基于2FSK调制解调的白光led通信系统的设计与实现实验报告书
指导老师：雅小冰
通信5班曾显华 20123100135
通信5班冯利斌 20123100022
通信7班吴湛强 20123100079
引言
FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。在数字化时代，电脑通信在数据线路（电话线、网络电缆、光纤或者无线媒介）上进行传输，就是用FSK调制信号进行的，即把二进制数据转换成FSK信号传输，反过来又将接收到的FSK信号解调成二进制数据，并将其转换为用高，低电平所表示的二进制语言，这是计算机能够直接识别的语言。因此对FSK的研究具有很大的意义。
本实验利用FSK调制解调和白光通信的原理搭建通信系统，探究FSK 系统的性能。
一、系统的功能及原理描述
1、本系统采用2FSK调制解调技术和白光通信实现无线数据传输。
发送端，调制部分采用数字调频法，利用CD4046的压控振荡器产生两个不同频率的载波，然后将调制信号通过三极管驱动白光led传送出去，三极管工作在小信号状态。
接收端采用光敏二极管将光信号转化成电信号，然后经过放大。再利用相位比较器解调出基带信号。
2、系统参数指标
基带信号：单片机产生的随机码
码元速率：Rb=1kbs
载波频率：fmin=450kHz “0”
fmax=600kHz “1”
传输距离：1米
发射功率：3W
3、主要工作：
(1)编写单片机程序产生1kHz或5kHz的随机码
(2)调制电路
(3)led驱动
(4)光敏二极管电路、放大电路
(5)解调电路
二、系统的结构框图及基本工作原理
1、系统框图
调制部分，基带信号是由单片机产生的随机码，码元频率为1KHz或5KHz。高电平5v代表“1”，低电平0v代表“0”。然后这些码元经过压控振荡器产生两个不同频率的载波，“1”产生600kHz的方波，“0”产生450kHz的方波，幅度为5V,因为led是非线性元件，想要使信号传输保持线性，所以led需要在小信号状态，所以需要把调制信号利用衰减器和加法器变换为带直流偏置的小信号。
光信道，用大功率三极管驱动led把信号发送出去，接收端用光敏二极管接收信号。
解调部分，因为光敏二极管的信号夹带信道的噪声和衰落现象，而且相位比较器需要较为严格的方波，所以需要经过比较器得出方波。相位比较器输入两个不同频率的信号，其中一个是固定频率的基准信号，其频率fo为510KHz；另一个为调制信号fefsk，当频率fefsk大于fo时，相位比较器输出高电平“1”，当fefsk小于fo则输出低电平“0”，这样就可以解调出基带信号了
下面是各点的波形：
三、电路的结构与分析
1、调制电路
本设计采用锁相环芯片CD4046芯片制作，CD4046里包含一个压控振荡器输出看两个载波，传输的是数字的信号，初始设定码元速率为1kbs ，基带信号中“1”的载波频率为600kHz ，“0”的载波频率为450kHz 。 载波频率的计算：
)
100(1
max 34pF C R f +--------=
)
100(1
min 37pF C R f +--------=
FSK 调制信号的表达式：
)cos()()
cos()({
2211)(2n n t FSK t w t s t w t s e ϕϕ++=
因为载波信号是幅度5V 的方波，而且led 的在大信号的情况的伏安特性是非线性的，所以必须将调制信号变为小信号。首先将调制信号经过一个衰减器，衰减到1.2V 左右，然后把信号加上直流偏置使其工作led
的线性区。
经过衰减和偏置后的函数表达式：
5.7)cos()()/(5
.7)cos()()/({
2232211322)(2++++++=n n t FSK t w t s R R R t w t s R R R e ϕϕ
2、解调电路
接收模块由光敏的二极管和高速运放OPA656组成,将光信号转换成电信号，由于二极管和运放的寄生电容组成了低通滤波器，所以接收到的方波信号近似正弦波。因为信号幅度过小，所以调制信号需要经过二级放大才可以进行解调。第二级运放的放大倍数是10倍，可能出现轻微的截至失真的现象，但不影响频率信息。
因为相位比较器对输入的波形要求比较严格，必须幅度大于4V 方波，所以先进过比较器，在进过比较器前需要在信号加入偏置，把信号控制
在2.5v 的上下变化，便于比较器处理，R7与R8就是起到偏置的作用。 相位比较器，调制信号fc 与振荡器产生固定频率fo 信号进行比较，大于fo 时输出高电平，小于fo 时输出低电平。CD4046内集成了比较器、相位比较器、压控振荡器。只需要用电阻和电容设定上下限频率就行了，使用起来非常简单。 固定频率计算公式：
)]100/(1[*)/1/1(121090pF C R R f ++=
fo fc fo fc OUT V <>=,0,1{
3、电源电路
整个系统需要的电压有9.5v 、5.0v 、-5.0v ，9.5v 是供驱动led 三极管使用，+-5供运放、CD4046和单片机工作，而且运放对电压的稳定性要求较高，所以采用稳压芯片提供+-5v 的电压。电路图如下：
4、装置实物图
四、程序设计：
初始定时器即设置单片机串口通信的波特率，波特率是单片机每秒钟传输多少个码元，等于码元速率，单片机默认是9600bps，本设计的指标是1000bps，所以需要修改定时器的初值。这里单片机的串口发送数据，利用移位寄存器SUBF。循环发送。以下是程序流程图：
开始
初始化
定时器
开串口
发送数据
yes
继续？
no
结束
五、实验所需的元器件清单：
名称数量单价
CD4046 2 1
51单片机芯片 1 5
