FSK调制设计电路，我的设计电路图.doc-资料库

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第一章引言通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，他的应用越来越广泛。通信的最终目的是远距离传递信息。虽然基带数字信号可以在传输距离不远的情况下直接传送，但如果要进行远距离传输时，特别是在无线信道上传输时，则必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进行载波调制。如同模拟信号的频带传输时一样，传输数字信号时也有三种基本的调制方式：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。它们分别对应于利用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来承载数字基带信号，可以看作是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。理论上数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同，它们都属于正弦波调制。但是，数字调制是源信号为离散型的正弦波调制，而模拟调制则是源信号为连续型的正弦波调制，因而，数字调制具有由数字信号带来的一些特点。这些特点主要包括两个方面：第一，数字调制信号的产生，除把数字的调制信号当作模拟信号的特例而直接采用模拟调制方式产生数字调制信号外，还可以采用键控载波的方法。第二，对于数字调制信号的解调，为提高系统的抗噪声性能，通常采用与模拟调制系统中不同的解调方式。频移键控是利用两个不同频率 F1 和 F2 的振荡源来代表信号 1 和 0，其波形如图 1 所示，用数字信号的 1 和 0 去控制两个独立的振荡源交替输出。对二进制的频移键控调制方式，其有效带宽为 B=2xF+2Fb,xF 是二进制基带信号的带宽也是 FSK 信号的最大频偏，由于数字信号的带宽即 Fb 值大，所以二进制频移键控的信号带宽 B 较大，频带利用率小。图 1 1

频移键控(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,因此在中低速数据传输中得到了广泛的应用。在这次设计中，设计的就是 FSK 调制。电路中分那几块，各实现什么功能？电路需要用那些集成块来实现功能？需要运用到哪些元件？而电路图又要用什么软件来画？而电路板是如何的制作的？在本次设计中 FSK 的调制方法、原理让读者更好的了解 FSK 的调制。第二章方案论证 2.1 2FSK 信号的时域表达式：在二进制频移键控（2FSK）中，当传送“1”码时对应于载波频率，传送“0”码时对应于载波频率。其中，，为频率为的载波的初始相位，为频率为的载波的初始相位。令为的反码，即则有:当时， ;当时，。则 2FSK 信号可表示为: 其中，我们在分析中假设为单个矩形脉冲序列，其表达式为: （1）由式(1)可知，相位不连续的 2FSK 信号可以看成是两个 2ASK 调幅信号之和。 2

2.2 2FSK 信号的功率谱密度：可将 2FSK 信号表示成两个 2ASK 信号的和，令: 其中为的反码，则相位不连续的 2FSK 信号可表示为 2.3 2FSK 信号的产生 2FSK 信号的产生方法主要有两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，如(a)图所示，使其能够输出两个不同频率的码元。第二种方法是用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(b)图所示。这两种方法产生的 2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的 2FSK 信号，在相邻码元之间的相位是连续的，如(c)图所示；而开关法产生的 2FSK 信号，则分别由两个独立的频率源产生不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续，如(d)图所示。本次设计用键控法实现 2FSK 信号。方法一：调频法方法二:键控法图（a）图（b）图（c）图（d） 3

第三章电路原理分析移频键控 2FSK 调制有两种方法，一是调频法；二是键控法，即通过开关的位置不同选通不同的载波形成的。基带信号从“FSK 基带输入”，直接加在 74HC4053 的控制端 S2 端，当基带信号为“1”时，模拟开关接载波 f1，输出第一路载波（FSK 载波输入 1）；当基带信号为“0”时，模拟开关接载波 f2，此时输出第二路载波（FSK 载波输入 2），最后得到 FSK 调制信号输出。根据 FSK 调制的基本原理，在本次设计中运用键控的方法对载波进行调制。由集成运放芯片 TL082 将载波信号和调制信号进行放大后送入芯片 74HC4053 构成数字键控开关，74HC4053 是一个三路二选一模拟开关，通过它对两路输入信号进行输出选择。两集成块的引脚编号及其功能表如下 TL082 4

74HC4053 将 TL082 的 4 脚接地，8 脚接电源，其余管脚按原理图连接；将 74HC4053 的 8 脚接地，16 脚接电源，要使芯片工作，则其低电平工作的使能端 6 脚也要接地，本电路使用但电源供电，所以 7 脚也接地，另外由 1、2 脚分别接载波 1、载波 2， 10 脚接基带信号，15 脚输出。用数字信号从 74HC4053 的“S”端输入来键控两个不同的载波频率，即信号的符号是用二进制的基带信号 “0”和“1”电平来表示的。“1”对应于载波频率 1f ,“0”对应于 2f 。这种称为二进制频移键控（2FSK）。即在基带信号输入端输入 NRZ 码，在载波信号输入端分别输入 64K 和 32K 的正弦波信号，在调制输出端用示波器观察波形。第四章电路分析、设计本设计中运用键控的方法来实现 FSK 的调制，是要把两个载波正弦信号输入 74HC4053(三路二选一模拟开关)，实现调制的功能。因为从信号源发出的正弦信号都是双极性的,在把载波加到 74HC4053 之前要把正弦波变为单极性。为了不让负载影响到前面的电路，本设计中还用到 TL082 运放构成射极跟随器，又因为 TL082 是双电源集成电路，而本设计中只用了一个电源，所以在运放前面加了两个电阻形成分压的形式来提高载波的零电位,从而将双极性正弦波变为单极性，使波形能完全通过运放。然后将波形加到 74HC4053 的 1、2 脚，将基带信号直接加到 74HC4053 5

的 10 脚，最后用示波器观察由 15 脚输出的调制波形。电路中就只用 TL082 和 74HC4053 两个集成块、四个电阻、两个电容和 5 个连接器。所用的元件数目不多，电路制作不算复杂。第五章调试、测试分析及结果调试所需要的器材有：1、信号源模块 2、示波器信号源模块主要用来产生码速率为 15.625KHZ 的 NRZ 码以及 64KHZ 和 32KHZ 的正弦波（幅度为 3V）（用信号源模块上的 SW103~S105 来设置 NRZ 码的码形为 10001101~10001101，用 SW101，SW102 来设置分频比为 128），将它们分别送入电路的基带输入端和载波输入端。用示波器观察调制输出端输出的波形，若为下图所示则说明这次所做的 FSK 调制电路的功能实现。基带信号 FSK 调制信号第六章小结 FSK 调制电路主要需要集成运放芯片 TL082，74HC4053 三路二选一模拟开关这两个集成块来实现功能。学会了各种集成块功能的查法和对集成块的运用。在这次设计中用到的这两个芯片在网络上找不到中文资料，只有 pdf 文档的英文资料，从这些英文资料中大概可以看出引脚的连接，和可以看出集成块的内部构造。但是用到具体的电路连接上，还是不太明白要如何连接。电路中分两大块，一是由前面的电阻及 TL082 构成的对载波的极性转换，一是由 74HC4053 构成的模拟开关，实现基带控制载波形成 2FSK。 6

设计中运用到 Protel99se 软件，其步骤为： 1、打开 Protel99se 新建文件，Document 中新建一个原理图，要导入几个常用的封装，如 Miscellaneous Devices、Dos schematic libraries,从这些库中调出元件绘制原理图。 2、生成网络表，新建一个 pcb 文件，将网络表导入，手工布局，再进行自动布线。（要注意针对实际制作修改焊盘大小和线宽）完成电路板的制作把在 pcb 图打印出来，进行压板、腐蚀、钻孔再进行元件的焊接，电路板完成。最后进行电路板调试。在这次设计过程中也遇到了一些问题，首先是在设计电路时因以前没有自己设计过电路，对设计电路有些生疏，加上对要设计的题目不是太熟悉，还有不知道要用什么元件，对一些集成芯片的具体功能不了解。经过找了大量资料以及请问老师后才确定了现在的电路。接着是制电路图的问题了，虽然这次用到的不算是高频信号，不过还是要按制高频电路那样来制电路的，以防各导线之间形成干扰，其基本规则就是模拟信号要就近接地，地线要加宽，电路板比较小，在布线的时候出现了好多直角，所以制 PCB 板布线布了好长时间。再一个问题就是在压板钻孔时，由于在制 PCB 图时的疏忽没有设置焊盘大小，因焊盘过小导致第一块板没有做成功，接着我又重新制了 PCB 图，最后成功地制成了电路板。接着就是调试电路，在调试电路时，通上电，加上基带信号和已调试好的载波后，用示波器观查输出的波形，发现波形失真，我又用示波器测两载波的峰峰值发现太大，于是重新调整两载波的峰峰值，然后重新加入。再测输出波形时发现还是失真，我就用探头从载波输入端开始测，测各元件引脚的波形，测到载波从 TL082 输出到 74HC4053 就发生了失真。我就想可能是 TL082 没正常工作，就用万用表测直流电压，发现小于 5V，调整电压到 5V 后加入电路板，再测输出的波形。经设好示波器后可以清楚的看到 2FSK 的波形，电路调试成功。本次课程设计有机地结合了理论与实践，既考察了我们对理论知识的掌握情况，还反映出我们实际动手能力，更主要的是它激起我们创新思维，为今后的进一步学习创下良好条件，为以后的就业也打下一个根基。参考文献《现代通信原理》、《通信原理实验指导书》附录电路图及元件清单 7

元件类型元件名称元件标值电阻电容 IC R1，R2，R3，R4 1K 4 个 2 C1，C2 3 334 2 个 74HC4053，TL082 各一块连接器 J1，J2，J3，J4，J5 5 个 3 2 VCC 8 4 GND TL0 8 2 A 1 TL0 8 2 5 6 TL0 8 2 B TL0 8 2 7 VCC R2 1 k R3 1 k GND VCC R5 1 k R4 1 k GND J 2 2 1 CON2 J 1 2 1 CON2 J 3 2 1 CON2 GND C1 3 34 GND GND C2 3 34 J 5 2 1 CON2 GND VCC 1 1 0 2 7 4HC4 0 53 7 4HC4 0 53 2 Y0 S2 Z2 1 5 GND 2 Y1 E E V E 6 7 GND J 4 1 2 CON2 原理图 2 8 3 1 1

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