来有两类。
直接调频法和移频键控法。
注意到相邻两个振荡器波形的相位可能是连续的，也可能是不连续的，因此有相位连续的FSK及相位不连续的FSK之分。
并分别记作CPFSK及DPFSK。
实用电路中还可以借助于数字电路来实现移频键控，晶振输出的主载波，通过不同次数的分频（或倍频）器，可得到两种不同频率的载波，其相位也不完全相等。
当数字基带信号g（t）为高电位时，与非门1关闭。
与非门2打开，输出频率为f2的信号。
当g（t）为低电位时与非门1打开，与非门2关闭，输出频率为f1的信号。
这样，经过相加器相加后，就可输出2FSK信号。
这种方法实现移频键控电路集成化程度高、体积小、可靠性高。
图1频率键控调制器
2.单元电路设计
1）主载波振荡器电路设计
主要提供2FSK的载波和信码的定时信号，可用集成电路（555）构成多谐振荡器，产生的振荡频率为11800Hz载波，要求输出频率可调。
已知由（555）构成多谐振荡器的振荡频率为：
则R1=3.6K
R2=2.8K（可调）
C=0.0164uF
图2555定时器接成的多谐振荡器
2）M序列产生电路
实际的数字基带信号是随机的，为了实验和测试的方便，一般都用M序列产生器产生的伪随机序列来充当数字基带信号。
本次设计采用三级线性移位寄存器（选用74LS74双D2片），形成长度为23-1=7位码长的1110100伪随机码序列，码率约为400bit/s，如图3所示：
图3M序列发生器电路图
3）分频器
将主载波按设计要求，一般用D触发器构成适当的分频电路，获得载频f1、f2和Ｍ序列所需的时钟信号（电路设计方法参见实验四或其它有关资料）。
8分频器
4分频器
4）调制器
调制器可以采用数字门电路构成电子开关电路（或直接选用集成模拟开关）与采用集成模拟乘法器。
这里使用与门和或门，
图4调制电路
5）波形变换电路
由于555产生的是正弦波，因此要有一个积分电路将其转化为正弦波，如图5
图5波形变换电路
6）非相干解调电路
对于非相干检测法，其系统电路构成如图5.5所示。
在了解与掌握了2FSK非相干检测法系统电路的基础上，进行自己的设计与实验。
需要设计的单元电路有：
图62FSK非相干解调电路原理图
高通滤波器
采用RC无源电路，构成三阶高通滤波器。
已知2FSK的中心频率：
且滤波器的通带频率：
，所以有：
，
。
则有C1=C2=C3=1.52ufR1=R2=R3=50Ώ
低通滤波器
低通滤波器选用一般RC滤波器电路，因信码速率为400波特，其电路元件参数：
R=1KΩC=1uF
电压比较器
电压比较器用运算放大器构成迟滞比较器，目的是防止干扰，参考电压设定为0.22V。
3.总体电路原理图与元件清单
（1）总体电路原理图
图6总体电路原理图
（2）元器件清单
序号
元器件名称
型号规格
数量
备注
1
运算放大器
2
2
555定时器
1
3
D触发器
74LS
8
4
固定电阻
10K
2
5
固定电阻
3.6k
2
6
固定电阻
500Ω
1
7
固定电阻
50Ω
3
8
可变电阻
2.8K/50%
1
9
固定电容
0.01uf
1
10
固定电容
1uf
1
11
固定电容
10uf
1
12
固定电容
0.6uf
3
13
可变电感
0.9mH/50%
1
14
二极管
1
15
门电路
若干
四、实验内容与测试数据
1.FSK调制器的测量
1）检测，调整多谐振荡器输出的载波信号
图1主时钟产生电路
测量点
测量波形
频率数
备注
P1
11799Hz
主时钟
2）调测分频器的分频比
图2分频电路
主时钟及2分频波形
四分频及八分频电路
四分频频率
四分频频率
16分频及32分频电路
32分频频率
3）M序列发生器产生的为随机码的检测
M序列产生电路
M序列波形
本实验中产生的M序列为七位1110100
4）FSK调制输出信号的测量
1.信码为“0”频率1474Hz
2.。
信码为“1”频率2950Hz
3.信码为“M”频率291474Hz/2950Hz50Hz
2.FSK解调器的测量试验（非相干解调电路的测量）
1.高通滤波器输出波形
2.检波器输出信号形及低通输出波形
3.电压比较器输出信号波形
调制电路：
解调电路：
五、实验小结
经过这次试验，对FSK解调有了更深刻的认识，通过对EWB软件的使用,我明白了如何使用EDA软件来弥补实验未得到的结果，收益颇多。
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