1、信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)設(shè)計(論文)題目：2FSK調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計專 業(yè)： 通信技術(shù) 班 級： 通技06-2 學 號： 姓 名： 指導教師： 二八年十二月三十日信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學生姓名官建華學號級班通技06-2專業(yè)通信技術(shù)設(shè)計題目2FSK調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計（鎖相環(huán)NE564）指導教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注講 師術(shù)學院電子系高級工程師司設(shè)計（論文）內(nèi)容：（1）設(shè)計指標設(shè)計一個電路能完成2FSK信號的調(diào)制。設(shè)計一個電路能完成2FSK信號的解調(diào)。（2）設(shè)計要求設(shè)計硬件的原理電路圖。元器件型號及參數(shù)選擇。完成電路的仿真。進度安排：第5周：任務(wù)

2、下達，理解消化任務(wù)要求；確定設(shè)計方案；第6周第10周：完成資料的收集；完成硬件設(shè)計,即完成單元電路及總電路圖的設(shè)計和工作原理的敘述，電路性能指標的驗算；第11周：中期檢查，查找問題，分析解決難點；第12周第15周：進行調(diào)試、仿真，編寫報告準備答辯；第16周：答辯。參考文獻：1張肅文高頻電子線路北京：人民教育出版社，19792鄭應(yīng)光模擬電子線路(一)南京：東南大學出版社，20003閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：高等教育出版社，20054于安紅簡明電子元器件手冊上海：上海交通大學出版社，2005審批意見教研室負責人：年 月 日備注：任務(wù)書由指導教師填寫，一式二份。其中學生一份，指導教師一份。四川信息職

3、業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書目錄摘要1第一章緒論2第二章方案設(shè)計32.1方案比較32.1.1鍵控法32.1.2模擬調(diào)制法42.2方案論證4第三章硬件設(shè)計63.1器件介紹63.1.1NE564介紹63.1.22CD4016介紹73.1.3鎖相環(huán)的基本工作原理83.22FSK調(diào)制電路設(shè)計93.32FSK解調(diào)器電路設(shè)計10總結(jié)12致謝13參考文獻14附錄2FSK調(diào)制電路15附錄2FSK解調(diào)電路16四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書摘要本文采用鎖相環(huán)專用集成電路NE564，實現(xiàn)了2FSK調(diào)制電路和解調(diào)電路的設(shè)計。本設(shè)計首先對本次設(shè)計的思路進行的闡述，對數(shù)字調(diào)制解調(diào)的基本原理、集成電路NE564的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及

4、基本工作原理進行了詳細的介紹，并基于NE564設(shè)計了2FSK調(diào)制解調(diào)電路，最后詳細給出制作電路的步驟和方法以及在制作過程中的問題，得出結(jié)論。測試表明，該電路中心頻率fo=5MHz，在Uim1V及無外部干擾的條件下，解調(diào)后誤碼率為0。關(guān)鍵詞2FSK；調(diào)制；解調(diào)；NE564第15頁共16頁第1章緒論“鎖相環(huán)技術(shù)”是近幾年來迅速發(fā)展起來的一門技術(shù)，由于它的環(huán)路結(jié)構(gòu)簡單，性能良好。在許多新型的電子設(shè)備中，特別是在通信系統(tǒng)中，得到廣泛的應(yīng)用。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，鎖相環(huán)技術(shù)在調(diào)制解調(diào)中扮演著越來越重要的角色。鎖相環(huán)技術(shù)所以能得到這么廣泛的應(yīng)用，是由于其獨特的優(yōu)良性能所決定的。本設(shè)計用到的鎖相環(huán)的跟蹤特性，

5、可制成高性能的調(diào)制器和解調(diào)器，它具有低門限特性，可大大改善模擬信號和數(shù)字信號的解調(diào)質(zhì)量。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于數(shù)字信號具有豐富的低頻成分，不宜進行無線傳輸或長距離電纜傳輸，因而同模擬調(diào)制一樣，需要將基帶信號進行高頻正弦調(diào)制，即數(shù)字調(diào)制。與模擬調(diào)制相比，數(shù)字調(diào)制并無本質(zhì)區(qū)別，都屬于正弦波調(diào)制，但是數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)也有自身的特點，其技術(shù)要求與模擬調(diào)制系統(tǒng)也有不同。一般來說，數(shù)字調(diào)制技術(shù)可分為兩種類型：一是利用模擬方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，即把數(shù)字基帶信號當作模擬信號的特殊情況來處理；二是利用數(shù)字信號的離散取值特點去鍵控載波，從而實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，這種方法通常稱為鍵控法。常用的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控（2ASK）、移

6、頻鍵控（2FSK）、移相鍵控（2PSK）等。隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品市場運作節(jié)奏也進一步加快，涉及諸多領(lǐng)域的現(xiàn)代電子技術(shù)已邁入一個全新的階段，如何把鎖相環(huán)的強大優(yōu)勢發(fā)揮出來，就是目前電路研究發(fā)展的方向了。把鎖相環(huán)技術(shù)應(yīng)用與高頻2FSK信號的接收解調(diào)中，從而使電路性能得到進一步的改善，這對數(shù)字電路來說也算是個不小的突破。第2章方案設(shè)計2.1方案比較2FSK信號波形圖如2-1圖所示，它是由調(diào)制信號去控制載波信號，用載波的頻率來傳遞數(shù)字信息，即用所傳遞的數(shù)字消息控制載波的頻率。圖2-12FSK信號波形圖根據(jù)設(shè)計要求及相關(guān)技術(shù)指標，可擬定鍵控法、模擬調(diào)制法等兩種方案。2.1.1鍵控法調(diào)制器選用圖2-2

7、所示方案，采用石英晶體振蕩器構(gòu)成兩個不同頻率的載波發(fā)生器，用模擬雙向開關(guān)CD4066實現(xiàn)開關(guān)1和開關(guān)2，最后用集成運放構(gòu)成加法電路，最終實現(xiàn)2FSK調(diào)制。解調(diào)器選用圖2-3所示方案，以LC諧振回路實現(xiàn)帶通濾波，然后用兩個模擬乘法器實現(xiàn)相干解調(diào)，最后用集成運放構(gòu)成抽樣判決器，實現(xiàn)2FSK信號的解調(diào)。圖2-22FSK信號鍵控法產(chǎn)生原理框圖圖2-32FSK相干解調(diào)法原理框圖2.1.2模擬調(diào)制法采用圖2-4、圖2-5所示方案實現(xiàn)模擬調(diào)制解調(diào)，以高頻鎖相環(huán)NE564為主體，輔以適當外圍元件即可實現(xiàn)。若要構(gòu)成適用的發(fā)射器及接收器，只需增加合適的發(fā)射功放及接收濾波、解調(diào)放大電路即可。圖2-42FSK信號模擬

8、調(diào)制法產(chǎn)生原理框圖圖2-52FSK模擬解調(diào)法原理框圖2.2方案論證比較而言，選用模擬調(diào)制法更為經(jīng)濟、可靠，它具有低門限特性，可大大改善模擬信號和數(shù)字信號的解調(diào)質(zhì)量。而高頻模擬鎖相環(huán)NE564的最高工作頻率可達到50MHz，采用+5V單電源供電，特別適用于高速數(shù)字通信中2FSK、FM調(diào)頻信號的調(diào)制、解調(diào)，無需外接復雜的濾波器。實際上，此法案是幾年前流行的一種方案。就目前接收機技術(shù)來說，鎖相環(huán)因為起得天獨厚的性能優(yōu)勢，在接收機技術(shù)上可以有廣闊的發(fā)展前景。但是因為發(fā)送信號的頻率比較高，那么如何能夠把這種信號很好的解出來，這成了鎖相環(huán)技術(shù)的一種考驗。本文主要就是研究利用鎖相環(huán)，接收高頻信號，并把它解調(diào)

9、出來。模擬調(diào)制法的設(shè)計就是在目前接收解調(diào)以及鎖相環(huán)技術(shù)的蓬勃發(fā)展下，把鎖相環(huán)技術(shù)運用與接收解調(diào)中，拋棄原來的純分離元器件電路，而是利用高頻鎖相環(huán)集成電路NE564，從而把原始信號更好的還原出來。利用鎖相環(huán)集成電路不但使電路更加簡單，而且性能更好，充分體現(xiàn)了集成電路的優(yōu)勢。在未來的世界，鎖相環(huán)電路將在通信領(lǐng)域大放光彩。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，目前市面上已有多類專用2FSK收發(fā)芯片，如MicroelectronicIntegratedSystems公司的TH7108、TH71112、MICRF500芯片等。第3章硬件設(shè)計要求使用高頻模擬鎖相環(huán)NE564為基礎(chǔ)，設(shè)計2FSK的調(diào)制解調(diào)電路。3.1器件

10、介紹3.1.1NE564介紹高頻模擬鎖相環(huán)NE564是PhilipsSemiconductors公司(荷蘭菲利浦公司的產(chǎn)品，同類國產(chǎn)產(chǎn)品的型號有XD564、L564等。NE564最高工作頻率可達到50MHz，采用+5V單電源供電，特別適用于高速數(shù)字通信中FM調(diào)頻信號及2FSK移頻鍵控信號的調(diào)制、解調(diào)，而無需外接復雜的濾波器。NE564采用雙極性工藝，其外部引腳圖和內(nèi)部組成框圖分別如圖3-1和圖3-2所示。其中，A1為限幅器，可抑制FM調(diào)頻信號的寄生調(diào)幅；相位比較器（鑒相器）PD的內(nèi)部含有限幅放大器，以提高對AM調(diào)幅信號的抗干擾能力；外接電容C3、C4組成低通濾波器，用來濾出比較器輸出的直流誤差

11、電壓的紋波；改變引腳的輸2入電流可改變環(huán)路增益；壓控振蕩器VCO的內(nèi)部接有固定電阻R（R=100），只需外接一個定時電容Ct就可產(chǎn)生振蕩，振蕩頻率fv與Ct的關(guān)系曲線如圖3-4所示。VCO有兩個電壓輸出端，其中VCO01輸出TTL電平，VCO02輸出ECL電平。后置鑒相器由單位增益跨導放大器A3和施密特觸發(fā)器ST組成，其中，A3提供解調(diào)FSK信號時的補償直流電平及用作線性解調(diào)FM信號時的后置鑒相濾波器；ST的回差電壓可通過引腳16外接直流電壓進行調(diào)整，以消除輸出信號TTL0的相位抖動。圖3-1NE564的外部圖3-2NE564的內(nèi)部組成框圖由圖3-1可知，NE564為雙列直插16腳封裝，各引腳

12、的功能如表3-1所示。表3-1NE564引腳的功能引腳編號英文縮寫引腳功能引腳編號英文縮寫引腳功能1V+1VCC，接+5V9VCO01VCO輸出1，TTL電平2LGC環(huán)路增益控制端，電流約為200uA10V+2VCC，接+5V3PC1鑒相器輸入端，來自分頻器，占空比50%11VCO02VCO輸出2，ECL電平4LF環(huán)路濾波引出端12FC1振蕩頻率設(shè)置電容引出端5LF環(huán)路濾波引出端13FC1振蕩頻率設(shè)置電容引出端6RF1信號輸入端，占空比50%14AN0模擬輸出端（用于調(diào)解輸出）7BF偏置濾波輸入端15HYS延遲設(shè)置端（設(shè)置門限值）8GND地端16TTL0TTL電平輸出端（調(diào)解輸出）3.1.22

13、CD4016介紹CD4016為4個獨立的雙向模擬開關(guān)，控制輸入端在輸入高電平時模擬開關(guān)導通，低電平時截止。輸入輸出為雙向，即可以由IN/OUT到OUT/IN，也可以反過來，此芯片廣泛用于信號開關(guān)，削波，調(diào)制解調(diào)電路中。其引腳排列如3-3圖所示。圖3-3CD4016外部引腳圖3.1.3鎖相環(huán)的基本工作原理鎖相環(huán)路的系統(tǒng)框圖如圖3-4所示，由鑒相器PD(Phase Detector)、環(huán)路濾波器LF(Loop Filter)和壓控振蕩器VCO組成的，其中LF為低通濾波器。圖3-4鎖相環(huán)的基本組成框圖各部分功能如下：1）鑒相器PD：鑒相器是一個相位比較器，完成對輸入信號相位與VCO輸出信號相位進行比

14、較，得誤差相位e(t)= i(t)- o(t)。2）環(huán)路濾波器LF：環(huán)路濾波器(LF)是一個低通濾波器(LPF)，其作用是把鑒相器輸出電壓ud(t)中的高頻分量及干擾雜波抑制掉，得到純正的控制信號電壓uC(t)。3）壓控振蕩器VCO：壓控振蕩器是一種電壓-頻率變換器，它的瞬時振蕩頻率o(t)是用控制電壓uC(t)控制振蕩器得到，即用uC(t)控制VCO的振蕩頻率，使i與o的相位不斷減小，最后保持在某一預期值。當鎖相環(huán)路處于“失鎖”狀態(tài)時，ui(t)和uo(t)進行相位比較，由PD輸出一個與相位差成正比的誤差電壓ud(t)。ud(t)經(jīng)LF濾波，取出其中緩慢變化的直流或低頻電壓分量uC(t)作為

15、控制電壓。顯然，uC(t)也將隨著相位差的變動作相應(yīng)變化。uC(t)加到VCO上，從而控制VCO的振蕩頻率，使o不斷改變，ui(t)和uo(t)的相位差不斷減小，直至鎖相環(huán)路進入“鎖定”狀態(tài)。3.22FSK調(diào)制電路設(shè)計利用鎖相環(huán)VCO輸出信號頻率隨輸入信號大小而變化的特點，可將待傳輸調(diào)制信碼直接送入NE564的VCO輸入端，從而可以實現(xiàn)2FSK調(diào)制。圖3-5是NE564構(gòu)成的2FSK調(diào)制器電路。調(diào)制信碼從雙態(tài)信號控制CD4016模擬開關(guān)13腳輸入，NE564的6腳電壓在5V與1.42V之間轉(zhuǎn)換（即5VR6/(R5+R6)=1.42V），經(jīng)緩沖放大器A1及相位比較器PD中的放大器放大后，直接控制

16、VCO的輸出頻率。因此，9腳輸出的是2FSK信號。圖3-5NE564構(gòu)成的2FSK調(diào)制電路PD輸出端不再接濾波電容，而是接電位器RP1，用于調(diào)整環(huán)路增益并可細調(diào)壓控振蕩器的固有頻率fv，fv與Ct的關(guān)系如下圖所示。圖3-6fv與Ct的關(guān)系曲線C1是輸入耦合電容，R1、C2組成差分放大器A1的輸入偏置電路濾波器，可濾除調(diào)制信碼中的雜波。R2（包含電位器RP2）對引腳2提供輸入電流I2，可控制環(huán)路增益和VCO鎖定范圍，R2與電流I2的關(guān)系可表示為：（3-1）I2一般為200uA。調(diào)整時，可先設(shè)置I2的初值位100uA，待環(huán)路鎖定后再調(diào)節(jié)電位器RP2使環(huán)路增益和壓控振蕩器的鎖定范圍達到最佳值。R3是

17、壓控振蕩器輸出端必須接的上拉電阻，一般為幾千歐姆，這里取2K。R4是VCO輸出ECL電平和鑒相器輸入端之間的限流電阻，可取值3K。壓控振蕩器的固有振蕩頻率可表示為：（3-2）若已調(diào)2FSK信號中心頻率fv=5MHz，則Ct=90pF（可取標稱值82pF與8.2pF可調(diào)電容并聯(lián)構(gòu)成）。若調(diào)制信碼的波特率為500kBaud，則9腳輸出2FSK信號頻率范圍為fo=51MHz。3.32FSK解調(diào)器電路設(shè)計NE564構(gòu)成的2FSK解調(diào)器電路如圖3-6所示。已知輸入信號vi的頻率fi=51MHz，調(diào)制信碼（由“0”、“1”組成的方波）的頻率fo=500kHz。已調(diào)制信號直接送入NE564的VCO輸入端，與

18、壓控振蕩器輸出的5MHz（9腳輸出）進行相位比較，輸出信號經(jīng)環(huán)路濾波后由A2放大，從16腳輸出解調(diào)后的方波（TTL電平）。電阻R6和電位器RP2用于調(diào)整施密特觸發(fā)器的回差電壓，可改善輸出方波的波形。R7為上拉電阻，增加R7的值亦可改善輸出波形。圖3-7NE564構(gòu)成的2FSK解調(diào)電路由于輸入信號的頻率fi=51MHz，解調(diào)時必須使壓控振蕩器工作在46MHz并保證NE564鎖定，此時16腳輸出才為高電平“1”；超出此范圍失鎖，則16腳輸出為低電平“0”。因此，壓控振蕩器的固有振蕩頻率fv和捕捉帶fv必須十分準確。由已知條件可得：壓控振蕩器的固有振蕩頻率fv=5MHz，fv=fimax-fimin

19、=2.0MHz。由式（3-2）得Ct=90pF，可取標稱值82pF與8.2pF可調(diào)電容并聯(lián)，以便精確調(diào)整固有振蕩頻率，使fv=5MHz。外接電容C3、C4與內(nèi)部兩個對應(yīng)電阻（阻值R=1.3K）分別組成一階低通濾波器，其截止角頻率可用下式描述：（33）濾波器的性能對環(huán)路入鎖時間的快慢有一定影響，由于本例輸出信號頻率較高，低通濾波器的截止角頻率也要相應(yīng)提高，計算可取C3=C4=300pF。制作實物電路時可通過觀測4腳和5腳的輸出波形調(diào)整電容的值，使輸出波形更為清晰。電容C6的作用事濾除內(nèi)部單位增益跨導放大器A3輸出的補償直流電壓中的交流成分，因此，對C6的耐壓有一定要求，通常取耐壓大于電源電壓的電

20、解電容，這里取C6=10uF/8V。C7和C8為電源濾波電容，一般取0.2uF?？偨Y(jié)這段時間的畢業(yè)設(shè)計在忙忙碌碌中一晃而過。剛開始，我們頭緒不是很清楚，不知道從哪里入手，但通過老師的耐心指導并和同學認真研究設(shè)計課題，跑圖書館查資料、確定基本設(shè)計方案、對所用芯片功能進行查找、調(diào)試、上機仿真等，經(jīng)歷了一次次的困難，卻積累了很多寶貴的經(jīng)驗。在整個設(shè)計的過程中遇到的問題主要有以下三點，第一：基礎(chǔ)知識掌握的不牢固，主要表現(xiàn)在一些常用的電路的形式和功能不清楚，對書本上的內(nèi)容理解不夠透徹。第二：對一些常用的應(yīng)用軟件缺少應(yīng)用，體現(xiàn)在畫電路圖和系統(tǒng)的仿真的時候，對這些軟件的操作不熟練，浪費了很多時間。第三：相關(guān)

21、知識掌握的不夠全面，缺少系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)驗。這次設(shè)計進一步端了我的學習態(tài)度，學會了實事求是，嚴謹?shù)淖黠L，提高了動手能力。對自己要嚴格要求，不能夠一知半解，要力求明明白白。急于求成是不好的，我有所感受。如果省略了那些必要的步驟，急于求成，不僅會浪費時間，還會適得其反。我覺得動手之前，頭腦里必須清楚該怎么做，這一點是很重要的。就目前來說，我的動手能力雖然差一點，但我想，通過我的不懈努力，在這方面，我總會得到提高。這一點，我堅信。因為別人能做到的，我也一定能做到。在此次的畢業(yè)設(shè)計中我最大的體會就是進一步認識到了理論聯(lián)系實踐的重要性。一份耕耘，一份收獲。通過這段時間的設(shè)計，讓我明白科學的思維方法和學習方法

22、是多么重要，只有這樣才能夠有很高的效率，才能夠讓自己的工作更完美?？偠灾?，此次畢業(yè)設(shè)計讓我學到了好多平時在課堂上學不到的東西，增加了我的知識運用能力，增強我的實際操作能力。謝謝老師給我們提供這么好的機會，為我們之后走向社會奠定了一個好的基礎(chǔ)。本次設(shè)計有機地結(jié)合了理論與實踐，讓我對2FSK及很多調(diào)制解調(diào)的方法有了進一步的理解，使我對通信有了更實際的認識。同時還鍛煉我們實際動手能力，更主要的是它激起我們創(chuàng)新思維，為今后的進一步學習創(chuàng)下良好條件，為以后的就業(yè)也打下一個根基，真可謂一舉多得。致謝感謝我的指導老師楊柳老師，他們嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了