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FSK调制与解调电路设计及仿真实现

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《电力系统自动化》课程设计

FSK调制与解调电路设计及仿真实现

一、引言：

一般的数字调制技术，如幅度键控（ASK）、移相键控（PSK）和移频键控（FSK）三种。对数字调制和解调器技术的要求如下：

（1）在信道衰落条件下，误码率要尽可能低；

（2）发射频谱窄，对相邻信道干扰小；

（3）高效率的解调，以降低移动台功耗，进一步缩小体积和成本；

（5）能提供较高的传输速率；

（6）易于集成。

总之，我们所采用的调制技术的最终目的就是使得调制以后的信号对干扰有较强的抵抗作用，然后解调出基波信号即可。以下就是关于调制解调的课程设计，我们采用的是移频键控（FSK）进行设计和orcad进行仿真。

二、原理：

★二进制频移键控调制(2FSK)原理解析

数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“1”对应于载频，而符号“0”对应于载频（与不同的另一载频）的已调波形，而且与之间的改变是瞬间完成的。从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。2FSK键控法则是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通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。2FSK信号的产生方法及波形示例如图5-7所示。图中s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列，即是2FSK信号。

图1-2 2FSK信号产生方法及波形示例

根据以上2FSK信号的产生原理，已调信号的数字表达式可以表示为

（1-1）

其中，s(t)为单极性非归零矩形脉冲序列

（1-2）

（1-3）

g(t)是持续时间为 、高度为1的门函数；

为对s(t)逐码元取反而形成的脉冲序列，即

（1-4）

是的反码，即若 =0，则 =1；若=l，则 =0，于是

（1-5） 分别是第n个信号码元的初相位。一般说来，键控法得到的与序号n无关，反映在上，仅表现出当与改变时其相位是不连续的；而用模拟调频法时，由于与改变时的相位是连续的，故不仅与第n个信号码元有关，而且之间也应保持一定的关系。

由式（1-1）可以看出,一个2FSK信号可视为两路2ASK信号的合成，其中一路以s(t)为基带信号、为载频，另一路以为基带信号、为载频。

下图给出的是用键控法实现2FSK信号的电路框图，两个独立的载波发生器的输出受控于输入的二进制信号，按“1”或“0”分别选择一个载波作为输出。

图1-3数字键控法实现2FSK信号的电路框图

2 FSK信号的解调

数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。

（1）. 包络检波法 （本实验就用该方法）

包络检波法可视为由两路2ASK解调电路组成。这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的2ASK信号带宽；中心频率不同,分别为（、）起分路作用，用以分开两路2ASK信号，上支路对应

，下支路对应，经包络检测后分别取出它们的包络s(t)及；抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。若上、下支路s(t)及 的抽样值分别用表示，则抽样判决器的判决准则为

图1-4 2FSK信号包络检波方框图

调制的流程如下：

1、产生基波信号和不同频率的载波信号

2、将基波数字信号进行载波调制

解调的流程 如下：

1、谐振电路的设计

2、检波电路的设计

3、滤波电路的设计

4、抽样判决电路的设计

三、原理图：

如下图2-1电路设计为调制解调的原理设计图，主要分为调制过程和解调过程。 V54VdcVV2TD = 0TF = 0.01uPW = 4uPER = 8uV1 = 0vTR = 0.01uV2 = 4vR510V1TD = 0TF = 0.01uPW = 20uPER = 40uV1 = 0vTR = 0.01uV2 = 4vR12kV3TD = 0TF = 0.01uPW = 1mPER = 2mV1 = 0vTR = 0.01uV2 = 4vU3A7408123U3B7408456U4A740412000D112C20.25u120V45VdcU5BLM324+5-6V+4V-11OUT7C340n12R21kL10.1m12C1406n12

图2-1调制解调电路原理

五、功能模块和波形及其分析

1调制过程（信号的产生和波形及分析）

（1）基带信号的产生

V3作为载波信号，高电平为4V,低电平为0V，延迟时间TD=0ms,上升时间TR=O.01us,下降时间TF=O.01us,脉冲宽度PW =1ms,脉冲周期PER=2ms.

VV3TD = 0TF = 0.01uPW = 1mPER = 2mV1 = 0vTR = 0.01uV2 = 4v0

Time0s0.4ms0.8ms1.2ms1.6ms2.0ms2.4ms2.8ms3.2ms3.6ms4.0msV(V3:+)0V1.0V2.0V3.0V4.0V

图3-1（显示时间4ms）

（2）载波信号的产生和波形及分析

V1作为载波信号，高电平为4V,低电平为0V，延迟时间TD=0ms,上升时间TR=O.01us,下降时间TF=O.01us,脉冲宽度PW =20us,脉冲周期PER=40us，则 661110.025104010fHzT

VV1TD = 0TF = 0.01uPW = 20uPER = 40uV1 = 0vTR = 0.01uV2 = 4v0 Time0s0.1ms0.2ms0.3ms0.4ms0.5ms0.6ms0.7ms0.8ms0.9ms1.0msV(U3A:A)0V1.0V2.0V3.0V4.0V

图3-2（显示时间1ms） 8 V2作为载波信号，高电平为4V,低电平为0V，延迟时间TD=0ms,上升时间TR=O.01us,下降时间TF=O.01us,脉冲宽度PW =4us,脉冲周期PER=8us，则 661120.12510810fHzT

V2TD = 0TF = 0.01uPW = 4uPER = 8uV1 = 0vTR = 0.01uV2 = 4v0V

Time0s5us10us15us20us25us30us35us40us45us50usV(U3B:B)0V1.0V2.0V3.0V4.0V

图3-3（显示时间0.05ms）

（3）基波数字信号载波调制 9 V2TD = 0TF = 0.01uPW = 4uPER = 8uV1 = 0vTR = 0.01uV2 = 4vVVVV1TD = 0TF = 0.01uPW = 20uPER = 40uV1 = 0vTR = 0.01uV2 = 4vV3TD = 0TF = 0.01uPW = 1mPER = 2mV1 = 0vTR = 0.01uV2 = 4vU3A7408123U3B7408456U4A740412000

绿表笔对应波形：

Time0s0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms1.0ms1.2ms1.4ms1.6ms1.8ms2.0msV(U3A:Y)0V1.0V2.0V3.0V4.0V

图3-4（显示时间2ms)

V1产生的信号和V3的基波信号通过U3A与门相与，当然我们也可以用乘法器代替7408也可以，输出以上波形，即将基波数字信号的‘1’加载到载波信号V1上。

红表笔对应波形： 10 Time0s0.4ms0.8ms1.2ms1.6ms2.0ms2.4ms2.8ms3.2ms3.6ms4.0msV(SUM1:IN2)0V1.0V2.0V3.0V4.0V

图3-5(显示时间4ms)

V2产生的信号和V3的基波信号通过U4A非门在经过U3B与门相与，输出以上波形，即将基波数字信号的‘0’加载到载波信号V2上。

蓝表笔对应波形：

Time0s0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms1.0ms1.2ms1.4ms1.6ms1.8ms2.0msV(SUM1:OUT)0V1.0V2.0V3.0V4.0V

图3-6（显示时间2ms）

通过加法器将V1和V2已载波信号相加，即得到实际V3的调制信号波，如上图所示。

2、解调过程（谐振、二极管检波、滤波、抽样判决）

（1）谐振模块（LC谐振回路），即将与谐振电路同频率的信号进行谐振放大。它是最基本的选频网络，通过公式1f2LC确定选择的频率。能够起到滤除不需要的杂波、谐波，选出需要的频率的作用。 11 这里6ff10.02510Hz，得到L1=0.1 mH，C1=406nF。这样就会使f1的信号进行谐振放大。如下图波形所示。

L10.1m12C1406n12V 12

Time0s0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms1.0ms1.2ms1.4ms1.6ms1.8ms2.0msV(D1:A)-4.0V-2.0V0V2.0V4.0V6.0V

图3-7（显示时间2ms）

（2）二极管检波电路设计

R12kD112C20.25u12V

谐振之后，f1开始在+2V到-2V之间振动，检波电路主要由检波二极管VD1构成。 在检波电路中，调幅信号加到检波二极管的正极，这时的检波二极管工作原理与整流电路中的整流二极管工作原理基本一样，利用信号的幅度使检波二极管导通。

一个交流信号，只是信号的幅度在变化。这一信号加到检波二极管正极，正半周信号使二极管导通，负半周信号使二极管截止，这样相当于整流电路工作一样，在检波二极管负载电阻R1上得到正半周信号的包络。

从检波电路中可以看出，高频滤波电容C2接在检波电路输出端与地线之间，由于检波电路输出端的三种信号其频率不同，加上高频滤波 13 电容C2的容量取得很小，这样C2对三种信号的处理过程不同。

（1）对于直流电压而言，电容的隔直特性使C2开路，所以检波电路输出端的直流电压不能被C2旁路到地线。

（2）对于基波信号而言，由于高频滤波电容C2的容量很小，它对音频信号的容抗很大，相当于开路，所以音频信号也不能被C旁路到地线。

（3）对于高频载波信号而言，其频率很高，C2对它的容抗很小而呈通路状态，这样惟有检波电路输出端的高频载波信号被C2旁路到地线，起到高频滤波的作用。

Time0s0.4ms0.8ms1.2ms1.6ms2.0ms2.4ms2.8ms3.2ms3.6ms4.0msV(R3:1)0V1.0V2.0V3.0V4.0V5.0V6.0V

图3-8（显示时间4ms）

（3）滤波环节设计

我们采用的是f1=0.025×610Hz，则所用的滤波器时间常数6110.4usf10.02510，则23RC得到2R=1k，3C40nF。如下为RC无源低通滤波器，无源滤波器是由电阻、电容和电感组成，不含有有源器件（集成运放），无源滤波器比较简单，高频性能好，多用在高频域，缺点是通带信号有能量损耗，负载效应比较明显。低通滤波器则是同低频，阻高频，这里即通过低频率f1信号，阻止其他高频率

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利用锁相环芯片实现FSK信号的调制与解调电路的设计要点

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新疆师范大学2013届本科毕业设计

1 目 录

1 锁相环简介 ........................................................ 1

1.1 引言 ........................................................ 1

1.2 锁相环的结构 ................................................ 1

2 锁相环芯片简介 .................................................... 2

2.1 NE564介绍 ................................................... 2

2.2 CD4046介绍 .................................................. 3

3 FSK简介 .......................................................... 5

3.1 FSK基本概念与特点 ........................................... 5

3.2 FSK的发展及应用前景 ......................................... 7

4 利用锁相环芯片实现FSK信号的调制 .................................. 7

4.1 FSK信号调制的基本原理 ....................................... 7

4.2 利用NE564实现FSK信号调制电路的设计 ........................ 8

FSK调制及解调实验报告

FSK调制及解调实验报告

FSK调制及解调实验报告

实验背景和目的：

FSK调制及解调是一种常用的数字调制和解调技术。FSK调制和解调主要用于数字通信系统中，通过改变载波频率来表示数字信号的不同符号。本实验旨在通过对FSK调制和解调技术的实际操作，加深对该技术原理和应用的理解和掌握。

实验原理：

实验步骤：

1.搭建FSK调制电路：根据实验要求，搭建FSK调制电路，包括信号源、载波发生器、混频器等组成部分。

2.设置调制参数：根据实验要求，设置信号源的频率、调制信号的频率等参数。

3.进行调制实验：将调制信号通过混频器与频率稳定的载波信号相乘，得到FSK调制信号。

4.搭建FSK解调电路：根据实验要求，搭建FSK解调电路，包括滤波器、频率判决电路等组成部分。

5.进行解调实验：将接收到的FSK信号输入解调电路，通过滤波器滤除不需要的频率成分，再经过频率判决电路，判断接收到的信号是低频率还是高频率，从而还原原始数字信号。

6.记录实验结果：记录调制信号和解调信号的波形图，并进行分析。

实验结果和分析： 经过实验操作和数据记录，得到了调制信号和解调信号的波形图。通过对比波形图可以看出，解调信号与调制信号基本一致，表明调制和解调过程基本无误。实验结果验证了FSK调制和解调技术的可行性和有效性。

结论：

通过本次实验，我们深入了解了FSK调制和解调技术的原理和应用。通过实际操作和数据记录，我们掌握了FSK调制和解调的实验步骤和方法。实验结果验证了FSK调制和解调技术的可行性和有效性，对今后的数字通信系统的设计和实现具有重要的参考价值。

FSK调制解调系统

FSK调制解调系统

课程设计说明书

课程设计名称： 通信专业课程设计

课程设计题目： FSK调制解调系统

学 院 名 称： 信息工程学院

专业： 班级：

学号： 姓名：

评分： 教师：

20 13 年 7 月 1 日

专业 课程设计任务书

20 12－20 13 学年 第 2 学期 第 17 周－ 19 周

注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。 题目 FSK调制解调系统

内容及要求

1．用分立元件实现相位不连续的2FSK信号的调制；

2. 提高要求：用锁相环完成2FSK信号的解调。

门1门2倒相+2FSK信号调制PDLPFVCO2FSK信号解调

进度安排

17周：查找资料，进行系统软件方案设计；

18周：软件的分模块调试；

19周：系统联调；设计结果验收，报告初稿的撰写。

学生姓名：

指导时间：每周一、二、三、四 指导地点：E楼 610

室

任务下达 20 13年 6月 17 日 任务完成 20 13年 7月 5 日

考核方式 1.评阅 □ 2.答辩 □ 3.实际操作□ 4.其它□

指导教师 系（部）主任

摘要

本课程设计主要运用Multisim仿真软件，设计并进行2FSK的调制与解调系统仿真。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工具箱中找出所需各元件，合理设置好参数并运行,用示波器的仿真图形判断2FSK的调制解调系统仿真是否成功。

2FSK调制与非相干解调

2FSK调制与非相干解调

用SYSTEMVIEW实现

2FSK键控调制与相干解调

实验报告

用SystemView仿真实现 2FSK键控的调制

一、实验目的

1. 掌握2FSK调制原理；

2. 掌握仿真软件Systemview的使用方法；

3. 完成对2FSK调制仿真电路设计，分别从时域、频域视角观测2FSK系统中的基带信号、载波及已调信号。

二、仿真环境

SystemView

三、2FSK调制原理

数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“1”对应于载频，而符号“0”对应于载频（与不同的另一载频）的已调波形，而且与之间的改变是瞬间完成的。2FSK键控法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通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。2FSK信号的产生方法及波形示例如图所示。图中s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列，即是2FSK信号。

2FSK信号的产生方法如下图：

根据以上2FSK信号的产生原理，已调信号的数字表达式可以表示为 （5-1）

其中，s(t)为单极性非归零矩形脉冲序列

（5-2）

（5-3）

g(t)是持续时间为 、高度为1的门函数；

为对s(t)逐码元取反而形成的脉冲序列，即

（5-4）

是的反码，即若 =0，则 =1；若=l，则 =0，于是

（5-5）

分别是第n个信号码元的初相位。一般说来，键控法得到的与序号n无关，反映在上，仅表现出当与改变时其相位是不连续的；而用模拟调频法时，由于与改变时的相位是连续的，故不仅与第n个信号码元有关，而且之间也应保持一定的关系。

由式（5-1）可以看出,一个2FSK信号可视为两路2ASK信号的合成，其中一路以s(t)为基带信号、为载频，另一路以为基带信号、为载频。

下图给出的是用键控法实现2FSK信号的电路框图，两个独立的载波发生器的输出受控于输入的二进制信号，按“1”或“0”分别选择一个载波作为输出。