数字通信原理实验箱FSK(ASK)调制解调实验

一、实验目的
1.掌握FSK(ASK)调制的工作原理及电路组成。   2.掌握利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。

二、实验电路工作原理


图9-1  FSK调制解调电原理框图

数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗群时延性能较强，因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。
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。
数字幅度调制ASK本实验箱没有做成专门的ASK单元，因为只接通FSK调制单元电路中相加开关K902的“对1调制”信号，即为ASK调制。
（一） FSK调制电路工作原理
    FSK调制解调电原理框图，如图9-1所示；图9-2是它的调制电路电原理图。     输入的基带信号分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=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，两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U902A与U901B(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。解调电路电原理图如图9-3所示。     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的一个载频如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，那末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MC14046。
    压控振荡器的中心频率设计在32KHz。图9-3中R924、R925、CA901主要用来确定压控振荡器的振荡频率。R929、C916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。?
当输入信号为16KHz时，环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏。
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，使它对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。关于FSK调制原理波形见图9-4所示。

三、实验内容
     测试FSK调制解调电路TP901—TP910各测量点波形，并作详细分析。
     1．按下实验箱右测电源开关，电源指示灯亮。
2．跳线开关设置：
K901：1－2：码元速率为2KB/s的111100010011010伪随机码或2KHz方波，由薄膜键盘选择输入；
      2－3：PC数据。
K902：1-2和3-4均相连时，调制波形叠加合成开关。
K903：1－2：在已调信号中加入噪音(模仿实际通信中的信道噪声, 可在噪声模块中TP108处测得噪声波形，W101调节噪声幅度,幅度不宜过大)；
      2－3：不加入噪音（或者跳线拔掉不连）。
SW01：1－2：FSK自环；
      2－3：断开FSK自环，FSK可通过MODEM接口实现两个实验平台间的双工通信（此实验将在后续章节中完成）。
     3．电位器调节：
        W901：调节32KHz正弦波幅度大小。
        W902：调节16KHz正弦波幅度大小。
W903：调节FSK已调信号幅度大小。
W904：调节解调电路压控振荡器时钟的中心频率。
     4．调节W904电位器使压控振荡器工作在32KHz（16 KHz行不行）。
5．注意：当基带信号的码元速率与载频信号的频率相差太近时,FSK解调端输出测量点TP910输出应为不稳定的输出波形。
6．接通开关SW01的1-2脚(自环)或2-3脚(断开自环)，输入FSK信号给解调电路，注意观察“1”、“0”码内所含载波的数目。
7．观察FSK解调输出TP908～TP910波形，并作记录，并同时观察FSK调制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有失真。
FSK频移键控原理波形示意图（如图9-4）。

 

图9-2  FSK调制电路电原理图



图9-3  FSK解调电路电原理图

FSK频移键控原理波形图（如图9-4） 



图9-4  FSK频移键控原理波形图

四、测量点说明
  TP901：32KHz方波信号，由U101芯片(EPM7128)编程产生。
  TP902：16KHz方波信号，由U101芯片(EPM7128)编程产生。
TP903：32KHz载波信号，可调节电位器W901改变幅度
TP904：16KHz载波信号，可调节电位器W902改变幅度
  TP905：作为数字基带信码信号输入，由开关K901决定。
K901的1与2相连：码元速率为2KHz的111100010011010码或2KHz方波由薄膜键盘选择输入；
K901的2与3相连： PC数据输入。
    TP906：FSK调制信号输出，此测量点需使用双踪对比测量，另一踪（触发）测量TP905。
K902的1-2相连、3-4断开时，TP906为32KHz载波FSK调制信号输出；
K902的1-2断开、3-4相连时，TP906为16KHz载波FSK调制信号输出；
K902的1-2和3-4均相连时，TP906为FSK调制信号叠加输出。
TP907：衰减或放大的FSK调制信号输出。
K903的1-2脚相连时，在调制信号中加入噪声，电位器W101调整噪声幅度(可在TP108处测得波形)，模拟实际通信中的信道传输。
TP908：FSK解调信号输入。
SW01的1－2脚相连时：FSK自环，即同一平台上调制解调；
SW01的2－3相连时：FSK自环断开，FSK可通过MODEM接口实现两个实验平台间的双工通信。
  TP909：FSK解调电路中压控振荡器输出时钟的中心频率，正常工作时应为32KHz左右，频偏不应大于2KHz，若有偏差，可调节电位器W904。
  TP910：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，数字基带信号的频率与载频的频率应满足4F ≤ fc2的关系，否则它们的频谱重叠，FSK解调电路解调不出此时的数字基带信码信号。

五、实验报告要求
  1.画出FSK、ASK各主要测试点波形。
2.写出改变4046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响?
3.分析其输出数字基带信号序列与发送数字基带信号序列相比有否产生延迟，什么情况下会出现解调输出的数字基带信号序列反向的问题?

DB-8621D 通信原理综合实验箱(增强型)

一、产品简介
DB-8621D通信原理综合实验箱是针对电子和通信工程类专业学生，系统完成《通信原理》等现代通信技术相关课程实验专门研制的实验平台。
该实验平台最大的特点是系统性强，它真实再现了：信源的模数转换、模拟调制、信道仿真、模拟解调、信宿的数模转换的频带传输过程；光纤传输、帧同步位同步、纠错译码、解复接、信宿的数模转换的基带传输过程；信源、信源编码、码分复用、传输、码分解复用、信源译码、信宿的移动传输过程；
通信原理综合实验箱全部采用模块化结构，各模块既能完成完整通信系统中对应单元部分实验，又能由学生用单元模块构建一个完整通信系统进行系统实验，从而有助于学生理解通信系统中各要素的作用；实验平台把通信系统中涉及的基本电路、终端编译码、调制解调、信道传输等重要的理论安排了相应的实验内容；实验平台既有基础性实验，又有采用新技术新器件（FPGA、DSP）等提高型实验，从而完成一个理论验证性、综合性、二次开发性，由低向高的系统学习过程。通过这些实验能够促进学生对《通信原理》课程内容的理解、掌握，并使学生对通信系统、当今新技术、工程实现有一个较全面的了解。系统采用“主板+实验模块”相结合的灵活结构，便于学校选择、定制、增加功能、硬件升级。
二、技术指标
1、采用了“底板+实验模块”的结构，不仅按实验内容与功能将电路模块化，而且各个模块独立设计，能方便地组合进行单元实验和多种单/双工通信系统实验。
2、实验模块的输入输出信号都采用铆孔开放出来，由实验者根据实验需要进行连接组合，增强实验者的参与性。
4、每个实验模块都采用有机玻璃覆盖保护，方便实验室管理。
5、实验中的重要参数都可以调节或设置，方便实验者分析对比。
6、可完成单元、系统实验几十项，涵盖了终端编译码、线路编译码、调制解调、光纤、移动等方面的内容。
7、内置函数信号源、数字信号源、电话接口、计算机接口、同轴电缆信道、两个收发一体光端机信道、音频功放等功能模块，详细见“系统组成” 项。
8、内置4组稳压电源，全部具有短路软截至保护自动恢复功能，并提供电源输出接口。
9、系统涉及了计算机通信、MS51、DSP、CPLD等多种技术，并留有开发接口，二次开发性强。
三、实验类型
A.通信原理部分
第一部分 基础实验
实验1 DDS信号发生器实验
实验2 模拟信号源实验
实验3 CPLD可编程逻辑器件实验
实验4 接收滤波放大器实验
实验5 数据通信实验
第二部分 原理实验
实验1 基带信号的常见码型变换实验
实验2 抽样定理及其应用实验
实验3 PCM编译码系统实验
实验4 ADPCM编译码系统实验
实验5 CVSD编译码系统实验
实验6 FSK（ASK）调制解调实验
实验7 相位键控PSK（DPSK）调制解调实验
实验8 数字同步技术实验
实验9 眼图观察测量实验
实验10 线路成形与频分复用
实验11 时分复用与解复用
实验12 码分复用与解复用
实验13 数字频率合成实验
实验14 AMI/HDB3编译码实验
实验15 卷积编译码及纠错能力验证实验
实验16 汉明码编译码及纠错能力验证实验
实验17 汉明、交织码编译码及纠错能力验证实验
实验18 循环码编译码及纠错能力验证实验
第三部分 综合实验
实验1 信源、PCM、HDB3传输系统实验
实验2 信源、PCM、汉明码传输系统实验
实验3 信源、PCM、汉明、交织码传输系统实验
实验4 信源、CVSD、汉明码传输系统实验
实验5 信源、CVSD、汉明、交织码传输系统实验
实验6 信源、时分复接/解复接系统实验
实验7 信源、码分复接/解复接系统实验
第四部分 设计实验
实验1 PCM时序控制实验
实验2 CMI编译码实现实验
实验3 绝对/相对码转换实验PC机数据、PSK传输系统实验
实验4 PC机数据、FSK传输系统实验
实验5 码型变换、基带编码开发实验
四、标准配置表

序号	分类	硬件名称	标号	说明
1	主 板 硬 件 模 块	函数发生器（正弦波、三角波、方波）	模块一	频率0.3～10KHZ连续可调，幅度0～10V连续可调
2		同步信号发生器	模块二	频率2KHZ，幅度0～10V连续可调
3		抽样脉冲产生模块	模块三	频率8KHZ, 频率2～35KHZ连续可调
4		计算机接口模块	模块四	提供发送输出、接收输入的连接接口
5		电源引接模块	模块五	提供-12V、+12V、+5V、-5V等系统电源，另提供输出接口
6		同轴电缆传输模块	模块六	同轴电缆传输
7		眼图观测模块	模块七	可观测噪声、串扰、理想眼图
8		PCM编码记录模块	模块八	自动处理PCM编码数据
9		功放模块	模块十	提供多组滤波器、音频功放、喇叭
10		话筒模块	模块十一	提供话音输入
11	软件 及 配件 部分	PPT多媒体课件	赠送	仿真电路和实验箱电路相一致
12		实验指导书电子文档（Word）	赠送
13		实验指导书	赠送
14		电源线	赠送
15		USB线	赠送
16		信号连接线	赠送

实验模块：标准配置

1	时钟与基带数据发生模块	提供系统时钟和各类数字信号源
2	PAM脉冲幅度调制模块	完成抽样定理、PAM调制、传输模拟实验
3	PCM/ADPCM编译码模块	完成PCM、ADPCM编译码单元实验
4	CVSD增量调制编译码模块	完成CVSD编译码单元实验
5	AMI /HDB3编译码模块	完成AMI /HDB3编译码单元实验
6	噪声模块	模拟白噪声信道
7	数字频率合成模块	完成压控振荡器、频率合成实验
8	FSK(MSK)调制模块	完成MSK、FSK调制实验
9	FSK(MSK)解调模块	完成MSK、FSK解调实验
10	BPSK(DPSK)调制模块	完成BPSK、DPSK调制实验
11	BPSK(DPSK)解调模块	完成BPSK、DPSK解调实验
12	复接/解复接、同步提取模块	完成多种数据的时分复接解复接、码分复接解复接、位同步帧同步提取实验
13	卷积、汉明、交织、循环编码模块	完成卷积、汉明、交织、循环编码实验，多种码型变换
14	卷积、汉明、交织、循环传输模块	信道仿真
15	卷积、汉明、交织、循环译码模块	完成汉明、交织、循环译码实验