EDA课程设计报告.docx

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EDA课程设计报告

EDA课程设计报告

姓名：

专业班级：

通信1002

学号：

指导老师：

设计日期：

2012.06.11~2012.06.15

课程设计目的

通过EDA课程设计，在学习EDA仿真软件SystemView使用方法的基础上，要求掌握最基本的调幅发射与接收系统的工作原理与系统仿真设计。

课程设计内容

以《SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计》一书第一章、第二章、第四章为参考资料，完成练习题1.1、1.2、1.3，练习题2.1、2.2、2.3，并设计常规双边带调幅、超外差收音机仿真电路，并进行电路仿真及分析。

一、第一章练习题

1.1

1.1.1题目要求

试用频率分别为f1=200Hz、f2=2000Hz的两个正弦信号源，合成一调制信号y（t）=5sin（2πf1*t）*cos（2πf2*t），观察其频谱与输出信号波形。

注意根据信号的频率选择适当的系统采样速率。

1.1.2仿真电路

仿真电路如图1.1.1所示，其中图符1的幅度为5v，频率为200Hz，相位为0，图符2的幅度为1v，频率为2000Hz，相位为0。

图1.1.1仿真电路

其中系统采样速率的参数设置如图1.1.2所示，根据奈奎斯特频率，系统采样速率至少为信号频率的两倍。

图1.1.2系统采样速率

1.1.3仿真结果

输出信号波形及其频谱如图1.1.3、图1.1.4所示。

观察调制后信号的频谱图，会出现两个频率，分别为f2+f1=2200Hz和f2-f1=1800Hz。

图1.1.3输出信号波形

图1.1.4输出信号频谱

1.2

1.2.1题目要求

将一正弦信号与高斯信号相加后观察输出波形及其频谱。

由小到大高斯信号的功率，重新观察输出波形及其频谱。

1.2.2仿真电路

电路仿真如图1.2.1所示。

图1.2.1仿真电路

1.2.3仿真结果

系统输出的信号波形及其频谱如图1.2.2、图1.2.3所示。

当由小到大改变高斯噪声的功率时，即改变图符1的标准差，输出的波形和频谱会越来越杂乱无章，而当高斯信号的标准差设置为0时，输出波形和频谱即为正弦信号的波形和频谱。

图1.2.2输出信号波形

图1.2.3输出信号频谱

1.3

1.3.1题目要求

已知DTMF双音频编码器的低阻频率为697Hz，770Hz，852Hz，941Hz，高阻频率为1209Hz，1336Hz，1477Hz，1633Hz，试合成0~9、*、#的双音频，并使用接收器图符中的单声道音频文件（8bitwav）输出，通过计算机的声卡输出声音，与实际电话输出的声音比较。

注意，在输出端应加入一定的增益来放大波形。

1.3.2仿真电路

仿真电路如图1.3.1所示。

所谓双音频（DTMF）是指用一频率较高的信号与一频率较低的信号叠加，双音多频的拨号键盘是4×4的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频，每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合。

仿真电路中选取的增益为10Linear。

图1.3.1仿真电路

1.3.3仿真结果

按照上述仿真电路运行后，会产生相应的16个音频文件，声音与实际电话按键声音相同。

二、第二章练习题

2.1

2.1.1题目要求

在设计区放置两个信号源图符，将其中一个定义为周期正弦波，频率为20kHz，幅度为5v，相位为π/4；另一个定义为高斯噪声，标准方差为1，均值为0。

将两者通过一个加法器图符连接，同时放置一个实时接收计算器图符，并连接到加法计算器图符的输出，观察输出波形。

2.1.2仿真电路

仿真电路如图2.1.1所示。

其中图符1为周期正弦波，幅度为5v，相位为pi/4，频率为20kHz，图符1为高斯噪声信号，标准方差为1，均值为0，图符4为实时接收计算器。

图2.1.1仿真电路

2.1.3仿真结果

输出信号波形如图2.1.2所示。

图2.1.1输出信号波形

2.2

2.2.1题目要求

试定义一个线性系统算子，将其设置为一个“Analog”类型的5极点“Butterworth”低通滤波器，截止频率为3000Hz。

2.2.2仿真电路

从Operator图符库中拖拽出LinearSysFilters图符至设计窗口，双击该图符，选择“Analog”，对其进行参数设置。

具体参数设置如图2.2.1所示。

确认后退出，图符变成

。

图2.2.1参数设置

2.3

2.3.1题目要求

将练习题2.1中定义的高斯噪声通过练习题2.2定义的低通滤波器后于练习题2.1中定义的正弦波相乘，观察输出波形。

2.3.2仿真电路

仿真电路如图2.3.1所示。

其中图符0、图符1分别与练习2.1仿真电路中图符0、图符1参数对应相同，图符2与练习2.2中定义的图符参数一致。

图2.3.1仿真电路

2.3.3仿真结果

系统输出信号波形如图2.3.2所示。

图2.3.2输出信号波形

三、常规双边带条幅（AM）

3.1AM调制原理

任意的AM己调信号可以表示为Sam（t）=c（t）m（t），当m（t）=A0+f（t），c（t）=cos（ωct+θ0），且A0不等于0时，称为常规调幅，其时域表达式为

Sam（t）=c（t）m（t）=[A0+f（t）]cos（ωct+θ0）

其中:

Ao是外加的直流分量;f（t）是调制信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号;ωc=2πfc为载波信号的角频率;θ0为载波信号的起始相位，通常设为0。

常规AM通常可以用图3.1所示的系统来实现。

图3.1常规AM调制系统原理图

3.2AM调幅的仿真电路

AM调幅的仿真电路如图3.2所示，其中后半部分为解调部分。

图3.2AM调幅的SystemView仿真电路图

3.3仿真结果

图3.3、图3.4、图3.5、图3.6所示分别为常规AM的调制信号波形、载波信号波形、已调信号的波形和已调信号的频谱。

图3.3调制信号波形

图3.4载波信号波形

图3.5已调信号波形

图3.6已调信号频谱

四、超外差收音机的仿真

4.1超外差收音机的工作原理

超外差接收技术广泛用于无线通信系统中。

图4.1所示是一个基本的超外差收音机的原理框图。

下面以最常见的AM超外差收音机为例来说明。

图4.1超外差收音机的原理框图

通常的AM中波收音机覆盖的频率范围为540~1700kHz，中频（IF）频率f为455kHz。

商业广播发射采用常规调幅，调制度接近1，且发射功率很大，因此收音机为节省成本、减小体积，一般解调器采用最简单的二极管包络检波。

本地振荡器（简称本振）的典型设置都高于所希望解调的RF信号，即所谓高边调谐。

输入滤波器用于抑制所不希望的信号和噪声，更重要的是去除与期望频率和解调中频频率f有关的镜像频率2f信号。

固定的中频滤波器用于提高收音机的接收选择性。

通过设计陡峭的滤波器边沿，能使进入解调器的相邻信道的能量最小。

实际的收音机电路使用陶瓷滤波器能得到很好的性能，由此产生的增益衰减可增加一级增益后再检波。

4.2超外差收音机的仿真电路

一个基本的AM收音机的系统仿真电路如图3.2所示。

本例主要说明超外差AM收音机的工作原理及信号解调过程。

为了节省仿真时间，在本题中没有按实际收音机的频率覆盖范围540-1700KHz和455KHz中频频率设计，而采用了25KHz作为IF，因此系统采样速率可设置为200kHz。

另外，设置了30kHz、40kHz、50kHz三个载波频率的发射信号（模拟三个电台），模拟调制信号的带宽为5kHz以下。

设希望接受的频率为第二个电台的频率40kHz，则本振（LO）应为：

40+20=60kHz。

在图4.2的左边对应的是三个AM信号发生器，用来模拟三个电台。

调制信号使用了三个扫频信号，分别采用了不同的扫频带宽和不同的调制度。

中频滤波器采用一个5极点、3dB带宽为10kHz的切比契夫滤波器。

系统采样速率设为200000Hz，取样点数设为8192。

图4.2AM超外差收音机仿真电路图

4.3仿真结果

接收到的RF信号（图符13）的频谱如图4.3所示，其中在40kHz频率的信号具有最大的调制度（设置为1），信息带宽的中心信号是所希望接收的信号。

图4.3收到的RF信号频谱图

RF与60kHz的本振信号混频后输出的频谱如图4.4所示，在该图中除了差频相的10kHz、20kHz、30kHz成分外，还能看到在90~100kHz位置上有混频输出的和频相，而110kHz和100kHz的镜像频谱成分在窗口已经观察不到了，这是因为系统的采样率为200kHz。

图4.4RF信号与本振混频后输出信号的频谱

输出的差频相频谱信号通过一个5极点切比契夫带通滤波器后，得到如图4.5所示的频谱，其中所希望的20kHz载波信号比10kHz和30kHz的信号大了约15dB，所以通过一个简单的二极管包络检波器就可以将原调制信号解调，解调后的时域信号波形如图4.6所示。

图4.5通过带通滤波器取出的中频信号的频谱

图4.6检波器解调输出信号的波形