2fsk仿真

《电力系统自动化》课程设计任务书题目FSK调制与解调电路设计及仿真实现学生姓名学号专业班级设计内容与要求一、设计内容1.了解电力系统远动信息传输系统的主要功能环节。2.熟悉数字调频技术的有关原理和实现方法。3.运用所学的知识，设计FSK调制解调电路。4.学习和掌握ORCAD软件的应用，掌握在capture环境建立仿真原理图。5.掌握模、数混合电路建立以及仿真的基本方法。6.撰写设计报告，报告要求有以下内容：1）画出所设计电路的原理图。2）对电路中各功能环节的工作原理进行分析。3）针对所设计的电路，说明各种器件参数选择的理由。4）画出各环节的波形图，并对仿真结果进行分析，验证设计的正确性。5）分析电路调试过程所遇到的问题，提出合理的解决方案。6）课程设计的结论。二、设计要求1.掌握电力系统远动信息传输的基本过程。2.掌握电力系统远动信息过程中FSK数字调幅与解调的基本原理。3.学会使用ORCADPSPICEA/D进行仿真的基本方法。针对FSK调制原理，设计FSK调制解调电路，并在PSPICE环境进行仿真，观察各环节的波形，并做出正确分析。起止时间2011年12月12日至2011年12月16日指导教师签名年月日系（教研室）主任签名年月日学生签名年月日一、前言：.................................................................................................3二、调制解调原理：...............................................................................41、二进制频移键控调制（2FSK）原理解析.....................................42、2FSK信号的解调.............................................................................4三、电路设计原理图：..........................................................................6四、功能模块和波形及其分析............................................................71、调制过程（信号的产生和波形及分析）.......................................7（1）、基波信号的产生............................................................................7（2）、载波信号的产生和波形及分析...................................................7（3）、基波数字信号载波调制................................................................82、解调过程（谐振、二极管检波、滤波、抽样判决）...................9（1）、谐振模块（LC谐振回路）.........................................................9（2）、二极管检波电路设计..................................................................10（3）、滤波环节设计...............................................................................11（4）、判决环节的设计...........................................................................11五、结果分析..........................................................................................13六、总结....................................................................................................14七、参考文献..........................................................................................15一、前言：一般的数字调制技术，如幅度键控（ASK）、移相键控（PSK）和移频键控（FSK）三种。对数字调制和解调器技术的要求如下：（1）、在信道衰落条件下，误码率要尽可能低；（2）、发射频谱窄，对相邻信道干扰小；（3）、高效率的解调，以降低移动台功耗，进一步缩小体积和成本；（4）、能提供较高的传输速率；（5）、易于集成。总之，我们所采用的调制技术的最终目的就是使得调制以后的信号对干扰有较强的抵抗作用，然后解调出基波信号即可，以下就是关于调制解调的课程设计，我采用的是FSK进行设计和orcadPSpice进行仿真。二、调制解调原理：1、二进制频移键控调制（2FSK）原理解析数字频率调制又称频移键控（FSK）、二进制频移键控记作2FSK，数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。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）的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的，从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。2FSK键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行迭通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。2FSK信号的产生方法及波形示例如图所示：采用二元码制时，用一个高一些的频率fff01来表示数码“1”，而用一个低一些的频率fff02来表示数码“0”.下图给出用键控法实现2FSK信号的电路框图，两个独立的载波发生器的输出受控于输入的二进制信号，按“1”或“0”分别选择一个载波作为输出。2、2FSK信号的解调数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。如：包络检测法包络检波法可视为由两路2ASK解调电路组成。这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的2ASK信号带宽；中心频率不同，分别为（f1、f2）起分路作用，用以分开两路f1振荡器选通开关反向器相加器f2振荡器选通开关基带信号2ASK信号，经包络检测后分别取出它们的包络；抽样判决器起比较作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。调制的流程如下：①产生基波信号和不同频率的的载波信号②将基波数字信号进行载波调制解调的流程如下:①谐振电路的设计②检波电路的设计③滤波电路的设计④抽样判决电路的设计三、电路设计原理图：如下图电路设计为调制解调的原理设计图，主要分为调制过程和解调过程。四、功能模块和波形及其分析1、调制过程（信号的产生和波形及分析）（1）、基波信号的产生V3作为载波信号，高电平为5V，低电平为0V，延迟时间TD＝0ms，上升时间TR=0.001us，下降时间TF=0.001us,脉冲宽度PW=1ms，脉冲周期PER=2ms.Time0s2ms4ms6ms8ms10ms12ms14ms16ms18ms20msV(V3:+)0V2.5V5.0V0s2ms4ms6ms8ms10ms12ms14ms16ms18ms20msU2A:Y(2)、载波信号的产生和波形及分析V1作为载波信号，高电平为5V,低电平为0V，延迟时间TD=0ms，上升时间TR=0.001us,下降时间TF=0.001us,脉冲宽度PW＝20us,脉冲周期PER＝40us,则HZTf10025.0104066111Time0.5ms1.0ms1.5ms2.0ms2.5ms3.0ms3.5ms4.0ms0.1msV(U1A:A)0V2.5V5.0V0.5ms1.0ms1.5ms2.0ms2.5ms3.0ms3.5ms4.0ms0.1msU2A:YV2作为载波信号，高电平为5V，低电平为0V，延迟时间TD=0us,上升时间TR＝0.001us,下降时间TF＝0.001us,脉冲宽度PW=4us,脉冲周期PER＝8us,则HZTf10125.010866211Time0.500ms0.600ms0.700ms0.800ms0.900ms1.000ms1.065msV(V2:+)2.00V3.00V1.31V3.78V0.500ms0.600ms0.700ms0.800ms0.900ms1.000ms1.065msU2A:Y（3）、基波数字信号载波调制V1产生的信号和V3的基波信号通过U1A与门相与，当然我们也可以用乘法器代替7048，输出以下波形，即将基波数字信号的“1”加载到载波信号V1上。Time1.00ms2.00ms3.00ms4.00ms5.00ms6.00ms0.05msV(U1A:Y)0V2.0V4.0V1.00ms2.00ms3.00ms4.00ms5.00ms6.00ms0.05msU2A:YV2产生的信号和V3的基波信号通过U2A非门在经过U1B与门相与，输出以上波形，即将基波数字信号的“0”加载到载波信号V2上。Time0.50ms1.00ms1.50ms2.00ms2.50ms3.00ms3.50ms4.00ms0.05msV(U1B:Y)0V2.0V4.0V0.50ms1.00ms1.50ms2.00ms2.50ms3.00ms3.50ms4.00ms0.05msU2A:Y通过加法器将V1和V2已载波信号相加，即得到实际V3的调制信号波：Time0.50ms1.00ms1.50ms2.00ms2.50ms3.00ms3.50ms4.00ms0.07msV(SUM1:OUT)0V2.0V4.0V0.50ms1.00ms1.50ms2.00ms2.50ms3.00ms3.50ms4.00ms0.07msU2A:Y2、解调过程（谐振、二极管检波、滤波、抽样判决）（1）、谐振模块（LC谐振回路）即将与谐振电路同频率的信号进行谐振放大。它是最基本的选频网络，能过公式LCf21确定选择的频率。能够起到滤除不需要的杂波、谐波，选出需要的频率的作用。这里HZff10025.061，得到mHL1.01,nFC4061。这样就会使信号进行谐振放大。如下图所示：Time0.50ms1.00ms1.50ms2.00ms2.50ms3.00ms3.50ms4.00ms0.05ms4.38msV(C1:2)-2.5V0V2.5V5.0V0.50ms1.00ms1.50ms2.00ms2.50ms3.00ms3.50ms4.00ms0.05ms4.38msU2A:Y（2）、二极管检波电路设计谐振之后，f1开始在－2.5V和+5.5V之间振动，检波电路主要由检波二极管VD1构成。在检波电路中，调幅信号加到检波二极管的正极，这时的检波二极管工作原理与整流电路中的整流二极管工作原理基本一样，利用信号的幅度使检波二极管导通。一个交流信号，只是信号的幅度在变化。这一信号加到检波二极管正极，正半周信号使二极管导通，负半周信号使二极管截止，这样相当于整流电路工作一样，在检波二极管负载电阻R1上得到正半周信号的包络。从检波电路中可以看出，高频滤波电容C2接在检波电路输出端与地线之间，由于检波电路输出端的三种信号其频率不同，加上高频滤波电容C2的容量取得很小，这样C2对三种信号