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实验十六FSK调制解调实验【实验目的】加深理解FSK调制工作原理及电路组成。加深理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。【实验环境】双踪示波器通信原理实验箱【实验原理】（一）FSK调制电路工作原理TP9032KHz方波、 K901TP901 TP90332KH选频输出时钟D/A16KHz方波1TP902 TP9Q42D/A模拟开关TP907 TP908r r1>2 -K903FSK调制输出FSK解调（4046锁相环解调）整形输出TP910K902CLK电路2KHz伪随机码.8KHz方波伪随机码输出开关门TP906CPU中央集中控制处理器单元图1 FSK调制电原理框图NTP34UMKKDKXWP6QMPKz12y -6&n4B mouFU/46O0E7O9PNp4UMP4U5L47A ooouASQMP6&n4.mqu3DMP4uoubFU44uqEK2Z1TO075210K3J0-0302n&v 075K2Z800075600FU/4someK2Z soa2uoub/?Hm282UML3QM3oqubK3700V21+luauBFU42uqE0753uaK2Z2uapools1n&v K31O9XK3J4uaV21+FU/41QMEzk1QMnrNTP31QMK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1为FSK调制器 原理框图。图2为FSK调制器电路图。由图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己调的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所示，引脚功能说明见表1所示稳定状态指示一PC1OUT 一VCC .、对Vss有齐纳一极管稳压(+6V)121615相位比较输入一314信号信入VCO输出413PC2OUT禁止振荡一512R2C1a 一611R1C1b 一710一 SFOUTVss 89VCO控制表1:引脚功能说明引脚符号功能1PDO3相位比较器2输出的相位差信号，为上升沿控制逻辑。2PDO1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©PDI2o3PDI2相位比较器输入信号，通常PD为来自VCO的参考信号。4VCOO压控振荡器的输出信号。5INH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。6CI与第7引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。7CI与第6引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。8GND接地。9VCOI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VCO的振荡频率，其输出直接（或I经分频后）作为参考信号加到相位比较器的输入端。10SFO源极跟随器输出。11R1外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。12R2外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。13PDO2相位比较器输出的三态相位差信号，它米用PD、PD上升沿控制 逻辑。I1 I214PDI1相位比较器输入信号，PD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。15VI内部独立的齐纳稳压二极管负极，其稳压值V58V，若与TTL 电路匹配时，可以用来作为辅助电源用。16VDD正电源，通常选+5V，或+10V，+15V。FSK解调器框图如图4所示，解调器电路图如图5所示。压控振荡器的中心频率设计在32KHz。图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。图5 FSK解调电路原理图【实验步骤】1. 检查确认板上无错误接线及杂物。2. 设置跳线开关:K9O12-3、K9O22-3若K9041-2，则2KHz的伪随机码，码序列为1110010若K9042-3，MKHz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:K01、K02、K900。按下“开始”与“ FSK ”功能按键。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1800pf2200pf 之间。5. 测试FSK调制电路TP9O1TP906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TP907TP909波形，并作记录。同时比较TP903与 TP909两者波形，观察是否有失真。K菖 cg°4.OKg。RgolEgoli丁BiLgoljRg°7ITRgog T RaomR 胃cgol11Ego4 lT c 胃.oR910EMlT R915.o.o.oMC14 富6cm°mPTO TP 90 1O TP 902O TP 903O TP 904O TP 905O TP 906O TP 907O TP 908O TP 909O ONO图6元件位置【实验记录】1、实验小组及其成员小组名称成员（班级-学号）3、实验数据记录和分析画出实验过程中各测量点的波形图，注意各点相位关系。信码.imjuirmnn”|wwwwwww；uwwumrtm顷五方波榆入1 £ K Hn蓼 频.F席编入A 口工栽频S尚1H合蹈后FS"的出t|www。|vww/7Wyv/FSK调制原理波形图(a) TP903 32KHz 载波输入(b) TP902 16KHz 载波输入(c) TP903 8KHz 信码波形测量点说明：TP901 :作为fc1 = 32KHz载频信号，由K901的1与2相连。可调节电位器 W901来改变幅度。TP902:作为fc1 = 16KHz载频信号，由K902的1与2相连。可调节电位器 W902来改变幅度。TP903:作为F = 2KHz或8KHz的数字基带信码信号输入，由开关K904决定。 K904的1与2相连：码元速率为2KHz的1110010码，K904的2与3相连：码元 速率为8KHz的0101010码。TP904 32KHz载波输出TP905 16KHz载波输出TP906： FSK调制信号输出。送到FSK解调电路的输入开关K903的1脚。TP907： FSK解调信号输入。由FSK解调电路的输入开关K903的1与2脚接 入。TP908： FSK解调电路工作时钟，正常工作时应为32KHz左右，频偏不大于 2KHz，若有偏差，可调节电位器W903或W904和改变CA901的电容值。TP909： FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同TP905。注：在FSK解调时，K904只能是1与2相连，即解调出码元速率为2KHz的 1110010 码。K904的2与3脚不能相连，否则FSK解调电路解调不出此时的数字基带信码 信号，因为此时F = 8KHz，fc2 = 16KHz，所以不满足4F Wfc1的关系，因为此时 它们的频谱重叠了。所以在此项实验做完后，应注意把开关K904设置成1与2相 连接的位置上。【实验结论】二进制频移键控记作2FSK。2FSK信号便是符号“ 1”对应于载频f1，而符号 “0”对应于载频f2 (与f1不同的另一载频)的己调波形，而且f1与f2之间的改 变是瞬间完成的。假设s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列，e(t)即是2FSK信号， 2FSK信号的波形示例如下图所示。10 0)皿口 口 ;f 1f2 f2 f 1【思考题】1. 写出改变MC14046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响？答：根据MC14046锁项环的工作特点，以及各引脚的功能作用，运用到本电路设计 中要求锁定32KHz的频率，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。2. 在FSK调制电路中的两个滑动变阻器有什么作用？答：在FSK调制电路中的两个滑动变阻器可以调节输出波形的幅度，使得前后两极射 随电路能匹配。