1、FSK移頻鍵控實現(xiàn)10011001數(shù)字信號的調(diào)制 【 摘要 】： 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)是任何頻帶通信系統(tǒng)中最主要的一項技術(shù)?，F(xiàn)代移動通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，數(shù)字調(diào)制技術(shù)的改進也是通信系統(tǒng)性能提高的重要途徑。本文在明確數(shù)字頻移鍵控（FSK）調(diào)制技術(shù)原理的基礎(chǔ)上設(shè)計了數(shù)字頻移鍵控調(diào)制電路。然后，運用MATLAB、Proteus軟件工具箱的學習和使用，利用豐富的理論知識與模板，完成了FSK信號的調(diào)制。首先對FSK調(diào)制的原理進行研究，然后將總結(jié)的結(jié)果軟件中用模塊或者電路進行仿真試驗及結(jié)果分析。最后搭建實際硬件電路進行測試驗證。 【 關(guān)鍵詞 】：FSK調(diào)制、仿真、硬件測試。Modulation of FSK

2、 frequency shift keying realize 10011001 digital signalYang Fenfen(College of physics and electrical engineering Shaanxi University of Technology communication 1103 class, Shaanxi Hanzhoung 723003)Teacher: Xiong Guoqing【Abstract】: digital m

3、odulation system is one of the most important any band communication system. Modern mobile communication systems use digital modulation technology, improvement of digital modulation technology is an important way to improve the perform

4、ance and communication system. Based on the clear digital frequency shift keying (FSK) modulation technology based on the design of digital frequency shift keying modulation circuit. Then, using the learning and the use of MATLAB,

5、 Proteus toolbox, the use of theoretical knowledge and template rich, completed the modulated FSK signal. First ，principle study on FSK modulation, and then summarize the results of the software module or circuit simulation&#

6、160;experiment and result analysis. Finally, the actual hardware circuit testing. 【 Keywords】: FSK modulation, simulation, hardware test.目 錄摘 要.1Abstract.2緒 論.51.1 課題背景.51課程設(shè)計目的.62課程設(shè)計指標.63 2FSK信號產(chǎn)生以及方案論證.6 3.1 2FSK信號的產(chǎn)生6 3.2 方案論證.74 單元電路的設(shè)計.84.1 載波.信號源的設(shè)計.8 4.2 時鐘信號反相電

7、路的設(shè)計.8 4.3 信號相乘電路的設(shè)計9 4.4 信號放大電路的設(shè)計.9 4.5 信號相加電路的設(shè)計.105 整體電路圖設(shè)計與仿真.11 5.1 仿真思路11 5.2 MATLAB中的電路仿真.11 5.2.1 MATLAB中的參數(shù)設(shè)置.11 5.2.2 仿真波形.13 5.3 Proteus中的電路仿真.13 5.3.1 Proteus中的參數(shù)設(shè)置.15 5.3.2 仿真波形15 5.3.3 仿真結(jié)果分析.166 硬件組裝與測試.16 6.1 信號源與載波調(diào)試.17 6.2 MC1496芯片的調(diào)試.17 6.3 放大電路的調(diào)試17 6.4 74LS83芯片的調(diào)試18 6.5 組裝與調(diào)試結(jié)果

8、分析.187 總結(jié).18致 謝.20參考文獻.21.附錄1:仿真電路圖.22附 錄2：硬件電路圖.23附 錄3：芯片管腳圖.24附 錄4：元器件清單25緒論在實際通信系統(tǒng)中，大部分信道不能直接傳輸基帶信號，必須用基帶信號對載波波形的參量控制，使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化，即以正弦波作為載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。和模擬調(diào)制一樣，數(shù)字調(diào)制也有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種基本形式。調(diào)頻信號即2FSK信號是數(shù)字通信系統(tǒng)使用較早的一種通信方式，由于這種通信方式容易實現(xiàn)，抗噪聲和抗衰減性能強，因此在低數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。2FSK信號的產(chǎn)生可利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻而獲得。這正是頻率

9、鍵控的通信方式早期采用的實現(xiàn)方式，也是利用模擬調(diào)頻方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻的方法。2FSK信號的另一個產(chǎn)生方法便是采用鍵控法，即是利用矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選擇。2FSK它是利用載頻頻率變化來傳輸數(shù)字信息的。數(shù)字載頻信號又可分為相位離散和相位連續(xù)兩種情況。若兩個振蕩器頻率分別有不同的獨立振蕩器提供，他們之間的相位互不相關(guān)，這就是相位離散的數(shù)字調(diào)頻信號；若兩個振蕩器頻率有同一振蕩信號提供，對其中一個載頻進行分頻，這樣產(chǎn)生的兩個載波就是相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號。本實驗電路利用移頻鍵控法，由振蕩器產(chǎn)生不同的載頻做為兩個不同頻率的載頻信號，即相位不同的數(shù)字調(diào)頻信號，由基帶信號對不同

10、頻率的載波信號進行選擇。1.課題背景在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號能夠在信道中傳輸要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基信號不能直接在這種帶通信道中傳輸。因此，必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，以使信號與信道的特性匹配。與模擬調(diào)制相同，可以用數(shù)字基帶信號改變正弦載波的幅度、頻率或相位中的某個參數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字振幅調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制，也可以用數(shù)字基帶信號同時改變正弦載波的幅度、頻率或相位的某個參數(shù)，產(chǎn)生新型數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)模型如下所示： 解調(diào)器信道調(diào)制器基帶信號輸入 基帶信號輸出噪聲源 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)

11、制的原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實現(xiàn)數(shù)字信號調(diào)制，但是，數(shù)字基帶信號具有與模擬基帶信號不同的特點，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣可以用載波的某些離散狀態(tài)來表示數(shù)字基帶信號的離散狀態(tài)。采用數(shù)字鍵控的方法來實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制信號稱為鍵控法。比如對載波的振幅、頻率和相位進行鍵控，可以獲得振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控(PSK)。一、 課程設(shè)計目的 通過課程設(shè)計，使學生增強對通信電子技術(shù)的認識和理解，學會查找資料、比較方案，學會電子線路的設(shè)計和計算；初步掌握FSK移頻數(shù)字鍵空的調(diào)制與測試方法；進一步提高分析解決實際問題的能力、創(chuàng)造一個動腦又動手的、獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析

12、、解決通信電子電路問題的實際本領(lǐng)；通過典型電路的設(shè)計與制作加深對基本原理的了解，增強學生的實踐能力。二、 課程設(shè)計指標1.產(chǎn)生10011001數(shù)字信號；2.采用FSK移頻鍵控方式，實現(xiàn)上述數(shù)字信號的發(fā)射；3.設(shè)計電路在matlab環(huán)境中，利用simulink完成設(shè)計電路的仿真；4.制作電路；三、 2FSK信號產(chǎn)生以及方案論證 數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控，記作FSK；二進制頻移鍵控稱2FSK。2FSK的調(diào)制原理如下所示：3.1 2FSK信號的產(chǎn)生 數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK），二進制頻移鍵控記作2FSK。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2FSK信

13、號便是符號“1”對應(yīng)于載頻，而符號“0”對應(yīng)于載頻（與不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且與之間的改變是瞬間完成的。3.2 方案論證 從原理上講，數(shù)字調(diào)頻可用模擬調(diào)頻法來實現(xiàn)，也可用鍵控法來實現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻，是頻移鍵控通信方式早期采用的實現(xiàn)方法。2FSK鍵控法則是利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。 方案一：模擬調(diào)頻法。直接利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻而獲得?？驁D如下所示：模擬調(diào)頻器基帶信號s(t) 2FSK信號 圖 一 模擬調(diào)頻法實現(xiàn)2FSK信號的電路框圖 方案二：數(shù)字鍵控法。即利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不

14、同的獨立的頻率源進行選通。本課程設(shè)計采用鍵控法產(chǎn)生2FSK信號，即用一個受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出。 框圖如下所示：F1振蕩器選通開關(guān) 反相器相加器基帶信號是s（t） 2FSK信號 選通開關(guān)F2振蕩器 2FSK信號 圖 二 數(shù)字鍵控法實現(xiàn)2FSK信號的電路框圖 方案選擇分析： 直接調(diào)頻法是頻移鍵控通信方式早期采用的實現(xiàn)方法。其優(yōu)點是調(diào)制方便，設(shè)備簡單，得出的是2FSK信號，相位連續(xù)的。而頻移鍵控的特點是轉(zhuǎn)換速度快，波形好，穩(wěn)定度高且易于實現(xiàn)，故應(yīng)用廣泛，但設(shè)備要求復(fù)雜些，得出的也是2FSK信號，相位是不連續(xù)的。經(jīng)過比較之后，我們的本次課程設(shè)計采用的是第二種方案產(chǎn)

15、生2FSK信號，則分別由兩個獨立的頻率源產(chǎn)生信號，故相鄰的鄰碼相位不一定是連續(xù)的，數(shù)字基帶信號以及2FSK調(diào)制信號如圖三所示： 圖 三 數(shù)字基帶信號以及2FSK調(diào)制信號圖四、 單元電路圖的設(shè)計 4.1 載波、信號源的設(shè)計-信號發(fā)生器信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。 4.2 時鐘信號反相電路的設(shè)計74LS04芯片 時鐘信號反相電路如圖四所示，由非門74LS04芯片實現(xiàn)時鐘信號的反相，芯片管教如圖五所示。14管教置高電平方可在工作狀態(tài)，管教7置低電平或者接地均可，12、11、9、5、

16、3、1是輸入端，12、10、6、4、2是輸出端。 圖 四 反相電路 圖 五 非門（74LS04）芯片管腳圖4.3 信號相乘電路的設(shè)計MC1496芯片載波與時鐘信號的相乘采用MC1496芯片實現(xiàn)。其管腳圖如圖六所示： 圖 六 MC1496芯片管腳圖 MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器。引腳圖如上圖所示。： 圖 七 相乘電路圖4.4 信號放大電路設(shè)計由于在現(xiàn)實生活里，信號的傳送肯定有損失，為了防止在接收端接受的信號微弱，那么在傳送的過程之中就加一些放大電路來使信號加強，其電路圖如圖八所示： 圖 八 放大電路圖4.5 信號相加電路的設(shè)計74LS283芯片 相乘以后的信號經(jīng)過放大之后的疊加采用74L

17、S04芯片相加器的實現(xiàn)，其芯片管腳圖如圖九所示： 圖 九 74LS283芯片管腳圖 74LS04是模擬加法器。引腳圖如上圖所示。 圖 十 信號相加電路五、 整體電路圖設(shè)計與仿真 5.1 仿真思路1.首先要確定信號頻率fs和兩個載波頻率f1,f2。2.要確定輸入信號的波形形式，且輸入信號有反碼的存在，則需要將信號反轉(zhuǎn)從原信號和反轉(zhuǎn)信號中抽樣。3.載波與信號分別經(jīng)過相乘器以后得輸出再經(jīng)過相加器Add，最后輸出FSK信號。5.2 MATLAB中的電路仿真利用Simulink仿真FSK調(diào)制框圖如下所示： 圖 十一 MATLAB中SIMULINK環(huán)境下的電路框圖 圖 十二 MATLAB中SIMULINK

18、環(huán)境下封裝后的框圖5.2.1 在MATLAB中的參數(shù)設(shè)置各參數(shù)設(shè)置如下: 圖 十三 載波Sin Wave的參數(shù)設(shè)置載波f1的參數(shù)：其中幅度是1，頻率是2Hz,抽樣間隔是0.002s;載波f2的參數(shù)：其中幅度是1，頻率是4Hz,抽樣間隔是0.002s; 圖 十四 載波Sin Wave1的參數(shù)設(shè)置信號源選擇了基于采樣的Pulse Generator信號模塊參數(shù)設(shè)置如下所示： 圖 十五 信號源Pulse Generator的參數(shù)設(shè)置其中方波幅度為1，周期為4，占空比為2的基于采樣的信號。5.2.2 仿真波形經(jīng)過各點的參數(shù)設(shè)置，運行后的波形如下所示： 圖 十六 MATLAB中FSK仿真波形由上圖可以看

19、出：經(jīng)過f1和f2的兩個載波的調(diào)制，2FSK信號在頻率上有明顯的變化。5.3 Proteus中的電路仿真利用Proteus對FSK調(diào)制的電路圖如下： 圖 十七 Proteus中的電路圖仿真5.3.1 Proteus中的參數(shù)設(shè)置各參數(shù)設(shè)置如下所示： 圖 十八 載波1的參數(shù)設(shè)置載波1的參數(shù)設(shè)置：正弦波，頻率是12KHz,幅度是1，相位0；載波2的參數(shù)設(shè)置：正弦波，頻率是36KHz,幅度是1，相位0； 圖 十九 載波2的參數(shù)設(shè)置 圖 二十 信號源方波的參數(shù)設(shè)置其中，信號選擇時鐘信號，采用的時鐘類型是高-低-高，頻率是1KHz的采樣信號。5.3.2 仿真波形信號源未加反相器，經(jīng)過相乘器之后的波形如下所

20、示： 圖 二十一 信號源未加反相器的相乘器輸出波形信號源加反相器之后經(jīng)過相乘器之后的波形如下所示： 圖 二十二 信號源加了反相器的相乘器輸出最終，經(jīng)過各個信號的參數(shù)設(shè)置之后的仿真波形如下所示： 圖 二十三 最終的FSK仿真波形5.3.3 仿真結(jié)果分析 六、 硬件組裝與測試 首先，在本次的課程設(shè)計中，我們用軟件進行仿真結(jié)果正確后，在老師跟前領(lǐng)了相關(guān)的器材進行硬件的組裝。在進行硬件組裝之前，我們利用示波器和信號發(fā)生器依次檢測了MC1496、74LS04、74LS283、三極管一系列相關(guān)器材，檢測獲知芯片完好。 其次，我們有熊老師的精心指導(dǎo)和同學之間的互學互助精神，依據(jù)設(shè)計好的電路圖，謹慎的完成硬件

21、連接，圖片見附錄。最后和同學一起進行調(diào)試，合理的利用實驗室的示波器、電源、信號發(fā)生器、萬用表等器材，觀察實驗現(xiàn)象，調(diào)試各個部分中出現(xiàn)的問題如下所示：6.1 信號源和載波的調(diào)試：按照在仿真過程中輸入的頻率和幅值，在信號發(fā)生器對信號源和載波進行調(diào)試。將輸出的信號搭載到面包板的輸入端。6.2 MC1496芯片的調(diào)試：在連接好實體圖后，給面包板上電，一切等待就緒之后，卻在最終輸出端無法看到理想的信號輸出。經(jīng)過一系列的排查，是相乘器的問題。起初，在上網(wǎng)、查書找MC1496芯片的過程中就遇到好多問題，查到的資料當中就只是這個芯片管腳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和外部引腳，沒有對它的使用說明。我們就只用僅有的知識了解將這個

22、這個芯片中接入電路進行調(diào)試。6.3 放大電路的調(diào)試：經(jīng)過前一級的調(diào)試比較成功后，在放大電路輸出端又有問題，一路輸出的波形還沒有放大之前的波形穩(wěn)定，而另一路波形則完全是檢測不到信號。這時針對這波形不穩(wěn)定的情況，我們使用示波器逐孔逐孔的排查，排查完了也沒有發(fā)現(xiàn)時什么問題，令我們意想不到的是，無意間的嗯了一下極性電容C3之后波形不僅放大了，而且比較穩(wěn)定。經(jīng)過檢驗之后，發(fā)現(xiàn)是電容的腳與面包板的接觸不良而導(dǎo)致的，修改了這個問題之后就發(fā)現(xiàn)波形比之前的穩(wěn)定多了。6.4 274LS283芯片的調(diào)試： 與MC1496的這個芯片相比較，相加器蠻好理解的，本以為在相乘、放大之后的信號在相加之后輸出的波形很容易就會得

23、到，萬萬沒有想到的是結(jié)果恰恰相反，輸出端基本就檢測不到信號。我們也是逐次排查下來，每個部分都基本穩(wěn)定，但就是經(jīng)過相加之后輸出的波形相差甚大，讓我們百思不得其解。6.5 組裝與調(diào)試結(jié)果分析組裝與調(diào)試在明確FSK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)原理基礎(chǔ)上，進行電路的連接與各個點的波形測試，并判斷輸入輸出的波形是否正確。如果實際效果與理論不相符合，則是逐次對各個部分的組成和器件進行排查，檢查出錯誤的地方，并及時修改電路，使最終的輸出的波形失真，結(jié)果也要與理論相符合，并在此的基礎(chǔ)上對電路進行完善，使結(jié)果更完美。七、總結(jié) 本次課程設(shè)計給我們的題目是FSK頻移鍵控實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制信號的調(diào)制電路設(shè)計。我和本小組的同學們由于課

24、程設(shè)計的要求是基于MATLAB中Simulink環(huán)境下進行FSK信號的仿真。但又因為這次的任務(wù)是軟硬件結(jié)合，所以，我們就做了兩種仿真方案，一是MATLAB的FSK仿真，二是Proteus的仿真，以便做硬件時器材的需要。在實際的設(shè)計過程中，首先要進行電路設(shè)計：先構(gòu)思電路實現(xiàn)的過程，選擇合適器件來實現(xiàn)其功能。數(shù)據(jù)分析：數(shù)據(jù)的準確設(shè)置能夠?qū)崿F(xiàn)電路的功能，數(shù)據(jù)設(shè)置不合理可能會造成板子燒壞等后果。仿真模擬：在實現(xiàn)硬件電路之前要進行軟件仿真，確定可以實現(xiàn)所要求的功能時才能進行實際操作。這樣能保證不浪費硬件器材和節(jié)約時間設(shè)計。即在Proteus的仿真基礎(chǔ)上再實驗室領(lǐng)了相應(yīng)的器材，用硬件實現(xiàn)這次課程設(shè)計的要求。硬件搭建：合理布局元器件后進行硬件搭建。硬件調(diào)試：能夠熟練的使用示波器。出現(xiàn)問題能夠合理的分析，耐心的檢查錯誤。 設(shè)計過程中在老師和同學的指導(dǎo)下查閱了大量的有關(guān)通信原理的電子線路設(shè)計，而且學到了很多在書本上沒有學到的東西。通過這次的