【正文】 43 / 43信號與線性系統(tǒng)課程設計報告FM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設計摘要：調(diào)頻和調(diào)相是廣泛采用的兩種調(diào)角的基本調(diào)制方式。其中調(diào)頻（FM）是載波信號的頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化；調(diào)相（PM）是載波信號的相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化。兩種調(diào)制方式都表現(xiàn)為信號的瞬時相位受到調(diào)變。調(diào)頻波的解調(diào)稱為鑒頻；調(diào)相波的解調(diào)稱為鑒相。在掌握模擬系統(tǒng)FM和PM調(diào)制與解調(diào)原理和設計方法的基礎上， 可以通過MATLAB進行編程仿真實現(xiàn)對系統(tǒng)的時域、頻域特性分析，可以通過Simulink動態(tài)建模和Labview虛擬儀器對系統(tǒng)進行仿真，檢測所設計系統(tǒng)的功能，還可以通過GUI設計實現(xiàn)針對該系統(tǒng)的圖形用戶界面。關鍵詞：調(diào)制，解調(diào)，系統(tǒng)，仿真一、 課題的目的本課程設計課題主要研究FM 調(diào)制與解調(diào)模擬系統(tǒng)的理論設計和軟件仿真方法。通過完成本課題的設計，擬主要達到以下幾個目的：1．掌握模擬系統(tǒng)FM 調(diào)制與解調(diào)的原理。2．掌握模擬系統(tǒng)FM 調(diào)制與解調(diào)的設計方法； 3．掌握應用MATLAB分析系統(tǒng)時域、頻域特性的方法，進一步鍛煉應用Matlab進行編程仿真的能力；4．熟悉基于Simulink的動態(tài)建模和仿真的步驟和過程；5．了解基于LabVIEW虛擬儀器的特點和使用方法，熟悉采用LabVIEW進行仿真的方法。二、 課題任務設計FM調(diào)制與解調(diào)模擬系統(tǒng)，仿真實現(xiàn)相關功能。 包括: 可實現(xiàn)單音調(diào)制的FM調(diào)制及解調(diào)、PM調(diào)制及解調(diào)的系統(tǒng)設計及仿真，要求給出系統(tǒng)的設計框圖、源程序代碼及仿真結(jié)果，并要求給出程序的具體解釋說明，記錄系統(tǒng)的各個輸出點的波形和頻譜圖。具體內(nèi)容為：(1）設計FM調(diào)制與解調(diào)、PM調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，給出系統(tǒng)的原理框圖,對系統(tǒng)的主要參數(shù)進行設計說明。(2）采用Matlab語言設計相關程序,實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求采用兩種方式進行仿真，即直接采用Matlab語言編程的靜態(tài)仿真方式、采用Simulink進行動態(tài)建模和仿真的方式。要求采用兩種以上調(diào)制信號源進行仿真，并記錄系統(tǒng)的各個輸出點的波形和頻譜圖。(3)采用LabVIEW進行仿真設計,實現(xiàn)系統(tǒng)的功能,要求給出系統(tǒng)的前面板和框圖，采用兩種以上調(diào)制信號源進行仿真，并記錄仿真結(jié)果。(4)要求對系統(tǒng)的時域、頻域特性進行分析，并與理論設計結(jié)果進行比較分析。(5)對系統(tǒng)功能進行綜合測試，整理數(shù)據(jù)，撰寫設計報告。三、 設計方案論證調(diào)頻（FM）：載波信號的頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化；調(diào)相（PM）：載波信號的相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化；兩種調(diào)制方式均表現(xiàn)為載波信號的瞬時相位收到調(diào)變。在設計調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）系統(tǒng)時，由于調(diào)頻（FM）可以看成是相位按調(diào)制信號的時間積分值規(guī)律變化的的調(diào)相信號，故可以都借助調(diào)相系統(tǒng)，只是調(diào)頻時，需先將調(diào)制信號積分以后再通過調(diào)相系統(tǒng)。設計調(diào)相系統(tǒng)時，在確定載波幅度和頻率、調(diào)制信號幅度和頻率、調(diào)頻或調(diào)相比例常數(shù)后，將調(diào)制信號與比例常數(shù)的乘積（調(diào)相時）或 調(diào)制信號積分以后與比例常數(shù)的乘積（調(diào)頻時），即可完成調(diào)相功能。由于等幅調(diào)頻波通過延時網(wǎng)絡以后，在限制Ωτ0≤π/12(Ω為調(diào)制信號的角頻率，τ0為延時量)的條件下，輸出調(diào)頻波與輸入時相比會產(chǎn)生附加相移，該附加相移反映了輸入調(diào)頻波的瞬時頻率變化，即輸出為調(diào)頻調(diào)相波，再將其通過鑒相器即可完成鑒頻。此即相位鑒頻器的理論設計模型。假設調(diào)相波和載波之間的相位差為?φ，使調(diào)相波產(chǎn)生900固定相移后，和載波一起通過相乘器，再通過低通濾波器后，輸出波在限制|?φ|≤π/12的條件下，幅度反映了輸入調(diào)相波的瞬時相位變化，即完成了鑒相功能。此即乘積型鑒相器的理論設計模型。故在設計鑒頻（FM）和鑒相（PM）系統(tǒng)時，只需在確定系統(tǒng)參數(shù)的情況下，按上述原理完成相位鑒頻器和乘積型鑒相器的功能即可完成相應的解調(diào)功能。在MATLAB靜態(tài)編程仿真部分，將上述原理轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)學關系，即可完成編程；在Simulink動態(tài)建模仿真部分，根據(jù)上述原理選擇合適的模型，并做合適的參數(shù)設置，即可完成系統(tǒng)方框圖的設計；在Labview仿真部分，根據(jù)上述原理選擇合適的函數(shù)和控件，并做合適的參數(shù)設置，即可完成前面板和程序框圖的設計；在GUI圖形用戶界面設計部分，在了解設計方法的基礎上，根據(jù)上述原理給添加的按鈕或文本框添加對應的代碼，即可實現(xiàn)圖形用戶界面。四、 設計內(nèi)容、步驟和要求(1) 設計實現(xiàn)FM、PM調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，給出系統(tǒng)的原理框圖,對系統(tǒng)的主要參數(shù)進行設計說明,具體參數(shù)包括：載波頻率、調(diào)制信號頻率、載波大小、調(diào)制信號大小、調(diào)制系數(shù)等參數(shù)。并對所設計的系統(tǒng)進行理論分析計算。(2) 根據(jù)所設計的FM、PM調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，進行基于Matlab語言的靜態(tài)仿真設計。分別實現(xiàn)單音調(diào)制的FM調(diào)制及解調(diào)、PM調(diào)制及解調(diào)的系統(tǒng)仿真設計，要求給出系統(tǒng)的Matlab編程仿真程序及結(jié)果，并要求寫出程序的具體解釋說明，記錄系統(tǒng)的各個輸出點的波形和頻譜圖。要求調(diào)制信號分別采用不同類型的信號進行仿真，至少給出兩種以上調(diào)制信號源，具體參數(shù)自定。載波信號頻率根據(jù)設計情況設定。(3) 根據(jù)所設計的FM、PM調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，采用Simulink進行動態(tài)建模仿真設計。分別實現(xiàn)單音調(diào)制的FM調(diào)制及解調(diào)、PM調(diào)制及解調(diào)的系統(tǒng)動態(tài)仿真設計，要求包括調(diào)制和解調(diào)的部分，并給出采用Simulink進行動態(tài)建模仿真的系統(tǒng)方框圖，同時記錄系統(tǒng)的各個輸出點的波形和頻譜圖。要求采用兩種以上調(diào)制信號源進行仿真，具體參數(shù)自定。載波信號頻率根據(jù)設計情況設定。(4) 根據(jù)仿真結(jié)果,對系統(tǒng)的時域、頻域特性進行分析，并與理論設計結(jié)果進行比較分析。 拓展部分(1) 根據(jù)所設計的FM、PM調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，說明具體的參數(shù)，進行基于LabVIEW環(huán)境的仿真，分別實現(xiàn)單音調(diào)制的FM調(diào)制及解調(diào)、PM調(diào)制及解調(diào)的系統(tǒng)仿真設計，要求包括調(diào)制和解調(diào)的部分，給出系統(tǒng)的前面板和框圖，并記錄仿真結(jié)果。(2) 要求調(diào)制信號采用不同類型的信號源，進行進一步的仿真，給出系統(tǒng)的前面板和框圖，并記錄仿真結(jié)果，觀察分析頻譜的變化情況。(3) 比較分析采用以上兩種軟件環(huán)境：Matlab與LabVIEW，進行仿真的各自的特點，分析說明不同語言環(huán)境的各自優(yōu)勢。 選作部分(1) 根據(jù)所設計的FM、PM調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，采用Matlab語言設計相關程序，并且利用GUI設計圖形用戶界面。(2) 分析比較采用Matlab語言的GUI設計圖形用戶界面與采用LabVIEW進行設計的各自的特點。五、 實驗具體過程、結(jié)果與分析實現(xiàn)FM、PM調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)的原理框圖：圖3 相位鑒頻器原理框圖圖1 間接調(diào)頻原理框圖圖4 乘積型鑒相器原理框圖圖2 矢量合成法調(diào)相原理框圖㈠MATLAB靜態(tài)編程仿真⒈FM和PM的調(diào)制⑴程序流程圖：確定系統(tǒng)的主要參數(shù)構(gòu)建調(diào)制信號和載波信號調(diào)頻OR調(diào)相對調(diào)制信號積分與相應的比例常數(shù)相乘加到載波的相位上得到調(diào)頻或調(diào)相信號調(diào)頻調(diào)相⑵編程仿真程序代碼參數(shù)設置為：調(diào)制信號頻率：10Hz；調(diào)制信號幅度：1V；載波信號頻率：100Hz；載波信號幅度：1V；調(diào)頻比例常數(shù)kf：2000；調(diào)相比例常數(shù)kp：100；采樣頻率fs: 500Hz。①正弦波：T=。%采樣間隔fs=1/T。%采樣頻率N=256。%采樣點數(shù)n=0:N1。t=n*T。vx=cos(2*pi*10*t)。%調(diào)制信號int_vx(1)=0。for i=1:(length(t)1) int_vx(i+1)=int_vx(i)+vx(i)*T。endvc=cos(2*pi*100*t)。%載波信號kf=2000。%調(diào)頻比例常數(shù)vf=cos(2*pi*100*t+2*pi*kf*int_vx)。%調(diào)頻信號VX=fft(vx,N)。VC=fft(vc,N)。VF=fft(vf,N)。f=n*fs/N。figure(1)subplot(3,2,1)plot(vx)。title(39。時域調(diào)制信號39。)grid onsubplot(3,2,2)plot(f(1:N/2),abs(VX(1:N/2)))。title(39。頻域調(diào)制信號39。)xlabel(39。Hz39。)grid onsubplot(3,2,3)plot(vc)。title(39。時域載波信號39。)grid onsubplot(3,2,4)plot(f(1:N/2),abs(VC(1:N/2)))。title(39。頻域載波信號39。)xlabel(39。Hz39。)grid onsubplot(3,2,5)plot(vf)。title(39。時域調(diào)頻信號39。)grid onsubplot(3,2,6)plot(f(1:N/2),abs(VF(1:N/2)))。title(39。頻域調(diào)頻信號39。)xlabel(39。Hz39。)grid onkp=100。%調(diào)相比例常數(shù)vp=cos(2*pi*100*t+kp*vx)。%調(diào)相信號VP=fft(vp,N)。figure(2)subplot(3,2,1)plot(vx)。title(39。時域調(diào)制信號39。)grid onsubplot(3,2,2)plot(f(1:N/2),abs(VX(1:N/2)))。title(39。頻域調(diào)制信號39。)xlabel(39。Hz39。)grid onsubplot(3,2,3)plot(vc)。title(39。時域載波信號39。)grid onsubplot(3,2,4)plot(f(1:N/2),abs(VC(1:N/2)))。title(39。頻域載波信號39。)xlabel(39。Hz39。)grid onsubplot(3,2,5)plot(vp)。title(39。時域調(diào)相信號