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实验三  FSK调制解调系统实验

一、实验目的

    l. 加深理解FSK调制工作原理及电路组成。

    2. 加深理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。

二、实验所用仪器

    1. +5V、+l2V、-l2V三路直流稳压电源

    2. 双踪示波器

3. 通信原理实验箱

4. 万用表

三、实验原理

(一)FSK调制电路工作原理

  

 

 

                                  

                         3-1  FSK调制电原理框图

数字调频又可称作移频键控(FSK),它是利用载频频率变化来传递数字信息。这种调制解调方式容易实现,抗噪声和抗衰减性能较强,因此在中低速数据传输系统中得到了较为广泛的应用。本实验电路中,载频频率经过本实验电路分频而得到的两个不同频率的载频信

号,则为相位连续的数字调频信号。图3-1为 FSK调制器原理框图。图3-2为 FSK调制器电路图。

 

 

 

    由图3-2可知,输入的基带信号由转换开关K904转接后分成两路,一路控制32KHz的载频,另一路经倒相去控制 16KHz的载频。当基带信号为“1”时,模拟开关1打开,模拟开关2关闭,此时输出f1=32KHz,当基带信号为"0"时,模拟开关1关闭,模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz,于是可在输出端得到已调的FSK信号。

    电路中的两路载频(f1,f2)由内时钟信号发生器产生,经过开关K9Ol,K902送入。两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U9Ol:A与U90l:B(4066)。

(二)FSK解调电路工作原理

FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越,价格低廉,体积小,所以得到了越来越广泛的应用。FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的,只要在设计锁相环时,使它锁定在FSK的一个载频f1上,对应输出高电平,而对另一载频f2失锁,对应输出低电平,那么在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。

FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MCl4046。MCl4046集成电路内有两个数字式鉴相器(PDI、PDII)、一个压控振荡器(VCO),还有输入放大电路等,环路低通滤波器接在集成电路的外部,引脚排列图见3-3所示,引脚功能说明见表3-1所示。

 

                                3-3  MC14046引脚排列图

3-1:引脚功能说明

引脚号

符  号

            能

1

PDO3

相位比较器2输出的相位差信号,为上升沿控制逻辑。

2

PDO1

相位比较器1输出的相位差信号,它采用异或门结构,即鉴相特性为PDO1=PDI1⊕PDI2

3

PDI2

相位比较器输入信号,通常PD为来自VCO的参考信号。

4

VCOO

压控振荡器的输出信号。

5

INH

控制信号输入,若INH为低电平,则允许VCO工作和源极跟随器输出;若INH为高电平,则相反,电路处于降功耗状态。

6

CI

与第7引脚之间接一电容,以控制VCO的振荡频率。

7

CI

与第6引脚之间接一电容,以控制VCO的振荡频率。

8

GND

接地。

 

 

引脚号

  号

            能

9

VCOI

压控振荡器的输入信号。在锁相环路中,通常VCO来自相位差低通滤波器输出,以平均电压控制VCOI的振荡频率,其输出直接(或经分频后)作为参考信号加到相位比较器的输入端。

10

SFO

源极跟随器输出。

11

R1

外接电阻至地,分别控制VCO的最高和最低振荡频率。

12

R2

外接电阻至地,分别控制VCO的最高和最低振荡频率。

13

PDO2

相位比较器输出的三态相位差信号,它采用PDI1、PD I2上升沿控制逻辑。

14

PDI1

相位比较器输入信号,PDI1输入允许将0.1V左右的小信号或方波信号在内部放大并再经过整形电路后,输出至相位比较器。

15

VI

内部独立的齐纳稳压二极管负极,其稳压值V≈5~8V,若与TTL电路匹配时,可以用来作为辅助电源用。

16

VDD

正电源,通常选+5V,或+10V,+15V。

 FSK解调器框图如图3-4所示,解调器电路图如图3-5所示。

   压控振荡器的中心频率设计在32KHz。图3-5中R1、R2、C1,主要用来确定压控振荡器的振荡频率。R3、C2构成外接低通滤波器,其参数选择要满足环路性能指标的要求。从要求环路能快速捕捉、迅速锁定来看,低通滤波器的通带要宽些;从提高环路的跟踪特性来看,低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足捕捉时间前提下,尽量减小环路低通滤波器的带宽。

    当锁相环锁定时,环路对输入FSK信号中的32KHz载波处于跟踪状态,32KHz载波(正弦波)经输入整形电路后变成矩形载波。此时鉴相器PDII输出端(13脚)为低电平,锁定指示输出(1脚)为高电平,鉴相器PDI输出(2脚)为低电平,PDI输出和锁定指示输出经或非门U903:A(74LS32)和U904:B(74LS04)后输出为低电平,再经积分电路和非门U904:C(74LS04)输出为高电平。再经过U904:D(74LS04)整形电路反相后从输出信号插座S902输出。

当输入信号为16KHz时,环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏,鉴相器输入端的两个比较信号存在频差,经鉴相器PDI后输出一串无规则矩形脉冲,而锁定指示(第1引脚)输出为低电平,PDI输出和锁定指示输出经或非门U903:A与U904:B后,输出仍为无规则矩形脉冲,这些矩形脉冲经积分器和非门U904:C后输出为低电平。

可见,环路对32KHz载频锁定时输出高电平,对16KHz载频失锁时就输出低电平。只要适当选择环路参数,便它对32KHz锁定,对16KHz失锁,则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。

 

    1. 对照说明书确认实验板上的元件和测试点的位置(元件位置见图3-6),检查确认板上无错误接线及杂物。

2. 设置跳线开关: KlOl1-2、K9Ol1-2、K9021-2

K9041-2,则2KHz的伪随机码,码序列为 1110010

K9042-3,则8KHz的方波,码序列为 1100

当做FSK的解调实验时设置跳线开关K9O31-2、K9041-2

    3. 打开电源开关,检查电源电压。按下按键开关:K2、K3、K100、K900。按下“复位”、“开始”与“FSK”功能按键,显示代码“3”

4. 在CA901上插电容,使锁相环中的压控振荡器工作在32KHz,电容在1800pf~2200pf之间。

5. 测试FSK调制电路TP9Ol一TP907各测量点波形,注意观察“1”、“0”码内所含载波的数目。

6.观察FSK解调输出TP908一TP910 波形,并作记录。同时比较TP905与TP910两者波形,观察是否有失真。

五、实验报告要求

    1. 画出实验电路的方框图,并叙述其工作过程。

    2. 画出实验过程中各测量点的波形图,注意各点相位关系,注明信号频率、峰-峰值。

六、注意事项

1. 实验前认真阅读本实验指导书。

    2. 在实验中要细心,接线正确,避免因接线错误或探头抖动等导致测点短路;

    3. 实验完成后,将示波器探头去掉,以免关电后因示波器引起的静电对芯片产生影响。然后先关掉其他几部分的电源,最后关编译码器的电源,以免在关电后仍有信号输入。

通信原理实验指导:

脉冲编码调制系统  

增量调制系统实验  

FSK调制解调系统实验