FSK调制解调系统设计.docx

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FSK调制解调系统设计

FSK调制解调系统设计

一、题目

FSK调制解调系统设计

二、主要技术指标

码传输速率1Kb，载波分别为300K和600K

三、方案论证与选择

FSK调制可以利用锁相环路PLL来实现，其方法有两种，一种方法是仅利用其中的VCD部分，用FSK的高/低电平去控制VCO的频率，采用这种方法的缺点是频率f1、f2的稳定性差，不利于接收解调；另一种方法是用类似频率合成器采用倍频方式，用晶体振荡管产生基准频率，并通过可控分频器的分频比N1、N2，以获得相当于晶体振荡的高精度、高稳定度调制信号频率。

利用锁相环的频率跟踪特性来工作的，具有VCO振荡强，输出功率大，易于集成，体积小等优点。

频率合成法使得FSK调制器的设计具有很多灵活的模式，主要介绍以下情况．当FSK所需的两个频率f1和f2均已产生．则可以利用锁相环获得相位连续的FSK信号，由数字调制信号控制振荡器f1和振荡器f2，以决定其中之一加至锁相环的鉴相输入墙，锁相环VCO的输出频率始终跟踪并锁定在输入信号的频率上，这样，f1或f2两个信号源在数字调制信号的控制下就成为对锁相环VCO输出频率进行调制的FSK信号，因其产生的频偏是由f1和f2确定的．所以当振荡器f1和f2的频稳很高时。

FSK信号的频稳也很高．这也是频率合成法谩计的FSK调制器的优点之一．

四、系统组成框图

调制框图：

解调框图：

五、单元电路设计及说明

调制原理

2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0，1状态而变化，即载频为f1时代表传0，载频为f2时代表传1．显然，FSK信号完全可以看成两个分别以f1和f2为载频，以an和

为被传二进制序列的两种2ASK信号的合成．

2FSK信号的产生通常有两种方式：

（1）频率选择法；

（2）载波调频法．频率选择法是在二进制基带脉冲的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通．实现比较简单，获得了广泛应用．载波

调频法是采用模拟调频电路来实现。

解调原理

1．分频器

在二进制数字调制中，若利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个独立的频率源进行选通，使正弦载波的频率随二进制基带信号在，l和两个频率点间变化，则产生二进制频移键控信号（2FSK信号），二进制频移键控信号可以看成两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。

在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换，而且“0”和“1”之间的改变是瞬间完成的。

首先由晶振经分频器Ⅳl和N2分频产生两个不同频率的载波，与数字基带信号相乘，这样就可以产生两种不同的分频脉冲输出，再经过整形就得到精确的FSK正弦信号。

2．FSK接收解调

（1）.限幅器

限幅器对输入信号进行限幅，以消除各种干扰和噪声，使输入信号变换成跳变陡峭的方波以取得过零点信息。

观测经过判决后的方波信号记录该波形。

（2）.微分整流

为了提取信码得过零点信息，将限幅器限幅后的信号送入微分整流单元进行微分整流在测试点观测过零脉冲，每个零点一个脉冲，记录该波形。

（3）.展宽

为了把过零点的窄脉冲展宽为具有一定宽度的脉冲采用单稳态来形成。

在测试点可以见到与过零点对应的宽脉冲，观察并记录该波形。

（4）.有源低通

由于FSK采用不同的载频代表不同的信息，所以过零点的多少反映了调制的基带信息，因此采用一个有源低通滤波器对过零信号进行微波。

经过滤波后过零点多的信号输出电压高，过零点少的信号输出电压低。

在测试点可以看到恢复出来的基带信号，利用码定时作同步，可以看到眼图。

记录上述波形。

（5）.判决微分整流

经过有源低通滤波器后，过零点被转换为基带模拟信号，将这个信号送入一个判决器，就得到数字信号。

由于在有源低通对基带模拟信号进行了反向输出，因此判决后的数字信号与发送端的信号时反向的

为了在得到的数字信号中提取位定时信息，首先对信码进行微分，然后提取过零信息，为了得到与信码频率相同的定时，需要将信码的下降沿也整流送入后续的滤波器。

（6）.有源带通

基带信号为不归零的脉冲，不含位同步信息，经过上述的变换后，就得到了含有位同步信息的脉冲。

有源带通就是为了把位同步信息提取出来，由于单T网络的Q值还不够高，因此输出的正弦波相对于信码的连1和连0处会出现衰减振荡。

由于有源带通的输出是模拟信号，为了得到未定时，需要把该信号送入判决器，将衰减振荡信号转换为满足TTL要求的未定时信号。

（7）.延迟、抽样

为使位同步对解调信号的抽样获得良好效果，必须使位同步脉冲的跳变沿避开解调信号的跳变沿，因此采用适当延迟的方法。

我们都知道石英晶体电路的Q值很高，从而它的频稳度就很好，所以为了提高频率稳定度，就采用晶体振荡器作为载频信号的产生电路。

选用运放4069芯片和4MHz的晶振产生出一个4MHz的正弦波。

其电路如下图所示

由于前面的振荡电路输出的信号频率太高，要远远超出我们所需要的信号频率，而且根据FSK调制电路的原理可知，必须有两路不同频率的信号，为满足这些要求我们采用了个计数器4024芯片对前面产生的4MHz的信号进行两次分频，这样就得到了我们需要的频率信号2kHz和4kHz。

其电路图如下：

为了得到正弦波又需要经过RC有源低通滤波器。

二阶低通滤波器电路图

CD4052相当于一个双刀四掷开关，具体接通哪一通道，由输入地址码AB来决定

输入状态接通通道

INHBA

000“0”X、“0”Y

001“1”X、“1”Y

010“2”X、“2”Y

011“3”X、“3”Y

1均不接通

CD4052从结构上说是独立的，可是在地址输入的时候她是同时控制两个开关的。

并且这个开关时双向的，“0123”和xy都可以作为输入和输出。

由此可以得到 

截止频率w0=w =1/RC，即

     f=1/2pRC

六．总体电路图

七．调试过程及测试结果

八．主要元件清单

电阻3.3KΩ

1个

电阻180KΩ

1个

CD4069

3个

电阻2.7KΩ

1个

电阻470KΩ

1个

CD4020

1个

电阻5.1KΩ

6个

电阻200KΩ

1个

UA741

3个

电阻3KΩ

2个

滑变10KΩ

2个

CD4052

1个

电阻4.9KΩ

1个

电容0.01μF

1个

CD4098

1个

电阻1.3KΩ

2个

电容0.047μF

4个

UC1747

2个

电阻2KΩ

5个

电容0.1μF

4个

CD4013

1个

电阻1.1KΩ

1个

电容10μF

3个

HCF40106

1个

电阻10KΩ

2个

电容0.33μF

2个

电阻1KΩ

3个

电容100μF

1个

九．小结

本次课程设计中，我们小组通过多次的方案论证，选择了此次的方案。

在学习和设计的过程中，虽然遇到了不少的问题，但经过不断的思考讨论与排查还是找出了原因所在。

对FSK的调制解调原理有了深刻理解。

FSK是以调制信号为方波的频率调制。

FSK方式是用频率来传递信息的，即数字信号的高电平“1”和低电平“0”被分别调制成易于鉴别的两个不同频率的模拟信号。

此次实验的对于我们来说是一个复杂的任务，不仅有大量的电路焊接工作，原理分析上也显得更加难懂些。

通过这个实验我们都更加注重了实验中学习到的东西而不在于实验结果本身。

大量复杂的焊接工作让我们比平时更加专注认真，尽量避免错误的发生，也加强了我们团队的合作力。

每进行一个部分都先单独调试下，因为是一个复杂的电路，分区块的进行调试容易排查错误，不至于在整个电路上无头绪的排除故障，每个部分调试完再最后总的测试一下。

通过发现这些问题，知道了自己的不足之处，从而改正并避免下次犯同样的错误。

十．参考文献

电子技术基础（模拟部分）康华光；

高频电子线路实验及综合设计杨霓清

现代通信原理沈保锁