实验三2FSK调制与解调实验一、实验目的
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桂林电子科技大学 《现代通信原理》实验指导书
1 实验三 2FSK调制与解调实验
一、实验目的
1、了解二进制移频键控2FSK 信号的产生过程及电路的实现方法。
2、了解非相干解调器过零检测的工作原理及电路的实现方法。
3、了解相干解调器锁相解调法的工作原理及电路的实现方法。
二、实验内容
1、了解相位不连续2FSK 信号的频谱特性。
2、了解2FSK（相位不连续）调制，非相干、相干解调电路的组成及工作理。
3、观察2FSK 调制，非相干、相干解调各点波形。
4、改变f1、f2的频率大小，观察不同调制指数下的调制解调效果。 （选作）
5、利用实验模块的电路，设计出其它解调方法，并自行验证。 （选作）
三、预习要求
1) 画出实验电路中2FSK调制器采用的原理框图；
2) 根据实验指导书的相关资料，说明本实验2FSK调制的载波频率分别是多少？用什么
方法产生的？
3) 本实验2FSK载波是方波还是正弦波？如何实现的？
4) 用什么方法可以将方波变成正弦波？
5) FSK调制器可以用哪两种基本方法实现？本实验用的是哪一种？
6) 用什么方法实现的FSK信号的相位是连续的？
7) 实验中，信息的码速率是多少？可以用什么方法测量？
8) 可以用什么方法来测量2FSK的两个载波频率？
9) 当用“10101010„„„”不断重复的信息码进行FSK调制，用计数法测量FSK调制输
出信号的频率，测量得到的频率可能是多少？为什么？
10)本实验中，2FSK 信号带宽是多少？如何计算的？公式中的各个量代表什么？
11)本实验中，2FSK 信号的频谱会是单峰还是双峰？为什么？
12)用示波器同时观测FSK调制器的输入数据、FSK调制器输出的已调信号，要能稳定的
观测应该用这两个信号中的哪一个作为示波器的触发信号？
13)画出2FSK过零检测解调的原理框图；
14)实验中，FSK过零检测解调方案采用数字电路如何实现；
15)脉冲的宽度相同，有些时刻的脉冲密一些，有些时刻的脉冲少一些，可以用什么具体
的方法区分出每一个单位时刻内脉冲是多还是少？
16)测试接收端的各点波形，需要与什么波形对比，才能比较好的进行观测？示波器的触桂林电子科技大学 《现代通信原理》实验指导书
2 发源该选哪一种信号？为什么？
17)采用过零检测解调的方法时，将f1和f2倍频的电路是如何设计的？
18)采用过零检测解调的方法时，解调电路中哪一点的波形是f1和f2的倍频？
19)2FSK信号经过整形变成方波2FSK信号，频谱有什么变化？为什么？
20)解调时将f1和f2倍频有何好处？如何通过仪器测量来说明？
21)2FSK信号解调时将f1和f2倍频之后，频谱有什么变化？为什么？
22)解调电路各点信号的时延是怎么产生的？
23)解调出的信码和调制器的绝对码之间的时延是怎么产生的？
24)解调的信号为什么要进行再生？
25)理论上，能否实现出一个没有时延的解调器？为什么？
26)解调的信号是如何实现再生的？
27)再生过程中，是什么环节会对解调的输出造成延时？为什么？
28)画出2FSK 锁相PLL解调的原理框图；
29)PLL解调2FSK 信号的原理是什么？
30)为什么2FSK 锁相解调可以实现相干解调？
31)要实现2FSK 锁相解调，锁相环需要工作在什么跟踪方式？为什么？
32)解调电路中T31（放大出）没有信号输出，可能的原因有哪些？
33)T19（2FSK过零检测出）信号异常，如何判断故障点在哪？
34)解调输出信号与发送端的数据信号对比，为什么会有延时，是哪些原理造成的？
四、实验原理
二进制频率调制（2FSK）是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方
式容易实现、抗噪声和抗衰落性的两个能较强，因此在中低速通过数据传输系统中得到了较
为广泛的应用。
设FSK的两个载频为f1、f2，则其中心载频为f0=（f1+f2）/2；又设基带信号的速率为
fs。经过分析，相位不连续的2FSK信号功率密度谱可以近似表示成两个载波不同的2ASK信
号功率密度谱的叠加，FSK的频谱图如图1所示。从图1中我们可以看出：
FSK频谱由连续谱和离散谱组成，离散谱出现在两个载频位置上，连续谱由两个中心位
于f1和f2处的双边谱叠加而成。
若两个载频之差较小，比如小于fs，则连续谱出现单峰；若两个载频之差逐渐增大，即
f1与f2的距离增大，连续谱将出现双峰。
由此可见，传输FSK信号所需的频带约为FSKB2=︱f2-f1︱+2fs
频带利用率:
)/(5.021
21HzBffff
BT
ss
Fs桂林电子科技大学 《现代通信原理》实验指导书
3
图3-8-1相位离散（不连续）的2FSK信号功率密度谱示意图
1、2FSK的调制
在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变
化，则产生二进制移频键控信号（2FSK信号）。2FSK信号的产生方法主要有两种，一种采用
模拟调频电路来实现；另一种采用键控法来实现，本实验 2FSK 信号的产生是采用键控法原
理，利用数字基带信号控制电子开关电路对两个不同的频率源进行选通，所产生的信号相位
不连续。调制器框图和原理图如下图所示：
图3-8-2 2FSK调制器框图
码产生
带通 八选一
4.069MHZ
晶体振荡器 射随
2MHZ 二分频
2FSK 放大
射随 带通 二分频 二选一 射随 放大 1MHZ 分频 256KHZ
时钟 桂林电子科技大学 《现代通信原理》实验指导书
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图3-8-3 数字调制原理图
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5 2FSK 调制器由晶体振荡器、分频电路、码产生电路、带通滤波器、模拟开关电路所组成。
晶体振荡器和分频器：
晶体振荡器是一个用晶体和与非门构成的自激多谐振荡器。实验电路中的晶体频率 fo
选为 4096KHz, 移频键控的两个频率分别是 f1=1MHz, f2=2MHz,时钟信号=256KHz。同时实
验板设置了外时钟、外码元接口由开关选择，便于系统实验使用。 经U14a 二分频得到2MHz
方波再经U14b 二分频得到 1MHz 方波。 经过分频得到256KHz 时钟。
② 码产生电路：
SW8 位拨码开关、D5~D12 共 8 支发光二级管与排阻组成码产生显示电路。码的设置可
以随意选择，八位码的某一位是“1”时，发光二极管亮红灯，同时将高电平送入U4 74LS151
数据输入端。U4 74LS151中S为使能控制端，A、Ｂ、Ｃ是三个选择输入端，Z是输出端，
Z 为反码输出。其功能表如图3-8-4所示：
图3-8-4 功能表
U3 74LS161 在时钟控制下Q0、Q1、Q2 端口出现 X=8种不同的地址码，分别是：000、
001、010、011、100、101、110、111。
③ 带通滤波器
将1MHz、2MHz 方波滤除谐波后，输出 1MHz、2MHz 的正弦信号作为两个频率的载波信
号，f1=1MHz,f2=2MHz.
④ 模拟开关电路：
采用4052双四选一模拟开关电路 U13 产生 2FSK 信号。
2、2FSK的 解调
二进制的频移键控信号的解调可采用相干解调和非相干解调。从最佳解调的观点看，相桂林电子科技大学 《现代通信原理》实验指导书
6 干解调具有最佳的抗干扰性能，但要求解调端恢复具有准确频率和相位的参考载波，但提取
f1和f2会大大增加系统的复杂度。2FSK信号的解调一般有三种方法，包括鉴频法、过零检
测法和锁相解调法，本实验采用了非相干方式的过零检测法与相干解调的锁相解调法，两种
方法都能恢复出原有的信号，通过两种解调方式的比较，可以了解各自的优缺点。FSK解调
框图和原理图如下：
图3-8-5 FSK解调框图
放大器是用一片LM318芯片与电阻、电容和可调电阻构成的宽频放大电路，余下的两片
LM318芯片则构成了一个畸变电路和一个带通滤波器。
在非相干过零检测部分，钳位整形电路是由一个2输入端或非门74LS02加上两个二极管
构成的，把双极性电平转换成TTL电平；74HC123芯片与其他元件一起构成了两个单稳态触
发器，一个是前沿触发，一个是后沿触发，再通过二极管把它们相加；后连一个低通滤波器
和再生电路。
在相干锁相解调部分，锁相环电路是由NE564与其他电子元件构成，后连一个低通滤波
器和再生电路。
注：3个或非门74LS02由芯片74HC02提供；NE5532芯片与其他电子元件一起构成了2
个低通滤波器，74HC74芯片与其他电子元件一起构成了2个再生电路，分别应用于过零检测
电路和锁相解调电路。
锁相环
低通 相干锁相解调
再生 放大器 整形 低通
带通 单稳
单稳 再生 钳位
时钟入
畸变 2FSK 非相干过零检测 桂林电子科技大学 《现代通信原理》实验指导书
7 图3-8-6 FSK解调原理图
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8 （1）非相干方式的过零检测解调
过零检测法解调器的基本原理是：2FSK信号的过零点数随载波频率的不同的而异，通过
检测过零点数目从而识别出数字基带信号的高、低电平。已调信号已经限幅为矩形波，经微
分、全波整流、脉冲形成，得到与频率相关变化的矩形脉冲波，经过低通滤波器滤除f1、f2
和高次谐波分量，便恢复出与原数字基带信号对应的数字基带信号。其原理方框图如图3-8-7
所示：
图3-8-7 非相干方式过零检测器方框图
各点波形如图3-8-8所示：
图3-8-8 过零检测法的各点波形
在实验中，过零检测框图及各点波形如下：
A
带通 B C
整形 低通 单稳
单稳 再生 钳位
E F
时钟入 D
放大器 2FSK
畸变 H G
