实验十六FSK调制解调实验.docx
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实验十六FSK调制解调实验
实验十六FSK调制解调实验
【实验目的】
加深理解FSK调制工作原理及电路组成。
加深理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。
【实验环境】
双踪示波器
通信原理实验箱
【实验原理】
（一）FSK调制电路工作原理
图1FSK调制电原理框图
图2FSK调制电路原理图
数字调频又可称作移频键控（FSK），它是利用载频频率变化来传递数字信息。
这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输系统中得到了较为广泛的应用。
本实验电路中，载频频率经过本实验电路分频而得到的两个不同频率的载频信号，则为相位连续的数字调频信号。
图1为FSK调制器原理框图。
图2为FSK调制器电路图。
由图2可知，输入的基带信号由转换开关K904转接后分成两路，一路控制32KHz的载频，另一路经倒相去控制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1关闭，模拟开关2开通。
此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到已调的FSK信号。
电路中的两路载频（f1,f2）由内时钟信号发生器产生，经过开关K9Ol，K902送入。
两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U9Ol:
A与U90l:
B（4066）。
（二）FSK解调电路工作原理
FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到了越来越广泛的应用。
FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2失锁，对应输出低电平，那么在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。
FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MCl4046。
MCl4046集成电路内有两个数字式鉴相器（PDI、PDII）、一个压控振荡器（VCO），还有输入放大电路等，环路低通滤波器接在集成电路的外部，引脚排列图见3所示，引脚功能说明见表1所示
图3MC14046引脚排列图
表1：
引脚功能说明
引脚
符号
功能
1
PDO3
相位比较器2输出的相位差信号，为上升沿控制逻辑。
2
PDO1
相位比较器1输出的相位差信号，它采用异或门结构，即鉴相特性为PDO1=PDI1⊕PDI2。
3
PDI2
相位比较器输入信号，通常PD为来自VCO的参考信号。
4
VCOO
压控振荡器的输出信号。
5
INH
控制信号输入，若INH为低电平，则允许VCO工作和源极跟随器输出；若INH为高电平，则相反，电路处于降功耗状态。
6
CI
与第7引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。
7
CI
与第6引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。
8
GND
接地。
9
VCOI
压控振荡器的输入信号。
在锁相环路中，通常VCO来自相位差低通滤波器输出，以平均电压控制VCOI的振荡频率，其输出直接（或经分频后）作为参考信号加到相位比较器的输入端。
10
SFO
源极跟随器输出。
11
R1
外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。
12
R2
外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。
13
PDO2
相位比较器输出的三态相位差信号，它采用PDI1、PDI2上升沿控制逻辑。
14
PDI1
相位比较器输入信号，PDI1输入允许将0.1V左右的小信号或方波信号在内部放大并再经过整形电路后，输出至相位比较器。
15
VI
内部独立的齐纳稳压二极管负极，其稳压值V≈5～8V，若与TTL电路匹配时，可以用来作为辅助电源用。
16
VDD
正电源，通常选+5V，或+10V，+15V。
FSK解调器框图如图4所示，解调器电路图如图5所示。
压控振荡器的中心频率设计在32KHz。
图5中R1、R2、C1，主要用来确定压控振荡器的振荡频率。
R3、C2构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。
从要求环路能快速捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些;从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。
因此电路设计应在满足捕捉时间前提下，尽量减小环路低通滤波器的带宽。
当锁相环锁定时，环路对输入FSK信号中的32KHz载波处于跟踪状态，32KHz载波（正弦波）经输入整形电路后变成矩形载波。
此时鉴相器PDII输出端（13脚）为低电平，锁定指示输出（1脚）为高电平，鉴相器PDI输出（2脚）为低电平，PDI输出和锁定指示输出经或非门U903:
A（74LS32）和U904:
B（74LS04）后输出为低电平，再经积分电路和非门U904:
C（74LS04）输出为高电平。
再经过U904:
D（74LS04）整形电路反相后从输出信号插座S902输出。
当输入信号为16KHz时，环路失锁。
此时环路对16KHz载频的跟踪破坏，鉴相器输入端的两个比较信号存在频差，经鉴相器PDI后输出一串无规则矩形脉冲，而锁定指示（第1引脚）输出为低电平，PDI输出和锁定指示输出经或非门U903:
A与U904:
B后，输出仍为无规则矩形脉冲，这些矩形脉冲经积分器和非门U904:
C后输出为低电平。
可见，环路对32KHz载频锁定时输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低电平。
只要适当选择环路参数，便它对32KHz锁定，对16KHz失锁，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。
图4FSK解调电原理框图
图5FSK解调电路原理图
【实验步骤】
1.检查确认板上无错误接线及杂物。
2.设置跳线开关:
K9Ol2-3、K9O22-3
若K9041-2，则2KHz的伪随机码，码序列为1110010
若K9042-3，则8KHz的方波，码序列为1100
当做FSK的解调实验时设置跳线开关K9O31-2、K9041-2。
3.打开电源开关，检查电源电压。
按下按键开关:
K01、K02、K900。
按下“开始”与“FSK”功能按键。
4.在CA901上插电容，使锁相环中的压控振荡器工作在32KHz，电容在1800pf～2200pf之间。
5.测试FSK调制电路TP9Ol——TP906各测量点波形，注意观察“1”、“0”码内所含载波的数目。
6．观察FSK解调输出TP907——TP909波形，并作记录。
同时比较TP903与TP909两者波形，观察是否有失真。
图6元件位置
【实验记录】
1、实验小组及其成员
小组名称
成员
（班级-学号）
3、实验数据记录和分析
画出实验过程中各测量点的波形图，注意各点相位关系。
FSK调制原理波形图
（a）TP90332KHz载波输入
（b）TP90216KHz载波输入（c）TP9038KHz信码
（d）TP90432KHz载波输出（e）TP90516KHz载波输
（f）TP906合路后的FSK调制输出（g）TP909FSK解调信号输出
测量点说明:
TP901：
作为fc1=32KHz载频信号，由K901的1与2相连。
可调节电位器W901来改变幅度。
TP902：
作为fc1=16KHz载频信号，由K902的1与2相连。
可调节电位器W902来改变幅度。
TP903：
作为F=2KHz或8KHz的数字基带信码信号输入，由开关K904决定。
K904的1与2相连：
码元速率为2KHz的1110010码，K904的2与3相连：
码元速率为8KHz的0101010码。
TP90432KHz载波输出
TP90516KHz载波输出
TP906：
FSK调制信号输出。
送到FSK解调电路的输入开关K903的1脚。
TP907：
FSK解调信号输入。
由FSK解调电路的输入开关K903的1与2脚接入。
TP908：
FSK解调电路工作时钟，正常工作时应为32KHz左右，频偏不大于2KHz，若有偏差，可调节电位器W903或W904和改变CA901的电容值。
TP909：
FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同TP905。
注：
在FSK解调时，K904只能是1与2相连，即解调出码元速率为2KHz的1110010码。
K904的2与3脚不能相连，否则FSK解调电路解调不出此时的数字基带信码信号，因为此时F=8KHz，fc2=16KHz，所以不满足4F≤fc1的关系，因为此时它们的频谱重叠了。
所以在此项实验做完后，应注意把开关K904设置成1与2相连接的位置上。
【实验结论】
二进制频移键控记作2FSK。
2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。
假设s（t）为代表信息的二进制矩形脉冲序列，e（t）即是2FSK信号，2FSK信号的波形示例如下图所示。
【思考题】
1.写出改变MC14046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响?
答：
根据MC14046锁项环的工作特点，以及各引脚的功能作用，运用到本电路设计中要求锁定32KHz的频率，R1、R2、C1，主要用来确定压控振荡器的振荡频率。
R3、C2构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。
从要求
环路能快速捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些;从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。
因此电路设计应在满足捕捉时间前提下，尽量减小环路低通滤波器的带宽。
2.在FSK调制电路中的两个滑动变阻器有什么作用？
答：
在FSK调制电路中的两个滑动变阻器可以调节输出波形的幅度，使得前后两极射随电路能匹配。
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