杭电通信系统课程设计实验报告

通信系统课程设计实验报告

姓名：田昕煜

学号：

班级：通信四班

班级号：

基于FSK调制的PC机通信电路设计

一、目的、内容与要求

目的: 掌握用FSK调制和解调实现数据通信的方法,掌握FSK调制和解调电路中相关模块的设计方法。初步体验从事通信产品研发的过程.

课程设计任务：设计并制作能实现全双工FSK调制解调器电路，掌握用Orcad Pspice、Protel99se进行系统设计及电路仿真。

要求：合理设计各个电路，尽量使仿真时的频率响应和其他参数达到设计要求。尽量选择符合标称值的元器件构成电路，正确完成电路调试。

二、总体方案设计

信号调制过程如下：

调制数据由信号发生器产生（电平为TTL，波特率不超过9600Baud），送入电平/幅度调整电路完成电平的变换，再经过锁相环（CD4046）,产生两个频率信号分别为30kHz和40kHz（发“1”时产生30kHz方波，发“0”时产生40kHz方波），再经过低通滤波器2，变成平滑的正弦波，最后通过线圈实现单端到差分信号的转换。

信号的解调过程如下：

首先经过带通滤波器1，滤除带外噪声，实现信号的提取。在本设计中FSK 信号的解调方式是过零检测法。所以还要经过比较器使正弦信号变成方波，再经过微分、整流电路和低通滤波器1实现信号的解调，最后经过比较器使解调信号成为TTL电平。在示波器上会看到接收数据和发送数据是一致的。

各主要电路模块作用：

电平/幅度调整电路：完成TTL电平到VCO控制电压的调整；

VCO电路：在控制电压作用下，产生30KHz和40KHz方波；

低通2：把30KHz、40KHz方波滤成正弦波；

线圈：完成单端信号和差分信号的相互转换；

带通1：对带外信号抑制，完成带内信号的提取；

限放电路：正弦波整形成方波，同时保留了过零点的信息；

微分、整流、脉冲形成电路：完成信号过零点的提取；

低通1：提取基带信号，实现初步解调；

比较器：把初步解调后的信号转换成TTL电平

三、单元电路设计原理与仿真分析

(1)带通1(4阶带通)-- 接收滤波器（对带外信号抑制，完成带内信号的提取）要求通带：26KHz—46KHz，通带波动3dB；

阻带截止频率：fc＝75KHz时，要求衰减大于10dB。经分析，二级四阶巴特沃斯带通滤波器来提取信号。

具体数值和电路见图1仿真结果见图2。

图1

图2

(2) 低通1 (4阶低通)-- 提取基带信号，实现初步解调

这两个低通的指标一样，可用一通带（0-20KHz）波动为3dB，3dB截止频率为20KHz 的四阶切比雪夫低通滤波器实现。

计算得理论值：：C2=333p，C1=24p，R1=R2=，R3=

具体数值和电路见图3仿真结果见图4。

图3

图4

(3) 低通2 (4阶低通)—把30kHz,40kHz方波滤成正弦波

可用一通带波动为3dB，3dB截止频率为50KHz的四阶巴特沃兹滤波器实现。电路形式采用多路反馈（MFB）有源滤波器，用两级二阶（四阶）低通滤波器串联实现。具体数值和电路见图5仿真结果见图6。

图5

图6

(4)限放电路设计—正弦波整形成方波，同时保留了过零点的信息

限放电路采用过零点比较器（LM339）制作，比较电压为0，即当输入信号的电压在零点处变化时，输出信号发生阶跃。

比较电压的值就是R8上的电压，即输入的直流电压在R8上的分压。要使比较电压为0，则R4与R8的比值应尽量大，使R8上的电压尽可能接近于0。在图7中，R4与R8的比值为10：1，所以进入电压比较器LM339第5脚的电压接近于0，满足了比较电压的要求。

另外，电路中要求R3与R1、R2相加值的比值应等于R4与R8的比值，在实际电路中取R3=R4=100k，R8=10k，R1=R2=，符合了要求。

具体数值和电路见图7仿真结果见图8。

图7

图8

(5)微分、整流、脉冲形成电路

R1和C1构成一个微分电路，作为方波信号的高电平输出。R2和C2构成另一个微分电路，作为方波信号的低电平输出。

具体数值和电路见图9仿真结果见图10。

图9

图10

(6)比较器—把初步解调后的信号转换成TTL电平

比较器的电路形式与限幅放大电路相同，只是比较电压不同。它的比较电压即R1和R2上的分压值，这个比较电压值也是输入的方波信号的高电平与低电平的平均值。这里取R1=40k，R2＝6k，R3=3k，R4=10meg，实际电路中，R2为一10k的可调电阻。

具体数值和电路见图11仿真结果见图12。

图11

图12

(7)电平/幅度调整电路—完成TTL电平到VCO控制电压的调整

根据VCO电路的实际调试结果得出与各频率相对应的输入电压即电平/幅度调整电路的输出电压，并据此进行Pspice仿真。

在实际电路中R1＝75k，Rf是一阻值为10k的可调电阻，所以调整Rf可以改变输出Vo的大小，若减小Rf，则Vo增大；若增大Rf，则Vo减小，据此进行电路调整，使输出符合要求。而电阻R2、R3的分压值决定了输出Vo的中心电平，在实际电路中，R2为一阻值为10k的可调电阻，改变R2，可以调整输出Vo的中心电平，使输出满足要求。

中心频率fo=35kHz时对应的电压为，f=30kHz对应的电压为，f=40kHz对应的电压为，这就是电路输出的直流电压分量和方波信号的电压范围。其中直流电压就是TL084第3脚输入的电压V1，即5V的电源电压在R3上的分压。按比例计算得R2、R3的值。输出的方波信号的电压Vo由R2、Rf来调节，使之高低电平分别为和，在Pspice 仿真中使用参数扫描，得到符合要求的R2、Rf值。

具体数值和电路见图13仿真结果见图14。

图13

图14

(8)系统PCB版图

四、调试过程分析

1.检查电源

检查+5V、GND、-5V是否正确，然后进行调试。

2.调制调试

（1）锁相环调试

断开S3。调整R28，使CD4046的输出（4号脚）为 35KHZ的方波；

在S3的圆脚加入调制数据，0为GND，1为5VCC，调整电位器R30，使CD4046的输出分别为30KHZ和40KHZ；

（2）低通滤波器2的调试

断开S2，观察低通滤波器2的频率特性。S2的圆角输入Vpp为1V，频率为5K-50K 的的正弦波信号（每次增加5KHZ），在U1（TL084）的第8引脚观测输出波形，记录Vpp，与仿真结果比较；

（3）放大电路驱动

连接S2，在输出端（J7）观测并记录放大驱动电路的输出结果；

3.解调调试：

（1）带通滤波器1的调试

（2）限放电路记微分整流脉冲形成电路的调试

（3）低通滤波器1

（4）比较电路的调试

4．硬件电路板及调试结果波形图

五、总结

本次课程设计分为软件部分和硬件部分。软件部分涉及ORCAD仿真及电路参数的设计，PROTELL的使用。硬件部分包括基本的焊接以及调试。

软件仿真部分要注意参数的设计。

硬件焊接过程中要仔细，以免短路或者虚焊，同时要尽量拉开元器件间的距离以减少干扰。

调试过程中要耐心。用万用表检测出相关节点电压值以判定哪里有短路或虚焊。