1、LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕 业 设 计题 目 基 于 Multisim 的 锁 相 环 解 调 系 统 仿 真 学 生 姓 名 学 号 专 业 班 级 通 信 工 程 指 导 教 师 学 院 计 算 机 与 通 信 学 院 答 辩 日 期 2013 年 6 月 13 日 兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计基于 Multisim 的锁相环解调系统仿真PLL Demodulation System Simulation Based on Multisim兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计摘要实现调频波解调的方法有很多，而锁相环鉴频是利用现代锁相环技术
2、来实现鉴频，具有工作稳定，失真小，信噪比高等优点，所以被广泛用在通信电路系统中。锁相环其原理是通过鉴相检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制。该文首先介绍了锁相环技术发展的现状、方向以及背景，并对 PLL 的原理进行了阐述。在以上的基础上，分别设计了 2ASK、2PSK 、2FSK 的调制解调电路，其功能为数字基带信号经过调制输出一个模拟信号，然后用锁相环进行解调，最后采用 Multisim 软件进行仿真。在对 2ASK、 2FSK、2PSK 解调时，低通滤波器输出的波形失真比较
3、大，不过最后经过抽样判决电路整形后可以再生数字基带脉冲。在整个电路设计中，力求要做到电路简单，并完成任务书提到的要求。关键词：调制；解调； Multisim；锁相环兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计IAbstrackThere are many ways to realize frequency wave demodulation, and PLL frequency which has the advantages of stable operation, small distortion, high signal-to-noise ratio and so on is achieved
4、 by using modern PLL frequency technology, so it is widely used in communication circuit system. Phase-locked loop through the difference of the phase detection of input signal and the output signal phase, and the detected phase difference signal into output voltage signal, the signal through a low
5、pass filter. After the formation of the voltage control oscillator , the output signal of the oscillator frequency control.This paper first introduces the present situation, development direction, phase-locked loop technology as well as the background, and the principle of PLL is discussed. On the b
6、asis of the above, the modulation and demodulation circuit of 2ASK, 2PSK, 2FSK which function is a digital baseband signal is modulated by an analog signal and output were designed, and then useing the PLL demodulation, finally using Multisim software simulation. In the 2ASK, 2FSK, 2PSK demodulation
7、, the output of the low pass filter waveform distortion is relatively large, but finally it can regenerate digital baseband pulse sampling decision circuit after shaping. In the circuit design, and strive to do a simple circuit, and complete the task book mentioned requirements.Keywords： modulate ；m
8、odulation ；PLL；Multisim兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计II目 录第 1 章 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 研究现状 .11.3 研究内容介绍 .2第 2 章 基本原理 .32.1 Multisim 介绍 .32.2 锁相环基本原理 .52.2.1 锁相环的基本组成 .52.2.2 锁相环的工作原理 .5第 3 章 调制解调电路设计 .83.1 2FSK 调制解调电路设计 .83.1.1 2FSK 调制电路设计原理 .83.1.2 2FSK 调制单元电路的设计 .93.1.3 2FSK 解调单元电路的设计 .133.1.4 2FSK 解调电 路的整体设计
9、.153.2 2PSK 调制解调电路设计 .173.2.1 2PSK 调制解调电路设计原理 .173.2.2 2PSK 调制与解调电路的设计与仿真 .183.3 2ASK 调制解调电路设计 .193.3.1 2ASK 调制解调电路设计原理 .193.3.2 2ASK 调制与解调电路的设计与仿真 .203.4 解调结果分析 .22总结 .24参考文献 .25附录：(外文翻译) .26致谢 .50兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计0第 1 章 绪论1.1 研究背景 实现调频波解调的方法有很多，而锁相环鉴频是利用现代锁相环技术来实现鉴频方法，具有工作稳定失真小，信噪比高等优点，所以被广泛用在通信
10、电路系统中。锁相环路是一种反馈电路，锁相环的英文全称是 Phase-Locked Loop，简称 PLL。其作用是使得电路相位同步。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，它还具有载波跟踪特性。作为一个窄带跟踪滤波器，可提取淹没在噪声中的信号；用高稳定的参考振荡器锁定，可提供高稳定的频率源；可进行高精度的香味与频率测量等等。如今锁相环解调器在通信、雷达、测量和自动化控制等领域应用极为广泛，随着电子技术的发展，对锁相环
11、解调的研究和应用得到了越来越多的关注。现在通过分析与研究，加深对锁相环解调方式的理解，并根据它的原理，设计出2FSK、2PSK、2ASK 的调制电路，并通过锁相环解调出来。1.2 研究现状锁相环解调技术的发展十分迅速，如今已经在很多领域都应用了锁相环解调的理论。可用于手机中、SDH 网络中、在汽车 MP3 无线发射器中测量汽车转速都是十分典型的应用。调频波的特点是频率随调制信号幅度的变化而变化，压控振荡器的振荡频率取决于输入电压的幅度。当载波信号的频率与锁相环的固有振荡频率 0 相等时，压控振荡器输出信号的频率将保持 0 不变。若压控振荡器的输入信号除了有锁相环低通滤波器输出的信号 uc 外，
12、还有调制信号 ui，则压控振荡器输出信号的频率就是以 0 为中心，随调制信号幅度的变化而变化的调频波信号。当然，锁相环的许多优越性使得锁相环解调技术在很多我们周围都可以见到的物品中发挥着其巨大的功效。如今，锁相环路理论与研究日臻完善，应用范围遍及整个电子技术领域。随着通兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计1信及电子系统的飞速发展，促使集成锁相环和数字锁相环突飞猛进。现在品种齐全繁多，提高系统的工作稳定性和可靠性和小型化，目前仍朝着集成化，数字化，多用化方向迅速发展。1.3 研究内容介绍调制和解调电路是通信设备中重要组成部分。用待传输的低频信号去控制高频载波参数电路称为调制电路，解调是调制的逆
13、过程，从高频已调信号中还原出原调制信号称为解调电路。该文主要建立了 2ASK、2FSK 、2PSK 的调制解调电路。解调电路中使用了锁相环解调。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 uo 来还原载波信号 ui 的参数，载波信号的参数有幅度、频率和位相，所
14、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度相等，相位随输入信号幅度的变化而变化。该文中调制出2FSK、2ASK、2PSK，调制时采用的是锁相环解调出来,最后用 Multisim 进行仿真出效果。在对 2ASK、2FSK 、2PSK 解调时，低通滤波器输出的波形失真比较大，不过最后经过抽样判决电路整形后可以再生数字基带脉冲。兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计2第 2 章 基本原理2.1 Multisi
15、m 介绍随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。Multisim 10 是加拿大 Interactive Image Technologies 公司 2001 年推出的 Multisim 最新版本。可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及部分微机接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路。它有丰富的元件库，为用户提供元器件模型的扩充和技术；虚拟测试仪器仪表种类齐全，其操作方法与实际仪器十分相
16、似；具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等 18 种电路分析方法，提供了多种输入输出接口，Multisim10 可以与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件 Protel 及电路仿真软件 Pspice 之间的文件接口，也能通过 Windows 电路图送往文字处理系统中进行编辑排版，同时还支持 VHDL 和 Verilog HDL 语言的电路仿真与设计。Multisim 10 把所有的元件分成 13 类库，再加上放置分层模块、总线、登录网站共同组成元件工具栏。
17、Multisim 10 提供了 18 种仪表，仪表工具栏通常位于电路窗口的右边，也可以用鼠标将其拖至菜单的下方，呈水平状。Multisim 10 具有以下特点:(1)Multisim 10 是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此可以很方便地在工程设计中使用。(2)Multisim 10 的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、信号发生器、双通道示波器、直流电源；还有一般实验室少有或没有的仪器，兰 州 理 工 大 学 毕 业
18、 设 计3如波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真度测量仪、频谱分析仪和网络分析仪等。(3) Multisim 10 具有较详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等，以帮助设计人员分析电路的性能。(4) Multisim10 可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及部分微机接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的过程中还可以存
19、储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据。Multisim10 是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。它用软件的方法模拟电子线路元器件和仪器仪表，实现了“软件即元器件”和“软件即仪器” 。 Multisim10 是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，该软件为电子工程师提供了一个电路设计与仿真平台，不仅与国际著名的模拟电路仿真软件 spice 兼容，而且具有较强的 VHDL 和 Verilog 设计与仿真功能。它具有界面形象、直观易懂、采用图形方式创建电路的特点；它丰富的元件库中提供了超过 16000 个组件，全部采用
20、世纪模型，确保了仿真结果的真实性和实用性；它采用开放式的库管理模式，能自动地生成模拟和数字组件模型，这对新器件的补充十分有利。Multisim10 的虚拟测试仪器种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、信号发生器、双通道示波器、直流、交流电源；还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真度测试仪、频谱分析仪和网络分析仪等。Multisim10 具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析
21、电路的性能。Multisim10 可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及微机接口电路等；可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数等。兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计42.2 锁相环基本原理2.2.1 锁相环的基本组成许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（
22、PLL） 。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。锁相环通常由鉴相器（PD） 、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图 2.1 所示。L F V C OP D图2.1 锁相环基本组成锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制。2.2.2 锁相环的工作原理锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图 2.2 所示。U i （ t ）U o U图2.2 乘法器
