基于multisim及锁相环的2PSK2ASK2FSK的调制解调电路仿真Word下载.docx

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锁相环

Abstrack

Therearemanywaystorealizefrequencywavedemodulation，andPLLfrequencywhichhastheadvantagesofstableoperation，smalldistortion，highsignal-to-noiseratioandsoonisachievedbyusingmodernPLLfrequencytechnology,soitiswidelyusedincommunicationcircuitsystem.Phase—lockedloopthroughthedifferenceofthephasedetectionofinputsignalandtheoutputsignalphase，andthedetectedphasedifferencesignalintooutputvoltagesignal,thesignalthroughalowpassfilter.Aftertheformationofthevoltagecontroloscillator，theoutputsignaloftheoscillatorfrequencycontrol.文档为个人收集整理，来源于网络文档为个人收集整理，来源于网络

Thispaperfirstintroducesthepresentsituation,developmentdirection,phase—lockedlooptechnologyaswellasthebackground，andtheprincipleofPLLisdiscussed。

Onthebasisoftheabove,themodulationanddemodulationcircuitof2ASK,2PSK，2FSKwhichfunctionisadigitalbasebandsignalismodulatedbyananalogsignalandoutputweredesigned,andthenuseingthePLLdemodulation，finallyusingMultisimsoftwaresimulation.Inthe2ASK,2FSK,2PSKdemodulation，theoutputofthelowpassfilterwaveformdistortionisrelativelylarge,butfinallyitcanregeneratedigitalbasebandpulsesamplingdecisioncircuitaftershaping.Inthecircuitdesign，andstrivetodoasimplecircuit，andcompletethetaskbookmentionedrequirements.本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途

Keywords:

modulate；

modulation；

PLL；

Multisim

第1章绪论

1。

1研究背景

实现调频波解调的方法有很多，而锁相环鉴频是利用现代锁相环技术来实现鉴频方法，具有工作稳定失真小，信噪比高等优点，所以被广泛用在通信电路系统中。

锁相环路是一种反馈电路,锁相环的英文全称是Phase-LockedLoop,简称PLL。

其作用是使得电路相位同步。

因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。

锁相环在工作的过程中,当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住,它还具有载波跟踪特性.作为一个窄带跟踪滤波器，可提取淹没在噪声中的信号；

用高稳定的参考振荡器锁定，可提供高稳定的频率源;

可进行高精度的香味与频率测量等等。

如今锁相环解调器在通信、雷达、测量和自动化控制等领域应用极为广泛，随着电子技术的发展，对锁相环解调的研究和应用得到了越来越多的关注。

现在通过分析与研究,加深对锁相环解调方式的理解，并根据它的原理，设计出2FSK、2PSK、2ASK的调制电路,并通过锁相环解调出来.

2研究现状

锁相环解调技术的发展十分迅速，如今已经在很多领域都应用了锁相环解调的理论。

可用于手机中、SDH网络中、在汽车MP3无线发射器中‘测量汽车转速都是十分典型的应用.调频波的特点是频率随调制信号幅度的变化而变化，压控振荡器的振荡频率取决于输入电压的幅度。

当载波信号的频率与锁相环的固有振荡频率ω0相等时,压控振荡器输出信号的频率将保持ω0不变。

若压控振荡器的输入信号除了有锁相环低通滤波器输出的信号uc外，还有调制信号ui，则压控振荡器输出信号的频率就是以ω0为中心，随调制信号幅度的变化而变化的调频波信号.当然，锁相环的许多优越性使得锁相环解调技术在很多我们周围都可以见到的物品中发挥着其巨大的功效。

如今,锁相环路理论与研究日臻完善,应用范围遍及整个电子技术领域。

随着通信及电子系统的飞速发展，促使集成锁相环和数字锁相环突飞猛进。

现在品种齐全繁多,提高系统的工作稳定性和可靠性和小型化，目前仍朝着集成化，数字化，多用化方向迅速发展.

1.3研究内容介绍

调制和解调电路是通信设备中重要组成部分。

用待传输的低频信号去控制高频载波参数电路称为调制电路，解调是调制的逆过程,从高频已调信号中还原出原调制信号称为解调电路。

该文主要建立了2ASK、2FSK、2PSK的调制解调电路。

解调电路中使用了锁相环解调。

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原信号。

所谓的解调就是用携带信息的输出信号uo来还原载波信号ui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。

该文中调制出2FSK、2ASK、2PSK，调制时采用的是锁相环解调出来,最后用Multisim进行仿真出效果。

在对2ASK、2FSK、2PSK解调时，低通滤波器输出的波形失真比较大,不过最后经过抽样判决电路整形后可以再生数字基带脉冲。

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第2章基本原理

2。

1Multisim介绍

随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连,电子产品的智能化日益完善,电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。

Multisim10是加拿大InteractiveImageTechnologies公司2001年推出的Multisim最新版本。

可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及部分微机接口电路等.可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路.

它有丰富的元件库,为用户提供元器件模型的扩充和技术；

虚拟测试仪器仪表种类齐全，其操作方法与实际仪器十分相似;

具有较为详细的电路分析功能,可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等18种电路分析方法，提供了多种输入输出接口,Multisim10可以与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件Pspice之间的文件接口，也能通过Windows电路图送往文字处理系统中进行编辑排版，同时还支持VHDL和VerilogHDL语言的电路仿真与设计。

Multisim10把所有的元件分成13类库，再加上放置分层模块、总线、登录网站共同组成元件工具栏。

Multisim10提供了18种仪表，仪表工具栏通常位于电路窗口的右边，也可以用鼠标将其拖至菜单的下方，呈水平状.

Multisim10具有以下特点：

（1）Multisim10是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此可以很方便地在工程设计中使用。

（2）Multisim10的虚拟测试仪器仪表种类齐全,有一般实验用的通用仪器，如万用表、信号发生器、双通道示波器、直流电源；

还有一般实验室少有或没有的仪器,如波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真度测量仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

（3）Multisim10具有较详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等,以帮助设计人员分析电路的性能。

（4）Multisim10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及部分微机接口电路等。

可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。

在进行仿真的过程中还可以存储测试点的所有数据,列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据。

Multisim10是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件.它用软件的方法模拟电子线路元器件和仪器仪表,实现了“软件即元器件”和“软件即仪器”。

Multisim10是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，该软件为电子工程师提供了一个电路设计与仿真平台，不仅与国际著名的模拟电路仿真软件spice兼容，而且具有较强的VHDL和Verilog设计与仿真功能。

它具有界面形象、直观易懂、采用图形方式创建电路的特点；

它丰富的元件库中提供了超过16000个组件，全部采用世纪模型,确保了仿真结果的真实性和实用性；

它采用开放式的库管理模式，能自动地生成模拟和数字组件模型，这对新器件的补充十分有利.Multisim10的虚拟测试仪器种类齐全,有一般实验用的通用仪器，如万用表、信号发生器、双通道示波器、直流、交流电源；

还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真度测试仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

Multisim10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。

Multisim10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及微机接口电路等;

可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障,如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况.在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数等。

2锁相环基本原理

2.2.1锁相环的基本组成

许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。

锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）.锁相环的特点是：

利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位.因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。

锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。

锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图2。

1所示。

图2.1锁相环基本组成

锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制。

2.2锁相环的工作原理

锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图2.2所示.

图2.2乘法器

鉴相器的工作原理是：

设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：

（2-1）

（2—2）

式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。

则模拟乘法器的输出电压uD为:

（2-3）

（2—4）

用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉,剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压

。

即

为:

（2—6）

（2—7）

式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，

和

分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：

即

（2—9）

则，瞬时相位差θd为

（2-10）

）（2—11）

对两边求微分，可得频差的关系式为

（2-12）

上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态，

为恒定值。

当上式不等于零时，说明锁相环的相位还未锁定,输入信号和输出信号的频率不等，

随时间而变化。

因压控振荡器的压控特性如图2。

3所示，该特性说明压控振荡器的振荡频率ωu以ω0为中心,随输入信号电压

的变化而变化。

该特性的表达式为

（2-13）

图2.3压控特性

上式说明当

随时间而变时,压控振荡器的振荡频率ωu也随时间而变，锁相环进入“频率牵引”，自动跟踪捕捉输入信号的频率,使锁相环进入锁定的状态，并保持ω0=ωi的状态不变.

第3章调制解调电路设计

3.12FSK调制解调电路设计

3。

1.12FSK调制电路设计原理

2FSK即叫做二进制移频键控或二进制频移键控。

2FSK信号产生的方法一般有两种：

一种叫直接调频法，另一种叫频移键控法。

（1）模拟调频法：

即直接利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频而获得。

如图3.1所示:

图3。

1模拟调频法

直接调频法是频移键控通信方式早期采用的实现方法。

其优点是调制方便,设备简单，得出的是2FSK信号，相位连续。

（2）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通。

如图3.2所示：

图3.2键控法

2FSK键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现,故应用广泛，但设备要复杂些，得出的是2FSK信号，相位不连续。

该文采用键控法产生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。

设计原理图如图3.3所示：

图3。

32FSK调制原理图

3.1。

22FSK调制单元电路的设计

要将时钟脉冲信号经过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2FSK信号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。

1）四双向模拟开关CD4066

CD4066的引脚功能如图3。

4所示.每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。

当控制端加高电平时，开关导通；

当控制端加低电平时开关截止。

模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；

模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。

模拟开关可传输数字信号和模拟信号,可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。

各开关间的串扰很小，典型值为－50dB。

4四双向模拟开关CD4066

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已调信号。

如图3.5所示:

5模拟开关

2）变频电路

变频电路是将输入的二进制数字基带信号通过控制载频转换成已调信号，即2FSK调制信号。

两路载频分别经射随、LC选频、射随再送至模拟开关.其中LC选频电路函数：

，选频网络如图3.6所示:

6变频电路图

3）2FSK调制的整体电路图的设计

图3.72FSK的Multisim调制仿真电路图

4）2FSK调制电路的仿真

8脉冲信号输出波形

图3.9变频电路输出波形

图3.102FSK的仿真效果图

1.32FSK解调单元电路的设计

锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，该文锁相环解调原理框图如图3.11所示。

112FSK解调原理框图

1）锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成,利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图3.12所示：

12乘法器

2）低通滤波器如图3。

13所示：

用低通滤波器LF将和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压uC（t）。

13环路滤波器

3）压控振荡器的压控特性如图3.14所示，该特性说明压控振荡器的振荡频率ωu以ω0为中心，随输入信号电压uc（t）的变化而变化.该特性的表达式为

（3-1）

图3.14压控特性

上式说明当uc（t）随时间而变时，压控振荡器的振荡频率ωu也随时间而变，锁相环进入“频率牵引”，自动跟踪捕捉输入信号的频率，使锁相环进入锁定的状态,并保持ω0=ωi的状态不变.压控振荡器的电路图如图3。

15所示：

15压控振荡器

4）抽样判决电路（LM311）

工作原理：

LM311是当2脚电压高于3脚电压时输出高电平，反之则输出低电平.引脚功能如下。

1脚GROUND/GND接地

2脚INPUT+正向输入端

3脚INPUT—反相输入端

7脚OUTPUT输出端

5脚BALANCE平衡

6脚BALANCE/STROBE平衡/选通

8脚V+电源+

4脚V—电源-图3.16LM311引脚图

图3.17抽样判决电路图

3.1.42FSK解调电路的整体设计

2FSK解调电路的设计是采用锁相环进行解调，2FSK信号通过锁相环最终解调出数字基带信号。

2FSK基于Multisim仿真的解调电路的整体电路设计图如图3.18所示：

图3.182FSK的Multisim的解调仿真电路

192FSK的Multisim解调电路的仿真

22PSK调制解调电路设计

2.12PSK调制解调电路设计原理

PSK分为二进制相位键控（2PSK）和多进制相位键控（MPSK）。

该文主要介绍2PSK的调制与解调。

在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控（2PSK）信号.通常用已调信号载波的0°

和180°

分别表示二进制数字基带信号的1和0。

二进制移相键控信号的调制原理图如下所示。

其中图3。

20是采用模拟调频的方法产生2PSK信号，图3.21是采用数字键控的方法产生2PSK信号.本设计调制2PSK时采用的是键控法。

图3.20模拟调频法

21键控法

2PSK信号的解调通常都是采用相干解调，该文的解调器原理图如图3。

22与2FSK解调原理相同。

222PSK解调原理框图

3.2.22PSK调制与解调电路的设计与仿真

2PSK调制电路采用键控法调制，而解调电路的设计是采用锁相环进行解调，2PSK信号通过锁相环最终解调出数字基带信号。

2PSK基于multisim仿真的调制解调电路的整体电路设计图如图3.23所示：

图3.232PSK调制解调电路图

2PSK调制仿真图与解调后的仿真图如图3。

24。

图3.242PSK调制解调电路图仿真结果

3.32ASK调制解调电路设计

3.3。

12ASK调制解调电路设计原理

在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的方式有两种：

（1）模拟相乘法：

通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号,这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为模拟相乘法,其电路如图3。

25所示。

在该电路中载波信号和二进制数字信号同时输入到相乘器中完成调制。

（2）数字键控法:

用开关电路控制输出调制信号，当开关接载波就有信号输出，当开关接地就没信号输出，其电路如图3.26所示。

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图3.25模拟相乘法图3.26数字键控法

2ASK/O