1、1摘要本课程设计主要运用 Multisim 软件仿真平台设计进行 2FSK 的调制与解调系统的仿真。在本次课程设计中先根据 2FSK 调制与解调原理构建调制解调电路，从 Multisim 工具箱中招所需各元件，合理设置好参数并运行，其中可以通过不断地修改优化得到需要信号并进行调制，之后经过锁相环解调器进行解调，分析示波器的仿真图形判断 2FSK 的调制解调系统仿真是否成功。关键词：Multisim ；2FSK ；调制 ；锁相环解调器2目录前言3一、课程设计及内容.41.1 设计任务及主要技术和要求.41.2 内容和要求.4二、基本原理.52.1 2FSK 信号的调制原理. 52.2 2FSK
2、信号的解调原理 6三、单元电路设计原理及分析83.1 调制单元83.1.1 模拟开关电路83.1.2 振荡电路83.1.3 2FSK 调制电路的整体电路图. 93.2 2FSK 的解调单元. 103.2.1 非相干解调.113.2.2 锁相环解调器12四、总结.14参考文献.15附件 1 元器件清单16附件 2 整体仿真电路图.173前言数字调频又称移频键控，它是用不同的载波来传送数字信号的。FSK 信号的产生有两种方法：直接调频法和频率键控法。2FSK 信号的产生可利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频而获得。这正是频率键控通信方式早期采用的实现方法，也是利用模拟调频法实现数字调频的方法。2
3、FSK 信号的另一产生方法便是采用键控法，即利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选择。2FSK 它是利用载频频率变化来传输数字信息。数字载频信号又可分为相位离散和相位连续两种情形。若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间的相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载波就是相位连续的数字调频信号。在实际通信系统中，大部分信道不能直接传输基带信号，必须用基带信号对载波波形的参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即以正弦波作为载波的数字调制系统。和模拟调制一样，数字调制也有调
4、幅、调频和调相三种基本形式。调频信号即2FSK 信号是数字通信系统使用较早的一种通信方式，由于这种通信方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。键控法产生的 FSK 信号频率稳定度高，并且没有过渡频率，他的转换速度快、波形好。所以本课设电路利用移频键控法，由函数信号发生器产生两个不同的载波，即为相位不同的数字调频信号，由基带信号对不同频率的载波信号进行选择。4一、课程设计及内容1.1 设计任务及主要技术和要求（1）根据 2FSK 的特点，新源输入以及对应的频率自己确定；（2）了解 2FSK 信号调制的；（3）解调器用 PLL；1.2 内容和要求要求
5、掌握单元电路：正弦振荡器，调制、解调器，VCO掌握调制、解调的基本原理，通过实际方案的分析比较，初步掌握简单实用路的分析方法和工程设计方法。了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。1.3 目的意义通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查询资料，方案比较，以及设计计算等环节。进一步通告分析解决实际问题的能力，创造一个动手动脑、独立开展实验的机会，锻炼分析，解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化，通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践
6、能力。5二、基本原理2FSK 信号波形图如 2-1 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 2.1 2FSK 信号波形图2.1 2FSK 信号的调制原理FSK 信号的产生有两种方法：直接调频法和频移键控法。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 FSK 调制。6(c)相位连续 (d)相位不连续图 2.2 2FSK 信号调制方法本设计采用键控法产生 2FSK 信号，即用
7、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 2.3：图 2.3 键控法产生 2FSK 信号原理框图图 2.4 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。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 2.4。2.2 2FSK 信号的解调原理72FSK 信号的解调方法有：包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。锁相环路的输出信号频率可以精确地跟踪输入参考信号频率的变化,环路锁定后输
8、入参考信号和输出参考信号之间的稳态相位误差可以通过增加环路增益被控制在所需数值范围内.这种输出信号频率随输入参考信号频率变化的特性称为锁相环的跟踪特性.利用此特性可以做载波跟踪型锁相环及调制跟踪型锁相环。为了实现信息的远距离传输，收信端接收到信号后必须进行解调才能恢复原信号。所谓的解调就是用携带信息的输出信号来还原载波信号的参数，载波信号的参数有幅度、频率和位相，所以，解调有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种。调幅波的特点是频率与载波信号的频率相等，幅度随输入信号幅度的变化而变化；调频波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，频率随输入信号幅度的变化而变化；调相波的特点是幅度与载波信号的幅
9、度相等，相位随输入信号幅度的变化而变化。调频波（经过放大器放大后）与压控振荡器的输出被送入鉴相器，经鉴相获得变化着的相位误差电压，该误差电压通过低通滤波器被滤掉其高频成份，继而获得随调制信号频率变化而变化的信号，经跟随器得到解调信号，从而实现了解调（鉴频）过程。其原理框图如图 3.图 2.5 锁相环解调低通滤波器鉴相器压控振荡器调频、调幅信号解调信号8三、单元电路设计原理及分析要将 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。
10、3.1 调制单元3.1.1 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 3.1 模拟开关电路 4066 芯片调制电路利用模拟开关 CD4066 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。3.1.2 振荡电路9图 3.2 振荡电路电路中的两路载频由内时钟信号发生器产生，
11、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。LC 选频电路函数： 3.1.3 2FSK 调制电路的整体电路图图 3.3 2FSK 调制电路的整体电路图LCf2110图 3.4 Multisim 仿真结果图中蓝色波形为已调制 2FSK 信号3.2 2FSK 的解调单元图 3.5 非相干解调原理框图11图 3.6 相干解调原理框图3.2.1 非相干解调（包络检波）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。下图为二极管包络检波。图中 C6、R11、R12 组成二极管包络检波器，L2、
12、C8、R10 构成带通滤波器，C2、R12是低通滤波器图 3.7 二极管包络检波12图 3.8 Multisim 仿真结果图图 3.8 中红色波形为解调信号，蓝色为判决门限电平，绿色波形为最终经过低通滤波器的信号波形3.2.2 锁相环解调器2FSK 集成电路模拟锁相环解调器性能优越，价格低廉，体积小。2FSK 锁相环解调器中的集成锁相环选用了集成电路内有两个数字式鉴相器、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。压控振荡器的中心频率设计在 32KHz，适当选择环路参数，使它对 32KHz 锁定，对16KHz 失锁，则在解调器输出端得到解调输出的基带信号序
13、列。下图中 R12、R14 、V10、 V11 为压控振荡电路，R10、C6 组成低通滤波器13图 3.9 锁相环解调电路图图 3.10 Multisim 仿真结果图14四、总结本次课程设计我的题目是二进制频移键控（2FSK）调制电路的设计。在理解了 2FSK调制电路的工作原以后，我和本小组的同学着手运用 multisim 对我们所设计出的原理电路进行了仿真，在仿真基础上购买了芯片，用硬件来实现这次试验的设计。我们一共使用了 74LS04 以及 CD4066 多路复用开关，查出了它们的管脚图和基本工作原理和各引脚功能，在陈老师的指导下进行了电路的连接，这次硬件仿真的结果出现了波形，可是波形没有
14、我们理论的波形那样完美，存在一定的误差。分析原因是电阻电容的近似替代导致了部分波形的输出截止失真，后来经过认真检查总算作出了理想的波形输出。设计过程中我们查阅了大量的有关高频电子线路设计的书籍，巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的必要性，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。尽管设计中用到的知识和相关软件是以前也开过专门的课。但一直缺少理论指导实际的机会。真正当我们拿到设计课题开始设计，或者在设计中遇到了一些问题的时候，才能发现当时学习的薄弱环节所在。或者说我们才真正了解到我们
15、最需要补充的知识是什么。而这种时候恰恰是我们最能学到东西的时候。因为这个时候是主动的学习，而不是平时上课是很被动的跟着老师的思维走。学习自己急切需要的知识总是效率比较高的。同时，这个过程也会使我们体验到成功的乐趣。哪怕是很小的问题，通过自己的思考解决之后，也会有一定成就感。在设计过程中，我对以前学过的相关课程的教材甚至比上课的时候还要熟悉。正是有了这种求知欲的支配，才保证了我们能在规定时间内完成设计所要求的内容。而且课程设计是个眼，手，脑全面动作的过程，在其中得到的很多东西是课堂上不会有的。另外，设计的过程也是一个合作与分享的过程。同样的设计要求，不同的人有不同的思路，可能也就会产生不同的结果
16、。但如果你有一种思想，我有一种思想，那么交换后，我们将都拥有两种不同的思想。这段话充分说明了分享对于理论研究的重要意义。还有一些比较难的一个人不容易解决的问题，通过大家的努力也会迎刃而解。从而可以节省个人时间，提高了整个队伍的工作效率。因为每个人都有自己擅长的部分，很好地发挥各人的特点，会使工作变的轻松而有趣。而在现代公司的招聘细则里，常常会写着对于团队意识方面的要求。而课程设计也是我们毕业前很好的培养和锻炼这种意识的机会。最后，要感谢一直特别细心和耐心指导我们的老师：您辛苦了！正是您的指导，使我们的思路豁然开朗，使得我们少走了不少弯路，极大地提高了工作效率。我想，通过两个礼拜的课程设计，我不
17、仅完成了设计内容，更重要的是学到了很多课堂上得不到的东西。这里也感谢学校提供给我们这样的机会。谢谢！15参考文献1 通信电子线路 主编：刘泉 武汉理工大学出版社2电子线路设计、实验、测试主编：谢自美 华中理工大学出版社3 电子技术基础.数字部分主编：康光华 高等教育出版社4 通信原理樊昌信，曹丽娜 编著 国防工业出版社，20085 电脑辅助电路设计multisim主编：韦思健 中国铁道出版社.19956 扩展频谱通信及其多址技术编著：曾兴雯等 西安电子科技大学出版社 2004.57 高频电子线路主编：廖惜春 华南理工大学出版社8 通信原理主编：樊昌信 国防工业出版社9 通信电子电路 主编：于洪
18、珍 北京清华大学出版社, 2005.10 通信电子线路 主编：钱聪 陈英梅 北京人民邮电出版社,2004.11 Mult iSim 进行电子电路设计的教学研究 主编：余群 成都实验科学与技术16附件 1：元器件清单：元件序号 型号 主要参数 数量BG901/902/903/904 4E901/902/903/904 47F 4L901 6.8mH 1L902 8.2mH 1C901 5100P 1C902 15kP 1W90 10k 2R901/907 33K 2R902/908/904/905/910/91122K 64066 CD406VDD-0.5to+18VVIN-0.5toVCC+0.5V1U904A 74LS04 VCC+4.5Vto+5V 1
