【文章內容簡介】 晶振 D/A 固定分頻 可變分頻 脈沖形成 帶通濾波器 整形 鑒頻 判決 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 4 頁 共 44 頁 圖 基于 FPGA 調制原理 框圖 基于 FPGA 的解調中，是由分頻器，寄存器，計數(shù)器，判決器組成的。其中分頻器是一種基本電路，通常用來對某個頻率進行分頻得到所需的頻率，整數(shù)分頻器可采用計數(shù)器設計實現(xiàn)。判決器是對到來的碼元按照判決門限進行判決 [5]。其具體的解調原理框圖如圖 所示 。 圖 基于 FPGA 解調原理框 圖 方案三：基于 MATLAB 的 FSK 方案設計 基于 MATLAB 的 FSK 仿真中， 數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。從原理上講， 2FSK 信號的產生方法有兩種： ，即用數(shù)字基帶信號作為調制信號進行調頻。 基帶信號 FSK 信號 圖 模擬法 ， 注意：選通開關也可用乘法器。 圖 鍵控法 頻移鍵控信號常用的解調方式有多種，其有相干解調、非相干解調（包絡檢測法）、過零檢測法、鑒頻法和差分檢波法等等。 ，具體原理框圖如圖 所示 。 clk start 載波 2 分頻器 2 已調信號 二選一 選通開關 載波 1 分頻器 1 基帶信號 clk start 寄存器 判決 計數(shù)器 分頻器 基帶信號 基帶信號 模擬調頻器 振蕩器 1 相加器 反相器 選通開關 振蕩器 2 選通開關 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 5 頁 共 44 頁 圖 非相干解調法 原理框圖 ，具體 原理框圖如圖 所示 。 圖 相干解調法原理框圖 ，具體原理框圖如圖 所示 。 圖 過零檢測法原理框圖 方案分析與選擇 方案一：單片機方案分析 單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器等電路）集成到一塊硅片上 ， 構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。其特點如下： 優(yōu)點 :（ 1） 系統(tǒng)結構簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化； （ 2） 單片機可靠性高； （ 3） 處理功能強，速度快； （ 4） 低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品； （ 5） 控制功能強，環(huán)境適應力強。 缺點 :（ 1） 運行速度慢是因為集中指令結構，而且芯片為了抗干擾采用了 12 分頻法； （ 2） 所有的 I/0 口都是準雙向口， I/0 口的驅動能力弱； （ 3） 芯片里面的 P0 口沒有上拉電阻； （ 4） 芯片不能定義成內部復位方式，只能用外部微分電路復位； （ 5） 芯片內部沒有 RC 振蕩 。 如要芯片正常工作，需要外加振蕩源； （ 6） 功耗比較高，抗干擾能力也 不是很強。 方案二： FPGA 方案分析 FPGA 是現(xiàn)場可編程門陣列，其可以設計為各種邏輯功能，設計靈活。當然它也可嵌入各種 CPU做為處理器，如： 8051， ARM， NIOS_ii 等等構架的 CPU. FPGA；新型 FPGA 可以用內部 乘法器 /寄存器 /內存塊構造軟核。其特點如下： 脈沖展寬 抽樣判決 限幅 BPF 整流 微分 低通 帶通濾波器 1 抽樣脈沖 帶通濾波器 2 抽樣判決 包絡檢波 器 包絡檢波器 低通濾波器 2 帶通濾波器 2 帶通濾波器 1 低通濾波器 1 相乘器 相乘器 抽樣判決器 抽樣脈沖 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 6 頁 共 44 頁 優(yōu)點： （ 1） 在高速信號處理時，可以采用并行結構，大大提高處理速度，甚至可以超過目前最快的 DSP，適合與高速場合； （ 2） 設計周期短，邏輯單元靈活； （ 3） 集成度高； （ 4） 可實現(xiàn) 較大規(guī)模的電路； （ 5） 編程很靈活。 缺點： （ 1） 功耗較大； （ 2） 編程數(shù)據(jù)信息在系統(tǒng)斷電丟失； （ 3） 使用方法復雜，保密性差。 方案三： MATALB 方案分析 MATLAB 是美國 MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。其特點如下： 優(yōu)點：（ 1）在計算要求相同時， MATLAB 編程工作量大大減小 ； （ 2） MATLAB 工具包都是 現(xiàn)成的，調用一下很方便； （ 3）在各類仿真中， MATLAB 是主要解決電子信息中的問題，可以做出仿真結果 。 （ 4）計算功能強大，速度快，精度高； （ 5）編寫程序簡單，易懂。 缺點：在與其他數(shù)學軟件相比較的話，最主要的缺點有兩點，分別是： （ 1）循環(huán)的執(zhí)行速度、符號計算功能比較弱； （ 2）參數(shù)設置比較困難； （ 3）價格比較貴。 方案選擇 我在本次設計中，將借助于 MATLAB 平臺來完成 FSK 調制解調系統(tǒng)仿真。原 因有以下幾點： （ 1） 考慮到實現(xiàn)軟件功能的靈活性，方便，電路的復雜度，預采用 MATLAB 實現(xiàn)； （ 2） 在實際情況中，由于要觀察各個時期的波形變化和誤碼率觀察，特別是頻譜特性的觀察。在硬件電路中它的元器件多，波形在調制解調時也容易失真難以觀察，但在軟件中就很容易實現(xiàn)的。 （ 3） 在硬件電路中，多進制頻移鍵控是很難完成的，可以想象其在調試階段是多么的困難。 （ 4） 最主要的是由于自身的原因。一方面，自己本來就在硬件方面是弱項，再加上做硬件的不可能一次兩次就成功的，這是需要不停地調試。另一方面，在仿真這塊，我們接觸的最多的就是MATLAB 仿 真，在 Simulink 環(huán)境中搭建模塊的話比較便捷，并且可以達到畢設的要求，美中不足的就是參數(shù)設置不太好調試。 綜上所述，由于多種原因，自己會采用基于 MATALB 的 Simulink 環(huán)境下進行 FSK 的調制解調系統(tǒng)仿真與分析。 軟件介紹 MATLAB 簡介 MATLAB 是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強大的計算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡單，擴充方便，尤其是世界上有成千上萬的不同領域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴充MATLAB 的功能，使其成為了巨大的知識寶庫。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是 矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB 來解算問題要比用 C、 FORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得多，并且 Mathworks 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點 ,使 MATLAB 成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對 C、FORTRAN、 C++ 、 JAVA 的支持?？梢灾苯诱{用 ,用戶也可以將自己編寫的實用程序導入到MATLAB 函數(shù)庫中方便自己以后調用。 MATLAB 有著強大的功能且應用范圍非常廣，可以用來進行多種工作，具體如下：數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、 工程與科學繪圖、控制系統(tǒng)的設計與仿真、 數(shù)字圖像處理 技術、 數(shù)字信號處理 技術、通訊系統(tǒng)設計與仿真、財務與金融工程等。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 7 頁 共 44 頁 MMATLAB被稱為第四代計算機語言。它的最突出的特點就是簡潔，它用更直觀的、符合人們思維習慣的代碼，代替了 C和 FORTRAN語言的冗長代碼。給用戶帶來的是最直觀、最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。 Simulink 簡介 Simulink 是 MATLAB 的重要組成部分， Simulink 是 Matlab 軟件下的一個附加組件， 它具有相對獨立的功能和使用方法。 Simulink 的文件類型為 .mdl。 Simulink 支持連續(xù)與離散系統(tǒng)，也支持線性與非線性系統(tǒng)。 Simulink里包括一些控制工具箱，例如控制系統(tǒng)工具箱，模糊邏輯工具箱，非線性控制設計模塊等等。用戶還可以創(chuàng)建與定制自己的功能模塊，而不一定只使用 simulink 系統(tǒng)軟件提供的標準模塊。這樣，用戶就可以自行擴充軟件的使用范圍。 Simulink 的主要功能時實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模仿真與分析 的 MATLAB 軟件包。支持連續(xù)、離散以及兩者混合的 線性和非線性系統(tǒng)，同時它也支持具有不同部分、擁有不同采樣率的多種采樣速率的仿真系統(tǒng)。在其下提供了豐富的仿真模塊。其主要功能是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真與分析，可以預先對系統(tǒng)進行仿真分析，按仿真的最佳效果來調試及整定控制系統(tǒng)的參數(shù)。 Simulink 仿真與分析的主要步驟按先后順序為為：從模塊庫中選擇所需要的基本功能模塊，建立結構圖模型，設置仿真參數(shù)，進行動態(tài)仿真并觀看輸出結果，針對輸出結果進行分析和比較。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 8 頁 共 44 頁 2 FSK工作原理 2FSK 的表達式以及波形 圖 在二進制數(shù)字調制中，若正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在 f1 和 f2 兩個頻率點間變換，則產生二進制頻移鍵控信號（ 2FSK 信號） [6]。 在二進制中基帶信號當中，數(shù)字 1 可代表一種載波頻率 f1 ，則數(shù)字 0 代表 f2 的載波頻率。故其時域表達式為 所示。 ????? ??? ”時發(fā)送為“ ”時發(fā)送為“ 0)c o s ( 1)c o s (212 ??nnF S K wwe AA （ ) 根據(jù)以上 2FSK 信號的產生原理，已調信號的數(shù)字表達式可以表示為 所示。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? nn ww tstst ???? 210 c o sc o se （ ) 其中， s(t)為單極性非歸零矩形脈沖序列 為 所示。 ? ? ? ?Ta bn n ntgt ?? ?s （ ) ? ???? ?? PPan 1,0,1概率為 概率為 （ ） g(t)是持續(xù)時間為 Tb 、高度為 1 的門函數(shù)； ??ts 為對 s(t)逐碼元取反而形成的脈沖序列，即 ??ts 式為 所示。 ? ? ? ?Ta bn n tgts ?? ?