數(shù)字通信原理實驗箱FSK(ASK)調制解調實驗

一、實驗目的
1.掌控把握FSK(ASK)調制的作業(yè)原理及電子回路構成。 2.掌控把握運用鎖相環(huán)解調FSK的原理和完成方法。

二、實驗電子回路作業(yè)原理


圖9-1 FSK調制解調電原理框圖

數(shù)字頻率調制是數(shù)值通信中使用較早的一種通信方法。由于這種調制解調方法容易完成，抗噪聲和抗群時延功能較強，因此在無線中低速數(shù)值傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應用。
數(shù)字調頻又可稱作移頻鍵控FSK，它是運用載頻頻率改變來傳遞數(shù)字信息。
數(shù)字幅度調制ASK本實驗箱沒有做成專門的ASK單元，因為只接通FSK調制單元電子回路中相加開關K902的"對1調制"信號，即為ASK調制。
（一） FSK調制電子回路作業(yè)原理
FSK調制解調電原理框圖，如圖9-1所示；圖9-2是它的調制電子回路電原理圖。 寫入的基帶信號分成兩路，一路控制f1=32KHz的載頻，另一路經(jīng)倒相去控制f2=16KHz的載頻。當基帶信號為"1"時，模仿開關1打開，模仿開關2關閉，此時輸出f1=32KHz，當基帶信號為"0"時，模仿開關1關閉，模仿開關2開通。此時輸出f2=16KHz，于是可在輸出端得到已調的FSK信號。
電子回路中的兩路載頻(f1、f2)由內時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生，兩路載頻分別經(jīng)射隨、選頻濾波、射隨、再送至模仿開關U902A與U901B(4066)。
（二） FSK解調電子回路作業(yè)原理
FSK包括電子回路模仿鎖相環(huán)解調器由于功能優(yōu)越，價格低廉，體積小，所以得到了越來越廣泛的應用。解調電子回路電原理圖如圖9-3所示。 FSK包括電子回路模仿鎖相環(huán)解調器的作業(yè)原理是十分簡便的，只要在設計鎖相環(huán)時，使
它鎖定在FSK的一個載頻如f1上，對應輸出高電平，而對另一載頻f2失鎖，對應輸出低電平，那末在鎖相環(huán)路濾波器輸出端就可以得到解調的基帶信號序列。
FSK鎖相環(huán)解調器中的包括鎖相環(huán)選用了MC14046。
壓控振蕩器的中心頻率設計在32KHz。圖9-3中R924、R925、CA901主要用來確定壓控振蕩器的振蕩頻率。R929、C916包括外接低通濾波器，其功能數(shù)值選用要適用環(huán)路功能指標的要求。從要求環(huán)路能快速捕捉、迅速鎖定來看，低通濾波器的通帶要寬些；從提升環(huán)路的跟蹤特性來看，低通濾波器的通帶又要窄些。因此電子回路設計應在適用捕捉時間前提下，盡量減小環(huán)路低通濾波器的帶寬。?
當寫入信號為16KHz時，環(huán)路失鎖。此時環(huán)路對16KHz載頻的跟蹤破壞。
可見，環(huán)路對32KHz載頻鎖定時輸出高電平，對16KHz載頻失鎖時就輸出低電平。只要適當選用環(huán)路功能數(shù)值，使它對32KHz鎖定，對16KHz失鎖，則在解調器輸出端就得到解調輸出的基帶信號序列。關于FSK調制原理波動線見圖9-4所示。

三、實驗內容
測量試驗FSK調制解調電子回路TP901—TP910各測量點波動線，并作詳細解析。
1．按下實驗箱右測電源開關，電源指示燈亮。
2．跳線開關設定：
K901：1－2：碼元速率為2KB/s的111100010011010偽隨機碼或2KHz方波，由薄膜鍵盤選用寫入；
2－3：PC數(shù)值。
K902：1-2和3-4均相連時，調制波動線疊加合成開關。
K903：1－2：在已調信號中加入噪音(模仿實際通信中的信道噪聲, 可在噪聲模型塊中TP108處測得噪聲波動線，W101調動噪聲幅度,幅度不宜過大)；
2－3：不加入噪音（或者跳線拔掉不連）。
SW01：1－2：FSK自環(huán)；
2－3：斷開FSK自環(huán)，F(xiàn)SK可經(jīng)過MODEM連接口完成兩個實驗平臺間的雙工通信（此實驗將在后續(xù)章節(jié)中完成）。
3．電位器調動：
W901：調動32KHz正弦波幅度大小。
W902：調動16KHz正弦波幅度大小。
W903：調動FSK已調信號幅度大小。
W904：調動解調電子回路壓控振蕩器時鐘的中心頻率。
4．調動W904電位器使壓控振蕩器作業(yè)在32KHz（16 KHz行不行）。
5．注意：當基帶信號的碼元速率與載頻信號的頻率相差太近時,FSK解調端輸出測量點TP910輸出應為不平穩(wěn)的輸出波動線。
6．接通開關SW01的1-2腳(自環(huán))或2-3腳(斷開自環(huán))，寫入FSK信號給解調電子回路，注意查看"1"、"0"碼內所含載波的數(shù)目。
7．查看FSK解調輸出TP908～TP910波動線，并作記錄，并同時查看FSK調制端的基帶信號，對比兩者波動線，查看是否有失真。
FSK頻移鍵控原理波動線示意圖（如圖9-4）。



圖9-2 FSK調制電子回路電原理圖



圖9-3 FSK解調電子回路電原理圖

FSK頻移鍵控原理波動線圖（如圖9-4）



圖9-4 FSK頻移鍵控原理波動線圖

四、測量點說明
TP901：32KHz方波信號，由U101芯片(EPM7128)編程產(chǎn)生。
TP902：16KHz方波信號，由U101芯片(EPM7128)編程產(chǎn)生。
TP903：32KHz載波信號，可調動電位器W901改變幅度
TP904：16KHz載波信號，可調動電位器W902改變幅度
TP905：作為數(shù)字基帶信碼信號寫入，由開關K901決定。
K901的1與2相連：碼元速率為2KHz的111100010011010碼或2KHz方波由薄膜鍵盤選用寫入；
K901的2與3相連： PC數(shù)值寫入。
TP906：FSK調制信號輸出，此測量點需使用雙蹤對比測量，另一蹤（觸發(fā)）測量TP905。
K902的1-2相連、3-4斷開時，TP906為32KHz載波FSK調制信號輸出；
K902的1-2斷開、3-4相連時，TP906為16KHz載波FSK調制信號輸出；
K902的1-2和3-4均相連時，TP906為FSK調制信號疊加輸出。
TP907：衰減或放大的FSK調制信號輸出。
K903的1-2腳相連時，在調制信號中加入噪聲，電位器W101調節(jié)噪聲幅度(可在TP108處測得波動線)，模仿實際通信中的信道傳輸。
TP908：FSK解調信號寫入。
SW01的1－2腳相連時：FSK自環(huán)，即同一平臺上調制解調；
SW01的2－3相連時：FSK自環(huán)斷開，F(xiàn)SK可經(jīng)過MODEM連接口完成兩個實驗平臺間的雙工通信。
TP909：FSK解調電子回路中壓控振蕩器輸出時鐘的中心頻率，正常作業(yè)時應為32KHz左右，頻偏不應大于2KHz，若有偏差，可調動電位器W904。
TP910：FSK解調信號輸出，即數(shù)字基帶信碼信號輸出，波動線同TP905。
注：在FSK解調時，數(shù)字基帶信號的頻率與載頻的頻率應適用4F ≤ fc2的關系，否則它們的頻譜重疊，F(xiàn)SK解調電子回路解調不出此時的數(shù)字基帶信碼信號。

五、實驗報告要求
1.畫出FSK、ASK各主要測量試驗點波動線。
2.寫出改變4046的哪些外圍元件功能數(shù)值對其解調正確輸出有影響?
3.解析其輸出數(shù)字基帶信號序列與發(fā)送數(shù)字基帶信號序列相比有否產(chǎn)生延遲，什么現(xiàn)象下會出現(xiàn)解調輸出的數(shù)字基帶信號序列反向的問題?

--8621D 通信原理綜合實驗箱(增強型)

一、設備簡介
--8621D通信原理綜合實驗箱是針對電子和通信工程類專業(yè)學生，系統(tǒng)完成《通信原理》等現(xiàn)代通信技術相關課程實驗專門研制的實驗平臺。
該實驗平臺最大的特別點是系統(tǒng)性強，它真實再現(xiàn)了：信源的模數(shù)變換、模仿調制、信道擬真、模仿解調、信宿的數(shù)模變換的頻帶傳輸過程；光纖傳輸、幀同步位同步、糾錯譯碼、解復接、信宿的數(shù)模變換的基帶傳輸過程；信源、信源編碼、碼分復用、傳輸、碼分解復用、信源譯碼、信宿的位移傳輸過程；
通信原理綜合實驗箱全部應用模型塊化構造，各模型塊既能完成完整通信系統(tǒng)中對應單元部分實驗，又能由學生用單元模型塊組建一個完整通信系統(tǒng)實行系統(tǒng)實驗，從而有助于學生理解通信系統(tǒng)中各要素的作用；實驗平臺把通信系統(tǒng)中涉及的基礎電子回路、終端編譯碼、調制解調、信道傳輸?shù)戎匾恼n程課程理論安排了相應的實驗內容；實驗平臺既有基礎性實驗，又有應用新技術新器件（FPGA、DSP）等提升型實驗，從而完成一個課程課程理論檢驗性、綜合性、二次研發(fā)性，由低向高的系統(tǒng)學習掌控把握過程。經(jīng)過這些實驗能夠促進學生對《通信原理》課程內容的理解、掌控把握，并使學生對通信系統(tǒng)、當今新技術、工程完成有一個較全面的理解。系統(tǒng)應用"主板+實驗模型塊"相集合的靈活構造，方便學校選用、定制、多加功能、硬件升級。
二、技術功能數(shù)值參考規(guī)格
1、應用了"底層基板+實驗模型塊"的構造，不僅按實驗內容與功能將電子回路模型塊化，而而且各個模型塊單單獨設計，能便利地結合實行單元實驗和多種單/雙工通信系統(tǒng)實驗。
2、實驗模型塊的寫入輸出信號全部應用鉚孔開放出來，由實驗者按照實驗需要實行連接結合，增強實驗者的參與性。
4、每個實驗模型塊全部應用有機玻璃覆蓋保護，便利實驗室管理。
5、實驗中的重要功能數(shù)值全部可以調動或設定，便利實驗者解析對比。
6、可完成單元、系統(tǒng)實驗幾十項，涵蓋了終端編譯碼、線路編譯碼、調制解調、光纖、位移等方面的內容。
7、內置函數(shù)信號源、數(shù)字信號源、電話連接口、計算機數(shù)值數(shù)值連接口、同軸電纜信道、兩個收發(fā)一體光端機信道、音頻功放等功能模型塊，詳細見"系統(tǒng)構成" 項。
8、內置4組穩(wěn)壓電源，全部設定有短路軟截至保護自動恢復功能，并提供電源輸出連接口。
9、系統(tǒng)涉及了計算機數(shù)值數(shù)值通信、MS51、DSP、CPLD等多種技術，并留有研發(fā)連接口，二次研發(fā)性強。
三、實驗類型
A.通信原理部分
第一部分 基礎實驗
實驗1 DDS信號發(fā)生器實驗
實驗2 模仿信號源實驗
實驗3 CPLD可編程邏輯器件實驗
實驗4 接收濾波放大器實驗
實驗5 數(shù)值通信實驗
第二部分 原理實驗
實驗1 基帶信號的常見碼型變換實驗
實驗2 抽樣定理及其應用實驗
實驗3 PCM編譯碼系統(tǒng)實驗
實驗4 ADPCM編譯碼系統(tǒng)實驗
實驗5 CVSD編譯碼系統(tǒng)實驗
實驗6 FSK（ASK）調制解調實驗
實驗7 相位鍵控PSK（DPSK）調制解調實驗
實驗8 數(shù)字同步技術實驗
實驗9 眼圖查看測量實驗
實驗10 線路成形與頻分復用
實驗11 時分復用與解復用
實驗12 碼分復用與解復用
實驗13 數(shù)字頻率合成實驗
實驗14 AMI/H-3編譯碼實驗
實驗15 卷積編譯碼及糾錯能力檢驗實驗
實驗16 漢明碼編譯碼及糾錯能力檢驗實驗
實驗17 漢明、交織碼編譯碼及糾錯能力檢驗實驗
實驗18 循環(huán)碼編譯碼及糾錯能力檢驗實驗
第三部分 綜合實驗
實驗1 信源、PCM、H-3傳輸系統(tǒng)實驗
實驗2 信源、PCM、漢明碼傳輸系統(tǒng)實驗
實驗3 信源、PCM、漢明、交織碼傳輸系統(tǒng)實驗
實驗4 信源、CVSD、漢明碼傳輸系統(tǒng)實驗
實驗5 信源、CVSD、漢明、交織碼傳輸系統(tǒng)實驗
實驗6 信源、時分復接/解復接系統(tǒng)實驗
實驗7 信源、碼分復接/解復接系統(tǒng)實驗
第四部分 設計實驗
實驗1 PCM時序控制實驗
實驗2 CMI編譯碼完成實驗
實驗3 絕對/相對碼變換實驗PC機數(shù)值、PSK傳輸系統(tǒng)實驗
實驗4 PC機數(shù)值、FSK傳輸系統(tǒng)實驗
實驗5 碼型變換、基帶編碼研發(fā)實驗
四、標準配備表

序號	分類	硬件名稱	標號	說明
1	主 板 硬 件 模 塊	函數(shù)發(fā)生器（正弦波、三角波、方波）	模型塊一	頻率0.3～10KHZ連續(xù)可調，幅度0～10V連續(xù)可調
2		同步信號發(fā)生器	模型塊二	頻率2KHZ，幅度0～10V連續(xù)可調
3		抽樣脈沖產(chǎn)生模型塊	模型塊三	頻率8KHZ, 頻率2～35KHZ連續(xù)可調
4		計算機數(shù)值數(shù)值連接口模型塊	模型塊四	提供發(fā)送輸出、接收寫入的連接連接口
5		電源引接模型塊	模型塊五	提供-12V、+12V、+5V、-5V等系統(tǒng)電源，另提供輸出連接口
6		同軸電纜傳輸模型塊	模型塊六	同軸電纜傳輸
7		眼圖查看模型塊	模型塊七	可查看噪聲、串擾、理想眼圖
8		PCM編碼記錄模型塊	模型塊八	自動處置整理PCM編碼數(shù)值
9		功放模型塊	模型塊十	提供多組濾波器、音頻功放、喇叭
10		話筒模型塊	模型塊十一	提供話音寫入
11	系統(tǒng) 及 備品備件 部分	PPT多媒體課件	贈送	擬真電子回路和實驗箱電子回路相一致
12		實驗指導書電子文檔（Word）	贈送
13		實驗指導書	贈送
14		電源線	贈送
15		USB線	贈送
16		信號連接線	贈送

實驗模型塊：標準配備

1	時鐘與基帶數(shù)值發(fā)生模型塊	提供系統(tǒng)時鐘和各類數(shù)字信號源
2	PAM脈沖幅度調制模型塊	完成抽樣定理、PAM調制、傳輸模仿實驗
3	PCM/ADPCM編譯碼模型塊	完成PCM、ADPCM編譯碼單元實驗
4	CVSD增量調制編譯碼模型塊	完成CVSD編譯碼單元實驗
5	AMI /H-3編譯碼模型塊	完成AMI /H-3編譯碼單元實驗
6	噪聲模型塊	模仿白噪聲信道
7	數(shù)字頻率合成模型塊	完成壓控振蕩器、頻率合成實驗
8	FSK(MSK)調制模型塊	完成MSK、FSK調制實驗
9	FSK(MSK)解調模型塊	完成MSK、FSK解調實驗
10	BPSK(DPSK)調制模型塊	完成BPSK、DPSK調制實驗
11	BPSK(DPSK)解調模型塊	完成BPSK、DPSK解調實驗
12	復接/解復接、同步提取模型塊	完成多種數(shù)值的時分復接解復接、碼分復接解復接、位同步幀同步提取實驗
13	卷積、漢明、交織、循環(huán)編碼模型塊	完成卷積、漢明、交織、循環(huán)編碼實驗，多種碼型變換
14	卷積、漢明、交織、循環(huán)傳輸模型塊	信道擬真
15	卷積、漢明、交織、循環(huán)譯碼模型塊	完成漢明、交織、循環(huán)譯碼實驗