課程設(shè)計---二進制振幅鍵控信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　一．課程設(shè)計目的--------------------------------2</p><p>　　二．設(shè)計內(nèi)容----------------------------------------2</p><p>　　三．工作原理----------------------------------------3</p><p>　　3.1數(shù)字

2、調(diào)幅技術(shù)的原理和相關(guān)概念</p><p>　　3.2二進制幅移鍵控(ASK)</p><p>　　（1）ASK 信號的產(chǎn)生</p><p>　?。?）ASK 信號的解調(diào)方式</p><p>　　四．基于PROTELDE的ASK調(diào)制解調(diào)的仿真電路------------7</p><p>　　4.1ASK 信號產(chǎn)生電路設(shè)

3、計</p><p>　　4.2實際電路中乘法器的實現(xiàn)</p><p><b>　　4.3解調(diào)電路設(shè)計</b></p><p><b>　　（1）相干解調(diào)</b></p><p>　?。?）非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）</p><p>　　4.4.低濾波電路環(huán)節(jié)設(shè)計</p>

4、;<p>　　4.5.比較電路環(huán)節(jié)設(shè)計</p><p>　　4.6.電壓判決電路環(huán)節(jié)設(shè)計</p><p>　　4.7.ASK 調(diào)制解調(diào)仿真電路綜合設(shè)計</p><p>　　五．Protel環(huán)境下仿真波形及波形分析-------------------23</p><p>　　5.1電路圖標記各點在protel環(huán)境下的仿真波形&l

5、t;/p><p><b>　　5.2波形分析</b></p><p><b>　　5.3.結(jié)論</b></p><p>　　六．心得體會--------------------------------------30</p><p>　　七．參考資料---------------------------

6、-----------------------------------------31</p><p>　　八．附件----------------------------------------------------------------32</p><p><b>　　一．課程設(shè)計目的</b></p><p>　　通過本課程的學(xué)習(xí)我們不

7、僅能加深理解和鞏固理論課上所學(xué)的有關(guān)2ASK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的基本概念、基本理論和基本方法，而且能鍛煉我們分析問題和解決問題的能力；同時對我們進行良好的獨立工作習(xí)慣和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，為今后參加科學(xué)工作打下良好的基礎(chǔ)</p><p><b>　　二.設(shè)計內(nèi)容：</b></p><p>　　1. 基于MATLAB和PROTEL實現(xiàn)2ASK的設(shè)計</p><

8、;p>　　2. 熟悉數(shù)字調(diào)幅技術(shù)的有關(guān)原理和實現(xiàn)方法。</p><p>　　3. 在PORTEL中設(shè)計ASK調(diào)制解調(diào)電路。</p><p>　　4. 在PROTEL中仿真ASK電路</p><p>　　5. 用MATLAB實現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)，各模塊的程序以及主程序，設(shè)計相關(guān)參數(shù)。</p><p><b>　　三. 工作原理

9、：</b></p><p>　　1. 數(shù)字調(diào)幅技術(shù)的原理和相關(guān)概念</p><p>　　（1）數(shù)字調(diào)制的概念</p><p>　　用二進制（多進制）數(shù)字信號作為調(diào)制信號，去控制載波某些參量的變化，這種把基帶數(shù)字信號變換成頻帶數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制，反之，稱為數(shù)字解調(diào)。</p><p>　?。?）數(shù)字調(diào)制的分類</p>

10、;<p>　　在二進制時分為：振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）。其中，ASK 屬于線性調(diào)制，F(xiàn)SK、PSK 屬于非線性調(diào)制。</p><p>　　（3）數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）ASK調(diào)制波形與方框圖：</p><p>　　2.二進制幅移鍵控(ASK)</p><p>　?。?）

11、ASK 信號的產(chǎn)生</p><p>　　圖為 ASK 信號的產(chǎn)生原理</p><p>　　二進制振幅鍵控信號時間波型</p><p>　　一個二進制的ASK 信號可視為一個單極性脈沖序列與一個高頻載波的乘積，即ASK 的時域表達式為：</p><p>　?。?）ASK 信號的解調(diào)方式</p><p>　　解調(diào)也可以分成

12、相干解調(diào)與非相干解調(diào)兩類。其中相干解調(diào)要求接收端提供相干載波。非相干解調(diào)，就是在接收端不需要相干載波，而根據(jù)已調(diào)信號本身的特點來解調(diào)</p><p>　　非相干解調(diào)的原理框圖和波形圖（包絡(luò)檢波法）</p><p>　　2ASK信號非相干解調(diào)過程的時間波形</p><p>　　b.相干解調(diào)的原理框圖和波形圖（同步檢測法）</p><p>　　四

13、．基于PROTELDE的ASK調(diào)制解調(diào)的仿真電路的設(shè)計及</p><p><b>　　設(shè)置。</b></p><p>　　ASK 信號產(chǎn)生電路設(shè)計 </p><p>　　本次設(shè)計中采用模擬法，在PROTEL仿真中V1是100KHZ的正弦波，V2是10KHZ的方波。</p><p><b>　　仿真圖如下

14、</b></p><p>　　其中aaa和aab對應(yīng)的圖形是信號源V1和V2產(chǎn)生的波形，兩個信號經(jīng)乘法器相乘后產(chǎn)生2ASK信號，如上圖的aac所示，在PROTEL仿真中僅用一函數(shù)模塊代替調(diào)制電路中的乘法器，該函數(shù)模塊可實現(xiàn)兩信號相乘的功能。即兩信號分別從V1和V2端輸入，相乘后的信號從Q端輸出。</p><p>　　Q端輸出的信號如下圖：</p><p&g

15、t;　　實際電路中乘法器的實現(xiàn)</p><p>　　模擬乘法器是對兩個模擬信號（電壓或電流）實現(xiàn)相乘功能的的有源非線性器件。主要功能是實現(xiàn)兩個互不相關(guān)信號相乘，即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比. </p><p>　　該乘法器使用MC1496，，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹如下：</p><p>　　圖為MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖</p><p>　

16、　MC1496是四象限模擬乘法器，其內(nèi)部電路圖和引腳圖如圖10-1所示。其中V1、V2與V3、V4組成雙差分放大器，以反極性方式相連接，而且兩組差分對的恒流源V5與V6又組成一對差分電路，因此恒流源的控制電壓可正可負，以此實現(xiàn)了四象限工作。V7、V8為差分放大器V5與V6的恒流源。</p><p><b>　　帶通濾波器的設(shè)計</b></p><p>　　帶通濾波器是

17、對產(chǎn)生的2ASK信號濾波，其目的是濾除帶外再生，減少帶外噪聲對有用信號的干擾。</p><p>　　設(shè)計帶通濾波器時要注意其相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，如帶通濾波器的中心頻率，帶寬，增益以及品質(zhì)因數(shù)Q.這些參數(shù)的設(shè)計要根據(jù)輸入濾波器的信號設(shè)計。</p><p>　　在PROTEL仿真中，要對2ASK信號濾波，需要分析出該信號的頻域特性。</p><p>　　PROTEL 仿真的

18、2ASK信號的頻域特性圖如下：</p><p>　　對上圖AAA的放大圖如下:,</p><p>　　根據(jù)2ASK信號的頻域特性圖,其能量主要其中100KHZ左右，在設(shè)計帶通濾波器是其中心頻率應(yīng)選在100KHZ處,濾波器的帶寬設(shè)計為20KHZ.這樣設(shè)計濾波器能保留主要有用信號而濾除帶外噪聲的干擾。</p><p>　　帶通濾波器電路圖如下：</p>&

19、lt;p>　　在PROTEL仿真中由于用到的載波電路為100KHZ，要求該濾波器參數(shù)為：中心頻率為100KHZ，帶寬為20KHZ,Au=10. 在設(shè)計帶通濾波器的相關(guān)參數(shù)時可根據(jù)如下方法設(shè)計。</p><p>　　要求設(shè)計一個有源二階帶通濾波器，指標要求為：</p><p>　　通帶中心頻率     通帶中心頻率處的電壓放大倍數(shù)： 

20、0; 帶寬：    設(shè)計步驟： 選用上圖電路。2）該電路的傳輸函數(shù)：               品質(zhì)因數(shù)：           

21、0;            通帶的中心角頻率：         通帶中心角頻率處的電壓放大倍數(shù)：     </p><p><b>　　取，則：</b>

22、;</p><p><b>　　4． 解調(diào)電路設(shè)計</b></p><p><b>　?。?） 相干解調(diào)</b></p><p>　　本次設(shè)計中采用相干解調(diào)法，由常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM ）信號的頻譜可知，如果將已調(diào)信號的頻譜搬回到原點位置，即可得到原始的調(diào)制信號頻譜，從而恢復(fù)出原始信號。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時的相乘運

23、算來實現(xiàn)。因此 V1、V2 相乘后所得 2ASK 信號再與 V3方波信號相乘即可實現(xiàn) ASK 信號的解調(diào)。電路如下圖所示：</p><p>　　其中V3采用方波信號，設(shè)置其低電平V2=0V,高電平V1=1V，延遲時間TD=0us,上升時間其中V3采用方波信號TR=O.00001us,下降時間TF=O.00001us,脈沖寬度PW=5us,脈沖周期PER=10us .</p><p>　　此

24、過程為信號的解調(diào)過程，解調(diào)是調(diào)制的逆變換，即從調(diào)制過程的高頻信號中提取原低頻信號的過程。本設(shè)計采用模擬乘法器實現(xiàn)對信號的解調(diào)。</p><p>　　用模擬乘法器實現(xiàn)幅度解調(diào)的原理框圖如下圖：</p><p>　　載波信號 </p><p><b>　　音頻信號<

25、/b></p><p><b>　　調(diào)幅信號</b></p><p>　　解調(diào)是調(diào)制的逆過程，同樣是利用乘法器來實現(xiàn)將音頻信號從調(diào)幅波中分離出來。乘法器的兩個輸入端分別接入調(diào)幅波（下邊帶） = 及與調(diào)制時的載波信號同頻同相的載波信號 = t,則可以得到輸出信號為</p><p>　　=K [ t+ t]</p>

26、;<p>　　通過低通濾波器濾除其中的高頻分量，則可以得到輸出電壓幅值與原信號（ = t）略有不同 ，但頻率都為 的低頻信號。</p><p>　?。?）非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）</p><p>　　解調(diào)也可以分成相干解調(diào)與非相干解調(diào)兩類。其中相干解調(diào)要求接收端提供相干載波。非相干解調(diào)，就是在接收端不需要相干載波，而根據(jù)已調(diào)信號本身的特點來解調(diào)</p><p

27、>　　非相干解調(diào)的原理框圖和波形圖（包絡(luò)檢波法）</p><p>　　b.相干解調(diào)的原理框圖和波形圖（同步檢測法）</p><p>　　二極管包絡(luò)檢波電路：</p><p>　　5.低濾波電路環(huán)節(jié)設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用一階濾波電路，由于采用了脈沖周期：PER=10us（f=1/10us=100kHz） 的高頻方波載波信號，

28、故此處所用濾波器的時間常數(shù) =1/f=10us ，因此先選定電阻 R1=5k ,與之對應(yīng)選擇電容 C1=0.002uF,即可滿足此時間常數(shù)要求。</p><p>　　上圖是經(jīng)低通濾波后的信號波形。</p><p>　　6.比較電路環(huán)節(jié)設(shè)計</p><p>　　其中 LM339與 R2、R3 構(gòu)成一個反向器，LM339 工作的正端電壓設(shè)置為5Vdc。其電路如下圖

29、所示</p><p>　　該圖為經(jīng)比較電路仿真后的波形：</p><p>　　7.電壓判決電路環(huán)節(jié)設(shè)計</p><p>　　該處電壓抽樣判決器中負端工作電壓由 V6 處的 5Vdc 經(jīng) R4、R5構(gòu)成的電壓取樣電路取得 1Vdc 與 LM339 的正端輸入電壓信號比較，當(dāng)輸入信號大于 1Vdc 時，LM339 輸出為高電平，否則為低電平。從而將原低頻調(diào)制信號解調(diào)還原

30、出來。電路如下圖所示 </p><p>　　經(jīng)電壓判決后的仿真波形：</p><p>　　8.ASK 調(diào)制解調(diào)仿真電路綜合設(shè)計</p><p>　　綜合上述各個電路環(huán)節(jié)，最后得 ASK 調(diào)制解調(diào)的仿真電路以及仿真結(jié)果如下如下圖所示：</p><p>　　電路圖1（仿真電路圖）</p><p>　　電路圖2（總體仿真效

31、果圖）</p><p>　　五．Protel環(huán)境下仿真波形及波形分析</p><p>　　1.電路圖標記各點在protel環(huán)境下的仿真波形</p><p>　　該圖為2ASK信號，為上圖中的AAC節(jié)點處波形</p><p>　　上圖顯示的是調(diào)制后的信號，也就是2ASK信號，該信號是經(jīng)調(diào)制信號和載頻信號相乘的結(jié)果。</p><

32、;p>　　該圖為相干解調(diào)后的波形，是電路圖1中的AAE節(jié)點處波形。</p><p>　　上圖波形是相干解調(diào)后的波形，即2ASK信號與一個同頻同相的載波相乘，也就是調(diào)制后的波形，該信號沒經(jīng)低通濾波，含有高次諧波分量，要經(jīng)相應(yīng)的低通濾波濾除高次諧波后方可得到最后的調(diào)制信號。</p><p>　　該圖為低通濾波后的波形，即為電路圖1中AAF節(jié)點處波形。</p><p&g

33、t;　　分別是比較判決后的波形</p><p>　　判決器的作用是把輸入的信號與一個固定的信號進行比較，最后輸出一個判決結(jié)果。例如在該2ASK調(diào)制解調(diào)中，就是把輸入的信號與1進行比較，如果輸入信號大于1，則經(jīng)判決氣后輸出為1，要么為零。</p><p><b>　　總體仿真波形</b></p><p><b>　　2.波形分析：<

34、;/b></p><p>　　通過觀察各個關(guān)鍵點的波形可知，aac處的波形就是所要產(chǎn)生的2ASK 信號波形，即調(diào)制波形。AAE處的波形就是將上述2ASK 信號相干解調(diào)后所得波形，即解調(diào)波形。AAF處波形就是經(jīng)濾波處理后所得波形，AAG處的波形就是電壓判決器電路工作的工作基準電壓波形,AAK處的波形就是解調(diào)還原出的調(diào)制信號波形，各觀測點波形均為預(yù)期波形，說明仿真結(jié)果達到了設(shè)計要求，該設(shè)計具有可實用性。<

35、/p><p><b>　　3.結(jié)論</b></p><p>　　用一個乘法器將數(shù)字基帶信號和載波信號相乘即可產(chǎn)生2ASK 信號，再將此 2ASK信號與一個同樣的高頻載波信號相乘即可將此 2ASK信號實現(xiàn)相干解調(diào)，2ASK 信號通過濾波器濾除殘余高頻信號后，送到電壓抽樣判決器然后獲得解調(diào)輸出，其中抽樣判決對于提高數(shù)字信號的接收性能十分必要。</p><p

36、><b>　　六．心得體會</b></p><p>　　在此次課程設(shè)計中，我所選的課題為二進制振幅鍵控（2ASK）信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及其在MATLAB和protel上的仿真實現(xiàn)。在上學(xué)期所學(xué)課程——《通信原理》中，我對2ASK信號有了一定的了解，諸如一個二進制振幅監(jiān)控信號可以表示成一個單極性矩形脈沖序列與一個正弦載波的相乘，而通常2ASK信號的產(chǎn)生有模擬幅度調(diào)制法和鍵控法兩種，前者

37、主要用一個乘法器實現(xiàn)，后者的主要部件是開關(guān)電路。同樣，2ASK信號的基本解調(diào)方法也是有兩種：相干解調(diào)（同步檢測法）和非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法），兩種解調(diào)方式的區(qū)別在于相干解調(diào)需要引入一個同步載波，用來消除交流信號，因此更難實現(xiàn)，但同時采用相干解調(diào)產(chǎn)生的誤碼率總是小于采用非相干解調(diào)的誤碼率的?；谝陨蟽?nèi)容并查閱相關(guān)資料。我們可以設(shè)計出大致的原理框圖，然后再通過驗證分析，找出不足并修改。通過在MATLAB上的仿真調(diào)試或者protel上的仿真調(diào)

38、試我們初步了解并掌握了該軟件的一些基本知識及相關(guān)操作，如利用protel，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時，只需從protel配</p><p><b>　　七．參考資料</b></p><p>　　1 PROTEL 99SE -------夏陸毅--- 希望電子出版

39、社</p><p>　　2 通信原理教材-------------------樊昌信等—高等教育出版社</p><p>　　3 高頻電子線路-------------------黃亞平---- 機械工業(yè)出版社</p><p>　　4 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)----------------楊拴科----高等教育出版社</p><p>　　5

40、MATLAB教材-------張明--- 希望電子出版社</p><p>　　6 PROTEL電路設(shè)計典例-------------------李振軍—電子工業(yè)出版社 </p><p>　　7 PROTEL實用教程----------------張偉-----人民郵電出版社</p><p><b>　　八．附件</b></p>

41、<p><b>　　仿真原理圖（1）</b></p><p><b>　　仿真結(jié)果圖形（2）</b></p><p>　　PCB版原理圖（3）</p><p><b>　　PCB圖（4）</b></p><p><b>　　PCB版（5）</b>