Protel应用课程设计2FSK调制与解调电路.docx

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Protel应用课程设计2FSK调制与解调电路

课程设计任务书

学生姓名：

王磊磊专业班级：

通信1002

指导教师：

张小梅工作单位：

信息工程学院

题目:

Protel应用课程设计—2FSK调制与解调电路

初始条件：

（1）可选元件：

二极管、三极管、电阻、电位器、电容若干；+12V及+8V直流电源；正弦交流电源

（2）可用仪器：

示波器，万用表，毫伏表

（3）仿真软件：

ProtelDXP2004

要求完成的主要任务:

（1）使用protel制作模拟乘法器的电路原理图

（2）使用protel制作模拟乘法器的PCB图

（3）使用protel进行电路仿真设计

时间安排：

（1）第1-3周：

选题及任务安排。

（2）第4-10周：

方案选择及设计。

（3）第11-16周：

仿真及PCB制作（鉴主13楼计算机实验室）。

（4）第17-18周：

撰写报告及答辩。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

摘要

Protel设计系统是世界上第一套将EDA环境引入到Windows环境中的EDA开发工具，是具有强大功能的电子设计CAD软件，它具有原理图设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行电子设计最有用的软件之一。

在原来Protel99SE的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款基于Windows2000和WindowsXP操作系统的EDA设计软件ProtelDXP。

ProtelDXP在前版本的基础上增加了许多新的功能。

ProtelDXP是第一个将所有设计工具集于和一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。

ProtelDXP运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。

通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，ProtelDXP提供了全面的设计解决方案。

本次protel课程设计实现函数信号发生器的原理图绘制，PCB板图制作，以及电路仿真。

运用uA747实现矩形波和三角波的输出，再经差分对管产生正余弦波形。

本次protel课程设计实现FSK的调制与解调的原理图的绘制，电路仿真和PCB板图制作。

自激振荡产生载波信号，利用键控完成FSK的调制，使用包络检波完成FSK的解调。

Abstract

Proteldesignsystemistheworld'sfirstsetofEDAenvironmentwillbeintroducedtotheWindowsenvironmentintheEDAdevelopmenttools,isastrongfeatureoftheelectronicdesignCADsoftware,ithasaschematicdesign,printedcircuitboard（PCB）,schematicdesignleveldesign,Makingstatements,circuitemulationandlogicdevicedesign,andotherfunctions,istheconductofelectronicdesignoneofthemostusefulsoftware.

IntheoriginalProtel99SEonthebasisofthemostadvancedsoftwaredesignmethods,firstintroducedaBasedonWindows2000andWindowsXPoperatingsystemEDAdesignsoftwareProtelDXP.ProtelDXPonthebasisofthepreviousversionoftheincreaseinthenumberofnewfeatures.ProtelDXPisthefirstall-indesigntoolsandaboard-leveldesignsystem,electronicdesignersoftheprojectmodulefromtheinitialplanningtofinalproductiondatacanbeformedinaccordancewiththeirowndesigntoachieve.ProtelDXPoperationinoptimizingthedesignofthebrowserplatform,andhavealloftoday'sadvanceddesignfeatures,canhandlecomplexPCBdesignprocess.Enterthroughthedesignsimulation,PCBdrawingediting,topologyautowiring,signalintegrityanalysisanddesignofoutput,andothertechnicalintegration,ProtelDXPprovidesacomprehensivedesignsolution.

TheprotelprogramsdesignedtoachieveFSKmodulationanddemodulationschematicdrawing,circuitsimulationandPCBboardproduction.Self-oscillatingcarriersignalgeneratedusingkeyingFSKmodulationfinish,completewithenvelopedetectorFSKdemodulation.

Protel应用课程设计

——2FSK调制与解调电路

1.绪论

1.1关于Protel

早期的Protel主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的Protel已发展到DXP2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。

Protel99SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。

以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能：

1）可生成30多种格式的电气连接网络表；　　

2）强大的全局编辑功能，在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；　　

3）同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络　　

4）既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；

5）强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；　　

6）提供大量的工业化标准电路板作为设计模版；

1.22FSK调制及解调原理介绍

1.2.12FSK的调制原理介绍

2FSK信号波形图如1.1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1.12FSK信号波形图

FSK信号的产生有两种方法：

直接调频法和频移键控法。

产生的信号有相位连续和相许不连续两种如图1.2所示

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2FSK调制。

（c）相位连续（d）相位不连续

图1.22FSK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1.3：

图1.3键控法产生2FSK信号原理框图

图1.4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。

故其表达式为：

（1.1）

2FSK信号可以看成是两个不同载频的振幅键控信号之和，因此它的频带宽度是两倍数字基带信号带宽（B）与

之和，即：

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1.4。

1.2.22FSK信号的解调原理

2FSK信号的解调方法有：

非相干解调（包络检波法）、相干解调法，还有鉴频法、过零检测法等。

本次课程设计采用非相干解调进行FSK的解调。

解调的原理就是将2FSK信号分解为上下两路分别进行解调，然后进行判别，其原理框图如下图1.5所示：

图1.5非相干解调原理框图

2.2FSK的各电路模块设计

2.12FSK的调制单元

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的真的作为输出。

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。

2.1.1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FSK已调信号。

图2.1模拟开关电路4066芯片

调制电路利用模拟开关CD4066如图2.1，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的一起实现调制目的。

2.1.2振荡电路

图2.2振荡电路

电路中的两路载频由内时钟信号发生器产生，经过开关K901、K902送入。

两路载频分别经射随、LC选频、射随再送至模拟开关，如图2.2。

LC选频电路函数：

2.22FSK的解调单元

2.2.12FSK的非相干解调介绍

2FSK的非相干解调由带通滤波器、包络检波器、低通滤波器构成，包络检波器直接从已调信号中提取基带信号的数字序列。

下图2.3为二极管包络检波示意图。

图中C6、R11、R12组成二极管包络检波器，L2、C8、R10构成带通滤波器，C2、R12是低通滤波器。

图2.3二极管包络检波

3Protel原理图绘制

3.1准备画图

1.启动ProtelDXP2004

（1）从Windows操作系统的开始菜单或桌面快捷图标进入ProtelDXP2004环境。

（2）使用菜单File/New/PCBproject建立新工程文件。

在侧栏中可对其saveas并且重命名为hanshu.PCBprj。

（3）使用菜单File/New，在下拉菜单选择Schematic，建立新原理图文件。

（4）一个名为Sheet1.SchDoc的原理图图纸出现在设计窗口中，并且原理图文件夹也自动地添加（连接）到项目。

这个原理图图纸现在列表在Projects标签中的紧挨着项目名下的SchematicSheets文件夹下。

同样方法重命名为hanshu.schdoc。

设置画图环境

使用菜单Design/DocumentOption，在如图3.1所示的窗口中设置图纸尺寸、栅格等内容。

图3.1DocumentOption对话框

原理图参数设置：

1、从菜单选择Tools»Preferences打开原理图参数对话框。

这个对话框允许你设置全部参数，这些将应用到你将继续工作的所有原理图图纸。

2、点击DefaultPrimitives标签以使其为当前，勾选Permanent。

点击OK按钮关闭对话框。

3、在你开始绘制原理图之前，保存这个原理图图纸，因此选择File»Save。

图3.2Preferences对话框

3.2定位元件和加载元件库

1、点击Libraries标签显示库工作区面板。

2、在库面板中按下Search按钮，或选择Tools»FindComponent。

这将打开查找库对话框。

3、确认Scope被设置为LibrariesonPath，并且Path区含有指向你的库的正确路径。

如果你接受安装过程中的默认目录，路径中会显示C:

\ProgramFiles\Altium\Library\。

确认IncludeSubdirectories未被选择（未被勾选）。

图3.3元件查找对话框

5、点击Search按钮开始查找。

当查找进行时Results标签将显示。

如果你输入的规则正确，一个库将被找到并显示在查找库对话框。

6、点击MiscellaneousDevices.IntLib库以选择它。

7、点击InstallLibrary按钮使这个库在你的原理图中可用。

8、关闭SearchLibraries对话框。

添加的库将显示在库面板的顶总。

如果你点击上面列表中的库名，库中的元件会在下面列表。

面板中的元件过滤器可以用来在一个库内快速定位一个元件。

同样方法找出所需元件。

3.3原理图放置元件

1、电容、电阻等常用元件也在MiscellaneousDevices.IntLib库里，该应该已经在Libraries面板中被选择。

2、在Libraries面板的元件过滤器栏键入cap或res。

3、在元件列表中点击元件选择它，然后点击Place按钮。

现在在你的光标上悬浮着一个电容符号。

4、按TAB键编辑电容的属性。

在ComponentProperties对话框的Properties单元，设置Designator，检查PCB封装模型。

5、规则栏的设置将显示在原理图中。

点击规则列表中的Add显示ParameterProperties对话框。

输入名称Value以及值20n。

确认String作为规则类型被选择，并且value的Visible框被勾选。

点击OK。

6、在对话框的Properties单元，点击Comment栏并从下拉列表中选择=Value，将Visible关闭。

点击OK按钮返回放置模式。

右击或按ESC退出放置模式。

3.4连接电路

连线起着在你的电路中的各种元件之间建立连接的作用。

1、从菜单选择Place»Wire或从WiringTools工具栏点击Wire工具进入连线模式。

光标将变为十字形状。

2、将光标放在元件一端。

当你放对位置时，一个红色的连接标记会出现在光标处。

这表示光标在元件的一个电气连接点上。

3、左击或按ENTER固定第一个导线点。

移动光标你会看见一根导线从光标处延伸到固定点。

4、将光标称到Q1的基极上，你会看见光标变为一个红色连接标记。

左击或按ENTER连接到Q1的基极。

5、完成这部分导线的放置。

注意光标仍然为十字形状，表示你准备放置其它导线。

要完全退出放置模式恢复箭头光标，你应该再一次右击或按ESC。

6．完成后的整体电路图如图3.4所示。

3.5CompilePCBproject

制作编辑一个项目就是在设计文档中检查草图和电气规则错误并将你置于一个调试环境。

在OptionsforProject对话框中对ErrorChecking和ConnectionMatrix标签中的规则进行了设置。

1、选择Project»CompilePCBProject。

2、当项目被编辑时，任何已经启动的错误均将显示在设计窗口下部的Messages面板中。

被编辑的文件会与同级的文件、元件和列出的网络以及一个能浏览的连接模型一起列表在Compiled面板中。

如果你的电路绘制正确，Messages面板应该是空白的。

如果报告给出错误，则检查你的电路并确认所有的导线和连接正确。

图3.4整体电路原理图

4PCB板制作

4.1生成网络表

选择菜单Design/NetlistForProject/Protel命令，如图4.1所示。

随后在project栏会多出一项GeneratedProtelNetlist，展开后有一个“*.NET”，这就是生成的网络表，如图3-2所示。

网络表中主要内容分为两部分，一部分是各元件的属性参数，以方括号作为开头和结尾；一部分是各元件引脚的电气连接信息，以圆括号作为开头和结尾，如图4.2所示。

图4.1网络表的生成

图4.2生成的网络表

4.2创建PCB文件

使用菜单File/New/PCB建立PCB文件。

在侧栏中可对其saveas并且重命名为hanshu.PCBdoc。

如图4.3所示。

图4.3新建PCB文件

图4.4PCB置线

在PCB文件中，place/line画下方框，如图4.4。

4.3导入器件

1.菜单Degsin/ImportChangesFrom.

2.弹出的对话框下方的

按钮，则在Status栏的Check列中可以查看装入的元件是否正确，如果正确的话，会有

标志，确定所有元件封装和网络都正确以后，单击

按钮，再单击

按钮，这时网络表和元件已经装载到PCB文件中。

装好元件和网络表后，既要开始元件的布局工作，在DXP下可以有手动和自动两种方式来布局，这里先采用自动布局，然后手动调整的方式。

完成布局工作，就要开始自动布线。

选择AutoRoute/All命令，弹出如图4.5所示的对话框。

图4.5元件导入

4.4元件的布局及布线

对元器件进行布局，布局的准则：

面积尽量小，元器件不能互相覆盖。

在元器件布局完成后，绘制PCB板的边缘线。

首先绘制KeepOutLayer层，再在此边缘外绘制TopLayer层边缘线，最后

对布局完成的电路板进行布线。

布局完成后的PCB板图如图4.6所示。

图4.5PCB双面板图

图4.6PCB单面板图

5.仿真结果与分析

5.1原理图

本次选择Multisim对电路原理图进行仿真，仿真原理图如图5.1所示。

图5.12FSK的调制与解调Multisim仿真图

5.2调制解调仿真

图4.3中蓝色波形为已调制2FSK信号。

图4.4中红色波形为解调信号，绿色波形为最终经过低通滤波器的信号波形。

通过仿真可知系统能够完成FSK的调制与解调，系统原理正确可行。

图5.2Multisim仿真结果

图5.3Multisim仿真结果图

6心得体会

这次课程设计历时一个星期多，本次课程设计与以往不同，更强调对EDA的实用，使我对电子设计自动化有了初步的认识。

我认识到EDA技术在电子设计中以及实际生产应用中的重要性，EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。

利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。

对我而言，此次课程设计的过程中我遇到了许多挫折,如软件使用中的很多问题,但我认为挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。

从拿到题目到具体设计，从学习到实践，在一个多星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，如对protel软件的应用还不够熟悉，以及其中很多功能应用还未有深刻理解，要通过不断的实用和查找资料来完善自己此方面的能力。

此设计由于我们的学业不精和时间等客观问题，未能使设计达到完善，还有很多缺点和错误，希望老师能提出改进意见，谢谢老师对我们的辛勤栽培。

7参考文献

1.李东生、张勇等编著，ProtelDXP电路设计教程，电子工业出版社，北京：

2003

2.张松、张霆、廖科、胡科编著，Protel2004电路设计教程，清华大学出版社，

北京：

2006

3.历雅萍、易映萍编，电子技术课程设计，机械工些出版社2006

4.彭介华主编，电子技术课程设计指导，高等教育出版社2006

5.谢自美，电子线路设计实验测试（第三版），武汉：

华中科技大学出版社2006

附录

元件清单

本科生课程设计成绩评定表

姓名

王磊磊

性别

男

专业、班级

通信1002

课程设计题目：

2FSK调制与解调电路

课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日