【正文】 27 結(jié)束語(yǔ) .................................................................................................................................... 28 致謝 ......................................................................................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................ 30 附錄 A:科技文獻(xiàn) ................................................................................................................ 31 附錄 B:2FSK 調(diào)制解調(diào)仿真模塊 電路圖 .................................................................... 40 附錄 C:4FSK 調(diào)制解調(diào)仿真模塊電路圖 .................................................................... 41 附錄 D:8FSK 調(diào)制解調(diào)源程序代碼 ............................................................................. 42 附錄 E:誤碼率源程序代碼 .............................................................................................. 44 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 44 頁(yè) 引言 如今社會(huì)通信技術(shù)的發(fā)展速 度可謂是日新月異，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)在現(xiàn)代通信技術(shù)的各種媒體中占有獨(dú)特的地位，計(jì)算機(jī)在當(dāng)今社會(huì)的眾多領(lǐng)域里不僅為各種信息處理設(shè)備被使用，而且它與通信相結(jié)合，使電信業(yè)務(wù)更加豐富。了解 FSK 調(diào)制 /解調(diào)的基本理論，分析設(shè)計(jì)一個(gè)完整的 FSK 發(fā)送與接收系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析與設(shè)計(jì)，以此提高自己的分析材料、解決問題和設(shè)計(jì)能力。調(diào)制就是按調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律去改變高頻載波的某些參數(shù)的過(guò)程；解調(diào)的實(shí)質(zhì)是頻譜的搬移?？偠灾?， FSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù)的研究不僅可以更加精確的處理信號(hào)相位，提高系統(tǒng)頻帶寬度，而且還可使用數(shù)字電路和軟件相結(jié)合的方法，在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 1866 年利用海底電 纜實(shí)現(xiàn)了跨大西洋的越洋電報(bào)通信。 1937 年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調(diào)制標(biāo)志數(shù)字通信的開始。在 70 年代末在全球發(fā)展起來(lái)的模擬移動(dòng)電話在 90 年代中期被數(shù)字移動(dòng)電話所代替，現(xiàn)有的模擬電視也正在被數(shù)字電視所代替 [1]。在 FSK中，接收端接收到載波信息，并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行調(diào)制處理后，會(huì)將信息送至信道進(jìn)行傳送，傳送到接收端，然后在接收端上利用解調(diào)把信道傳送過(guò)來(lái)的信息還原。 提供較高的頻譜效率；必須有好的頻譜特性，降低帶外輻射，減少干擾；具有抗多徑衰落等特性，保證好的信噪比，以獲得好的誤碼性能；便于采取簡(jiǎn)單的調(diào)制解調(diào)方法；易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉，可減小設(shè)備尺寸。其也在電力線載波 通信系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，目前采用 FSK 方式的國(guó)家和地區(qū)有：美國(guó)、中國(guó)、日本、英國(guó)、加拿大、比利時(shí)、西班牙、新加坡等，而且針對(duì) FSK 信號(hào)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外己經(jīng)有大量的研究成果。 (2)醫(yī)學(xué)植入微電子器件。 (4)鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)中的頻移自動(dòng)閉塞系統(tǒng)。 第一章為研究 方案 ，介紹這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究目標(biāo)、方案設(shè)計(jì) ：其 中包括有文字說(shuō)明和框圖表示 、 方案的分析與選擇 ：經(jīng)過(guò) 比較三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定一種方案進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)、軟件介紹 ：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)及其它的簡(jiǎn)介。 第三章為系統(tǒng)的仿真與分析，基于第一章節(jié)和第二章節(jié)的知識(shí)基礎(chǔ)之上，借助于 MATLAB 軟件平臺(tái)來(lái)完成 2FSK 信號(hào)、 4FSK 信號(hào)的模塊仿真與 8FSK 信號(hào)程序的仿真，并按照任務(wù)書來(lái)觀測(cè)調(diào)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 44 頁(yè) 制解調(diào)過(guò)程中觀察各個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)域和頻域的波形；并結(jié)合三種不同信道環(huán)境對(duì)比三種進(jìn)制下 FSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的頻譜特點(diǎn)與誤碼率情況；最終，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 44 頁(yè) 1 研究方案 研究目標(biāo) (1)設(shè)計(jì)一個(gè)具體的 FSK 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)； (2)該系統(tǒng)針對(duì)三種進(jìn)制情況下的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真； (3)該系統(tǒng)在上步基礎(chǔ)上通過(guò)三種信道情況下的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真； (4)觀測(cè)調(diào)制解調(diào)過(guò)程中觀察各個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)域和頻域的波形； (5)對(duì)仿真結(jié)果的頻譜特點(diǎn)與誤碼率情況進(jìn)行分析。我用MCS51 系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn) FSK 調(diào)制解調(diào)器，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，而且實(shí)用 [2]。調(diào)制數(shù)據(jù)的碼元決定頻率調(diào)制器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)其 FSK 有頻率選擇法、調(diào)頻法和數(shù)字調(diào)頻法。調(diào)頻法雖然相位連續(xù)，但是頻率精度不高，穩(wěn)定性差，外界條件變化時(shí)，容易產(chǎn)生頻率漂移。因此，在單片機(jī)方案設(shè)計(jì)中，我選擇數(shù)字調(diào)頻法 [3]。 FSK 調(diào)制數(shù)據(jù)輸入 圖 基于單片機(jī)調(diào)制原理框圖 在單片機(jī)中， FSK 的解調(diào)就是從 FSK 載波信號(hào)中恢復(fù)出原始基帶信號(hào)，其方法就是相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩類。 FSK 原始基帶信號(hào) 圖 非相干解調(diào)原理框圖 載波信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器后變成寬度不同的方波，這些方波代表著不同的碼元；鑒頻器確定對(duì)應(yīng)載波頻率，根據(jù)頻率判決對(duì)應(yīng)碼元。 方案二：基于 FPGA 的 FSK 方案設(shè)計(jì) 基于 FAPGA 的 FSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真里面，在調(diào)制解調(diào)中，它的設(shè) 計(jì)比較靈活。在這個(gè) FPGE 設(shè)計(jì)中，它的原理上輸出的信號(hào)和基帶信號(hào)是一致的，也滿足整個(gè)設(shè)計(jì)要求，且整個(gè)系統(tǒng)還具有較高的穩(wěn)定性 [4]。其具體實(shí)現(xiàn)調(diào)制的原理框圖如圖 所示 。其中分頻器是一種基本電路，通常用來(lái)對(duì)某個(gè)頻率進(jìn)行分頻得到所需的頻率，整數(shù)分頻器可采用計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。其具體的解調(diào)原理框圖如圖 所示 。從原理上講， 2FSK 信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種： ，即用數(shù)字基帶信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻。 圖 鍵控法 頻移鍵控信號(hào)常用的解調(diào)方式有多種，其有相干解調(diào)、非相干解調(diào)（包絡(luò)檢測(cè)法）、過(guò)零檢測(cè)法、鑒頻法和差分檢波法等等。 clk start 載波 2 分頻器 2 已調(diào)信號(hào) 二選一 選通開關(guān) 載波 1 分頻器 1 基帶信號(hào) clk start 寄存器 判決 計(jì)數(shù)器 分頻器 基帶信號(hào) 基帶信號(hào) 模擬調(diào)頻器 振蕩器 1 相加器 反相器 選通開關(guān) 振蕩器 2 選通開關(guān) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 非相干解調(diào)法 原理框圖 ，具體 原理框圖如圖 所示 。 圖 過(guò)零檢測(cè)法原理框圖 方案分析與選擇 方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)方案分析 單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上 ， 構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 缺點(diǎn) :（ 1） 運(yùn)行速度慢是因?yàn)榧兄噶罱Y(jié)構(gòu)，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(zhǔn)雙向口， I/0 口的驅(qū)動(dòng)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(nèi)部復(fù)位方式，只能用外部微分電路復(fù)位； （ 5） 芯片內(nèi)部沒有 RC 振蕩 。 方案二： FPGA 方案分析 FPGA 是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，其可以設(shè)計(jì)為各種邏輯功能，設(shè)計(jì)靈活。其特點(diǎn)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(luò)檢波 器 包絡(luò)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 44 頁(yè) 優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 在高速信號(hào)處理時(shí)，可以采用并行結(jié)構(gòu)，大大提高處理速度，甚至可以超過(guò)目前最快的 DSP，適合與高速場(chǎng)合； （ 2） 設(shè)計(jì)周期短，邏輯單元靈活； （ 3） 集成度高； （ 4） 可實(shí)現(xiàn) 較大規(guī)模的電路； （ 5） 編程很靈活。 方案三： MATALB 方案分析 MATLAB 是美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)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(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。 （ 4）計(jì)算功能強(qiáng)大，速度快，精度高； （ 5）編寫程序簡(jiǎn)單，易懂。 方案選擇 我在本次設(shè)計(jì)中，將借助于 MATLAB 平臺(tái)來(lái)完成 FSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真。在硬件電路中它的元器件多，波形在調(diào)制解調(diào)時(shí)也容易失真難以觀察，但在軟件中就很容易實(shí)現(xiàn)的。 （ 4） 最主要的是由于自身的原因。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(dá)到畢設(shè)的要求，美中不足的就是參數(shù)設(shè)置不太好調(diào)試。 軟件介紹 MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 是一種解釋性執(zhí)行語(yǔ)言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是 矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB 來(lái)解算問題要比用 C、 FORTRAN 等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且 Mathworks 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn) ,使 MATLAB 成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。可以直接調(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB 函數(shù)庫(kù)中方便自己以后