杭电通信系统专业课程设计实验报告.doc

通信系统课程设计实验报告

姓 名： 田昕煜
学 号： 13081405
班 级： 通信四班
班级号： 13083414

基于FSK调制PC机通信电路设计
一、目、内容与规定
目：掌握用FSK调制和解调实现数据通信办法,掌握FSK调制和解调电路中有关模块设计办法。初步体验从事通信产品研发过程.
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。
规定：合理设计各个电路，尽量使仿真时频率响应和其她参数达到设计规定。尽量选取符合标称值元器件构成电路，对的完毕电路调试。
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/幅度调节电路完毕电平变换，再通过锁相环（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），再通过低通滤波器2，变成平滑正弦波，最后通过线圈实现单端到差分信号转换。
信号解调过程如下：
一方面通过带通滤波器1，滤除带外噪声，实现信号提取。在本设计中FSK信号解调方式是过零检测法。因此还要通过比较器使正弦信号变成方波，再通过微分、整流电路和低通滤波器1实现信号解调，最后通过比较器使解调信号成为TTL电平。在示波器上会看到接受数据和发送数据是一致。
各重要电路模块作用：
电平/幅度调节电路：完毕TTL电平到VCO控制电压调节；
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：完毕单端信号和差分信号互相转换；
带通1：对带外信号抑制，完毕带内信号提取；
限放电路：正弦波整形成方波，同步保存了过零点信息；
微分、整流、脉冲形成电路：完毕信号过零点提取；
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)-- 接受滤波器（对带外信号抑制，完毕带内信号提取）
规定通带：26KHz—46KHz，通带波动3dB；
阻带截止频率：fc＝75KHz时，规定衰减不不大于10dB。经分析，二级四阶巴特沃斯带通滤波器来提取信号。
详细数值和电路见图1仿真成果见图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
这两个低通指标同样，可用一通带（0-20KHz）波动为3dB，3dB截止频率为20KHz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=86.9k，R3=57.2k
详细数值和电路见图3仿真成果见图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。
详细数值和电路见图5仿真成果见图6。

图5

图6
(4)限放电路设计 —正弦波整形成方波，同步保存了过零点信息
限放电路采用过零点比较器（LM339）制作，比较电压为0，即当输入信号电压在零点处变化时，输出信号发生阶跃。
比较电压值就是R8上电压，即输入直流电压在R8上分压。要使比较电压为0，则R4与R8比值应尽量大，使R8上电压尽量接近于0。在图7中，R4与R8比值为10：1，因此进入电压比较器LM339第5脚电压接近于0，满足了比较电压规定。
此外，电路中规定R3与R1、R2相加值比值应等于R4与R8比值，在实际电路中取R3=R4=100k，R8=10k，R1=R2=5.1k，符合了规定。
详细数值和电路见图7仿真成果见图8。

图7

图8
(5)微分、整流、脉冲形成电路
R1和C1构成一种微分电路，作为方波信号高电平输出。R2和C2构成另一种微分电路，作为方波信号低电平输出。
详细数值和电路见图9仿真成果见图10。

图9

图10
(6)比较器 —把初步解调后信号转换成TTL电平
比较器电路形式与限幅放大电路相似，只是比较电压不同。它比较电压即R1和R2上分压值，这个比较电压值也是输入方波信号高电平与低电平平均值。这里取R1=40k，R2＝6k，R3=3k，R4=10meg，实际电路中，R2为一10k可调电阻。
详细数值和电路见图11仿真成果见图12。

图11

图12
(7)电平/幅度调节电路 —完毕TTL电平到VCO控制电压调节
依照VCO电路实际调试成果得出与各频率相相应输入电压即电平/幅度调节电路输出电压，并据此进行Pspice仿真。
在实际电路中R1＝75k，Rf是一阻值为10k可调电阻，因此调节Rf可以变化输出Vo大小，若减小Rf，则Vo增大；若增大Rf，则Vo减小，据此进行电路调节，使输出符合规定。而电阻R2、R3分压值决定了输出Vo中心电平，在实际电路中，R2为一阻值为10k可调电阻，变化R2，可以调节输出Vo中心电平，使输出满足规定。
中心频率fo=35kHz时相应电压为1.9V，f=30kHz相应电压为1.74V，f=40kHz相应电压为2.08V，这就是电路输出直流电压分量和方波信号电压范畴。其中直流电压就是TL084第3脚输入电压V1，即5V电源电压在R3上分压。按比例计算得R2、R3值。输出方波信号电压Vo由R2、Rf来调节，使之高低电平分别为1.74V和2.08V，在Pspice仿真中使用参数扫描，得到符合规定R2、Rf值。
详细数值和电路见图13仿真成果见图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与否对的，然后进行调试。
2. 调制调试
（1） 锁相环调试
断开S3。调节R28，使CD4046输出（4号脚）为 35KHZ方波；
在S3圆脚加入调制数据，0为GND，1为5VCC，调节电位器R30，使CD4046输出分别为30KHZ和40KHZ；
（2） 低通滤波器2调试
断开S2，观测低通滤波器2频率特性。S2圆角输入Vpp为1V，频率为5K-50K正弦波信号（每次增长5KHZ），在U1（TL084）第8引脚观测输出波形，记录Vpp，与仿真成果比较；
（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输出成果；
3.解调调试：
（1）带通滤波器1调试
（2）限放电路记微分整流脉冲形成电路调试
（3）低通滤波器1
（4）比较电路调试
4．硬件电路板及调试成果波形图

五、总结
本次课程设计分为软件某些和硬件某些。软件某些涉及ORCAD仿真及电路参数设计，PROTELL使用。硬件某些涉及基本焊接以及调试。
软件仿真某些要注意参数设计。
硬件焊接过程中要仔细，以免短路或者虚焊，同步要尽量拉开元器件间距离以减少干扰。
调试过程中要耐心。用万用表检测出有关节点电压值以鉴定哪里有短路或虚焊。