解讀數(shù)字通信原理實(shí)驗(yàn)FSK(ASK)調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
1.掌握FSK(ASK)調(diào)制的工作原理及電路組成。 2.掌握利用鎖相環(huán)解調(diào)FSK的原理和實(shí)現(xiàn)方法。
二、實(shí)驗(yàn)電路工作原理

圖9-1 FSK調(diào)制解調(diào)電原理框圖
數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調(diào)制解調(diào)方式容易實(shí)現(xiàn),抗噪聲和抗群時(shí)延性能較強(qiáng),因此在無線中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。
數(shù)字調(diào)頻又可稱作移頻鍵控FSK,它是利用載頻頻率變化來傳遞數(shù)字信息。
數(shù)字幅度調(diào)制ASK本實(shí)驗(yàn)箱沒有做成專門的ASK單元,因?yàn)橹唤油‵SK調(diào)制單元電路中相加開關(guān)K902的“對(duì)1調(diào)制”信號(hào),即為ASK調(diào)制。
(一) FSK調(diào)制電路工作原理
FSK調(diào)制解調(diào)電原理框圖,如圖9-1所示;圖9-2是它的調(diào)制電路電原理圖。 輸入的基帶信號(hào)分成兩路,一路控制f1=32KHz的載頻,另一路經(jīng)倒相去控制f2=16KHz的載頻。當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí),模擬開關(guān)1打開,模擬開關(guān)2關(guān)閉,此時(shí)輸出f1=32KHz,當(dāng)基帶信號(hào)為“0”時(shí),模擬開關(guān)1關(guān)閉,模擬開關(guān)2開通。此時(shí)輸出f2=16KHz,于是可在輸出端得到已調(diào)的FSK信號(hào)。
電路中的兩路載頻(f1、f2)由內(nèi)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生,兩路載頻分別經(jīng)射隨、選頻濾波、射隨、再送至模擬開關(guān)U902A與U901B(4066)。
(二) FSK解調(diào)電路工作原理
FSK集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器由于性能優(yōu)越,價(jià)格低廉,體積小,所以得到了越來越廣泛的應(yīng)用。解調(diào)電路電原理圖如圖9-3所示。 FSK集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器的工作原理是十分簡(jiǎn)單的,只要在設(shè)計(jì)鎖相環(huán)時(shí),使
它鎖定在FSK的一個(gè)載頻如f1上,對(duì)應(yīng)輸出高電平,而對(duì)另一載頻f2失鎖,對(duì)應(yīng)輸出低電平,那末在鎖相環(huán)路濾波器輸出端就可以得到解調(diào)的基帶信號(hào)序列。
FSK鎖相環(huán)解調(diào)器中的集成鎖相環(huán)選用了MC14046。
壓控振蕩器的中心頻率設(shè)計(jì)在32KHz。圖9-3中R924、R925、CA901主要用來確定壓控振蕩器的振蕩頻率。R929、C916構(gòu)成外接低通濾波器,其參數(shù)選擇要滿足環(huán)路性能指標(biāo)的要求。從要求環(huán)路能快速捕捉、迅速鎖定來看,低通濾波器的通帶要寬些;從提高環(huán)路的跟蹤特性來看,低通濾波器的通帶又要窄些。因此電路設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足捕捉時(shí)間前提下,盡量減小環(huán)路低通濾波器的帶寬。?
當(dāng)輸入信號(hào)為16KHz時(shí),環(huán)路失鎖。此時(shí)環(huán)路對(duì)16KHz載頻的跟蹤破壞。
可見,環(huán)路對(duì)32KHz載頻鎖定時(shí)輸出高電平,對(duì)16KHz載頻失鎖時(shí)就輸出低電平。只要適當(dāng)選擇環(huán)路參數(shù),使它對(duì)32KHz鎖定,對(duì)16KHz失鎖,則在解調(diào)器輸出端就得到解調(diào)輸出的基帶信號(hào)序列。關(guān)于FSK調(diào)制原理波形見圖9-4所示。
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
測(cè)試FSK調(diào)制解調(diào)電路TP901—TP910各測(cè)量點(diǎn)波形,并作詳細(xì)分析。
1.按下實(shí)驗(yàn)箱右測(cè)電源開關(guān),電源指示燈亮。
2.跳線開關(guān)設(shè)置:
K901:1-2:碼元速率為2KB/s的111100010011010偽隨機(jī)碼或2KHz方波,由薄膜鍵盤選擇輸入;
2-3:PC數(shù)據(jù)。
K902:1-2和3-4均相連時(shí),調(diào)制波形疊加合成開關(guān)。
K903:1-2:在已調(diào)信號(hào)中加入噪音(模仿實(shí)際通信中的信道噪聲, 可在噪聲模塊中TP108處測(cè)得噪聲波形,W101調(diào)節(jié)噪聲幅度,幅度不宜過大);
2-3:不加入噪音(或者跳線拔掉不連)。
SW01:1-2:FSK自環(huán);
2-3:斷開FSK自環(huán),F(xiàn)SK可通過MODEM接口實(shí)現(xiàn)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)間的雙工通信(此實(shí)驗(yàn)將在后續(xù)章節(jié)中完成)。
3.電位器調(diào)節(jié):
W901:調(diào)節(jié)32KHz正弦波幅度大小。
W902:調(diào)節(jié)16KHz正弦波幅度大小。
W903:調(diào)節(jié)FSK已調(diào)信號(hào)幅度大小。
W904:調(diào)節(jié)解調(diào)電路壓控振蕩器時(shí)鐘的中心頻率。
4.調(diào)節(jié)W904電位器使壓控振蕩器工作在32KHz(16 KHz行不行)。
5.注意:當(dāng)基帶信號(hào)的碼元速率與載頻信號(hào)的頻率相差太近時(shí),F(xiàn)SK解調(diào)端輸出測(cè)量點(diǎn)TP910輸出應(yīng)為不穩(wěn)定的輸出波形。
6.接通開關(guān)SW01的1-2腳(自環(huán))或2-3腳(斷開自環(huán)),輸入FSK信號(hào)給解調(diào)電路,注意觀察“1”、“0”碼內(nèi)所含載波的數(shù)目。
7.觀察FSK解調(diào)輸出TP908~TP910波形,并作記錄,并同時(shí)觀察FSK調(diào)制端的基帶信號(hào),比較兩者波形,觀察是否有失真。
FSK頻移鍵控原理波形示意圖(如圖9-4)。

圖9-2 FSK調(diào)制電路電原理圖

圖9-3 FSK解調(diào)電路電原理圖
FSK頻移鍵控原理波形圖(如圖9-4)

圖9-4 FSK頻移鍵控原理波形圖
四、測(cè)量點(diǎn)說明
TP901:32KHz方波信號(hào),由U101芯片(EPM7128)編程產(chǎn)生。
TP902:16KHz方波信號(hào),由U101芯片(EPM7128)編程產(chǎn)生。
TP903:32KHz載波信號(hào),可調(diào)節(jié)電位器W901改變幅度
TP904:16KHz載波信號(hào),可調(diào)節(jié)電位器W902改變幅度
TP905:作為數(shù)字基帶信碼信號(hào)輸入,由開關(guān)K901決定。
K901的1與2相連:碼元速率為2KHz的111100010011010碼或2KHz方波由薄膜鍵盤選擇輸入;
K901的2與3相連: PC數(shù)據(jù)輸入。
TP906:FSK調(diào)制信號(hào)輸出,此測(cè)量點(diǎn)需使用雙蹤對(duì)比測(cè)量,另一蹤(觸發(fā))測(cè)量TP905。
K902的1-2相連、3-4斷開時(shí),TP906為32KHz載波FSK調(diào)制信號(hào)輸出;
K902的1-2斷開、3-4相連時(shí),TP906為16KHz載波FSK調(diào)制信號(hào)輸出;
K902的1-2和3-4均相連時(shí),TP906為FSK調(diào)制信號(hào)疊加輸出。
TP907:衰減或放大的FSK調(diào)制信號(hào)輸出。
K903的1-2腳相連時(shí),在調(diào)制信號(hào)中加入噪聲,電位器W101調(diào)整噪聲幅度(可在TP108處測(cè)得波形),模擬實(shí)際通信中的信道傳輸。
TP908:FSK解調(diào)信號(hào)輸入。
SW01的1-2腳相連時(shí):FSK自環(huán),即同一平臺(tái)上調(diào)制解調(diào);
SW01的2-3相連時(shí):FSK自環(huán)斷開,F(xiàn)SK可通過MODEM接口實(shí)現(xiàn)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)間的雙工通信。
TP909:FSK解調(diào)電路中壓控振蕩器輸出時(shí)鐘的中心頻率,正常工作時(shí)應(yīng)為32KHz左右,頻偏不應(yīng)大于2KHz,若有偏差,可調(diào)節(jié)電位器W904。
TP910:FSK解調(diào)信號(hào)輸出,即數(shù)字基帶信碼信號(hào)輸出,波形同TP905。
注:在FSK解調(diào)時(shí),數(shù)字基帶信號(hào)的頻率與載頻的頻率應(yīng)滿足4F ≤ fc2的關(guān)系,否則它們的頻譜重疊,F(xiàn)SK解調(diào)電路解調(diào)不出此時(shí)的數(shù)字基帶信碼信號(hào)。
五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1.畫出FSK、ASK各主要測(cè)試點(diǎn)波形。
2.寫出改變4046的哪些外圍元件參數(shù)對(duì)其解調(diào)正確輸出有影響?
3.分析其輸出數(shù)字基帶信號(hào)序列與發(fā)送數(shù)字基帶信號(hào)序列相比有否產(chǎn)生延遲,什么情況下會(huì)出現(xiàn)解調(diào)輸出的數(shù)字基帶信號(hào)序列反向的問題?
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