【正文】 閉合，通過開關(guān)電路的狀態(tài)，使兩個獨立頻率源在不同時刻通過開關(guān)電路，保證在基帶信號一個碼元期間，系統(tǒng)輸出載波頻率或。 FSK信號的解調(diào)方法。通過比較兩路解調(diào)信號抽樣值的大小，即抽樣判決，恢復(fù)出數(shù)字基帶信號。若載波頻率對應(yīng)二進制數(shù)字1，則解調(diào)框圖上路判決為1；若載波頻率對應(yīng)二進制數(shù)字1，則解調(diào)框圖下路判決為1。下面介紹FSK信號的另外三種解調(diào)方式： 鑒頻法用鑒頻法解調(diào)FSK信號時，首先信號要通過帶通濾波器濾除其他頻點的干擾信號，再通過中放電路和鑒頻回路完成信號的解調(diào)。 差分檢測法差分檢測法的原理是通過對FSK信號與其延遲后的信號比較，通過比較信號之間的相位差值恢復(fù)數(shù)字基帶信號的。過零檢測法 過零檢測法的原理是通過檢測過碼元內(nèi)零點數(shù)目的多少，用來區(qū)分兩個不同頻率的信號。FSK信號通過系統(tǒng)限幅電路后產(chǎn)生脈沖序列，脈沖序列經(jīng)微分和整流電路形成脈沖序列，即為FSK信號的過零點。脈沖直流分量經(jīng)過比較器電路對信號幅度的區(qū)別，即可恢復(fù)出數(shù)字基帶信號。鎖相環(huán)路的工作原理如下：壓控振蕩器的輸出信號分為兩部分，其一作為系統(tǒng)信號輸出，另一部分通過前置分頻器與鎖相環(huán)參考頻率信號進行相位比較，通過比較信號相位之間差值的變化，環(huán)路濾波器輸出電壓發(fā)生變化，電壓的變化又可以通過控制壓控振蕩器輸出信號頻率發(fā)生變化，從而達到鎖頻目的。鑒相器的輸出電壓與兩個比較信號的相位差成正比。在鎖相環(huán)路中，鑒相器輸出信號進入環(huán)路濾波器，因環(huán)路濾波起到低通濾波器的作用，高頻分量不能通過環(huán)路濾波電路。 鑒相器數(shù)學(xué)模型（二）、壓控振蕩器壓控振蕩器的輸出信號頻率由輸入電壓控制，可以把壓控振蕩器理解為電壓和頻率之間的變換電路。~電壓關(guān)系特性曲線。由鎖相環(huán)路原理可知，VCO輸出電壓信號對鑒相器起直接作用的是瞬時相位。環(huán)路濾波器常用的電路形式為有源或無源積分電路，其在鎖相環(huán)路中起到的作用如式（211） （211） 環(huán)路濾波器數(shù)學(xué)模型 鎖相環(huán)路的基本方程鎖相環(huán)本質(zhì)上是研究信號相位的，討論的是輸入輸出信號的瞬時相位之間的關(guān)系。鎖相環(huán)路的基本方程見式（212） （212）鎖相環(huán)基本方程所具有的意義如下：是PD、VCO輸入和輸出信號之間的相位差。鎖相環(huán)方程描述了鎖相環(huán)輸入輸出信號相位之間始終相等的關(guān)系，其具體關(guān)系是鎖相環(huán)路的和控制相位差之和等于鎖相環(huán)輸入信號的瞬時相位。 良好的窄帶濾波特性鎖相環(huán)路因為環(huán)路濾波器的存在，可以在通信系統(tǒng)中起到低通濾波的作用，因為其本身的優(yōu)勢，鎖相環(huán)可以在信號為幾百兆赫茲的中心頻率下做到帶寬為幾十赫茲的濾波器，這種程度的窄帶濾波性能是其他形式的濾波器所不能達到的。易于集成化鎖相環(huán)因在通信系統(tǒng)中應(yīng)用的廣泛性和實用性，促進技術(shù)人員完成了鎖相環(huán)的集成化，環(huán)路集成化減小了環(huán)路體積，降低了成本，并且使鎖相環(huán)的調(diào)試變得更加容易。下面介紹所想調(diào)頻電路的框圖和電路實現(xiàn)的條件， 鎖相調(diào)頻電路這種電路實現(xiàn)的條件是： 環(huán)路濾波的帶寬應(yīng)包含VCO自身震蕩頻率的不穩(wěn)定變化，在此基礎(chǔ)上，保證鎖相環(huán)為系統(tǒng)提供頻率高度穩(wěn)定的載波信號。 系統(tǒng)總體方案設(shè)計由上兩節(jié)對鎖相環(huán)和FSK調(diào)制解調(diào)原理的理論介紹，充分考慮硬件部分和軟件部分實現(xiàn)系統(tǒng)的可能性，確定下面的設(shè)計方案。具體方案如下。軟件部分，基于微處理器STM32最小系統(tǒng)平臺，編寫C語言控制程序，控制鎖相環(huán)產(chǎn)生相應(yīng)頻率。模擬開關(guān)閉合時，程序控制鎖相環(huán)鎖定頻率f1；模擬開關(guān)接通時，單片機控制DA模塊產(chǎn)生模擬電壓，電壓控制鎖相環(huán)壓控振蕩器部分，使鎖相環(huán)產(chǎn)生頻率f2。鎖相環(huán)和單片機產(chǎn)生的FSK信號，由于功率較小，不能滿足系統(tǒng)要求，后級必須加入功率放大電路。 接收機方案設(shè)計經(jīng)理論分析，F(xiàn)SK信號的解調(diào)決定由鑒頻法實現(xiàn)。結(jié)合具體芯片實現(xiàn)解調(diào)的簡易程度，系統(tǒng)接收機確定用集成芯片HA12413完成FSK信號解調(diào)的主要部分。由于HA12413解調(diào)的調(diào)頻信號，所以選擇在集成芯片HA12413前級添加低噪放大和混頻模塊，滿足解調(diào)芯片的要求。通過鑒頻器鑒頻后的FSK信號，產(chǎn)生與調(diào)制信號頻率相同但幅度微小的電壓信號，通過后級比較器整合可恢復(fù)基帶信號。通過對鎖相環(huán)原理的分析和對鑒相器芯片的了解，確定了鎖相環(huán)的具體制作方式。用模擬開關(guān)和DAC控制鎖相環(huán)完成具體頻率FSK信號的調(diào)制。同時，確定用STM32處理器完成對系統(tǒng)整體的控制工作。根據(jù)各硬件模塊所實現(xiàn)的功能，選用特定的芯片，結(jié)合各硬件模塊間的兼容性和數(shù)據(jù)傳輸合理性進行硬件平臺的總體設(shè)計。發(fā)射機部分包括鎖相頻率源模塊、功率放大模塊、DA按鍵模擬開關(guān)模塊和單片機STM32平臺。 鎖相頻率源設(shè)計一、鎖相環(huán)主要芯片簡介經(jīng)過理論學(xué)習(xí)和對目前存在的幾種鎖相頻率源制作方法的了解，本課題初步認定了兩中頻率源的制作方法。利用前置分頻原理制作鎖相頻率源需要搭建鎖相環(huán)各模塊電路和前置分頻器電路，比較復(fù)雜，再加上本設(shè)計的環(huán)路濾波器設(shè)計指標(biāo)是由其他電路的測試指標(biāo)和經(jīng)驗值經(jīng)過并不嚴謹?shù)挠嬎愕玫?，故設(shè)計的硬件電路調(diào)試起來比較復(fù)雜，滿足課題對鑒相器步進制的要求比較困難。MC12148是摩托羅拉公司生產(chǎn)的集成壓控振蕩器芯片，采用單電源5V電壓供電，結(jié)合具體諧振電路其輸出頻率可達千兆赫茲級別，其外接電路簡單，能將震蕩頻率信號分兩部分進行輸出，滿足系統(tǒng)對鎖相環(huán)指標(biāo)的要求。ADF4001采用5V直流電源提供芯片工作電壓，正常工作時功耗小于25mW，其最高工作頻率高達上百赫茲滿足本文對輸出頻率值的要求，芯片內(nèi)部包含的14位參考分頻器和13位前置分頻器可進行程序控制，提高了芯片程控的簡易程度。 VCO電路原理圖此電路為壓控振蕩器芯片MC12864的典型應(yīng)用電路，可工作在很寬的頻率范圍內(nèi)。VCO控制電壓通過DD4連接點控制芯片MC12148，從而產(chǎn)生所需電壓。考慮到理論值與實際值之間的差異性。壓控振蕩器電路設(shè)計的一個主要內(nèi)容就是對諧振電路變?nèi)荻O管的選擇，結(jié)合上文壓控振蕩器諧振電路電感和電容的取值和課題所需要的頻率值的范圍，選擇合適的變?nèi)荻O管。但是的容值也不可過大，因為大容值的通常Q值較低，會惡化壓控振蕩器的相位噪聲性能。壓控振蕩器輸出端分兩路提供鑒相器輸入頻率RFINA和鎖相環(huán)鎖定頻率RFOUT。當(dāng)芯片工作時，芯片內(nèi)部的鑒頻鑒相器會根據(jù)分頻脈沖和參考脈沖信號頻率大小之間的關(guān)系選擇合適的工作方式。鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器部分通常情況下由有源濾波器或無緣濾波器兩種形式，通過對比，因、本文選用無源二階濾波器作為鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器模塊電路。由軟件仿真獲得環(huán)路濾波器設(shè)計結(jié)果，需要設(shè)計人員給出設(shè)計使用的鎖相環(huán)芯片名稱，系統(tǒng)需要的頻率范圍，晶振提供的參考頻率，VCO調(diào)諧靈敏度和環(huán)路濾波器電路形式。本設(shè)計的鑒相頻率步進制設(shè)為20kHz，參考信號由外部20MHz有源晶振提供。 環(huán)路濾波器整體仿真圖利用ADISimPLL軟件對鎖相中心頻率為25MHz的信號進行仿真，；；。最終。本文采用傳統(tǒng)的分立器件搭建功放電路。 功率放大電路原理圖 天線天線用以接收大氣中的FSK信號，MHz，而FSK信號在大氣中是以電磁波的方式傳播的，信號的波長見式（33）： （33）根據(jù)天線理論，當(dāng)天線的物理尺寸為波長的四分之一時，天線的接收效果最好，所以本論文選用長度大約為1m的導(dǎo)線作為系統(tǒng)的發(fā)射接收天線。另外，基于STM32產(chǎn)生的基帶方波信號，配合DA模塊和模擬開關(guān)可以控制發(fā)射機產(chǎn)生FSK信號，完成發(fā)射機的發(fā)射工作。關(guān)于STM32的優(yōu)勢，本文分一下三個方面具體介紹：出色的功耗表現(xiàn)STM32擁有三種不同的低功耗模式和一個通用的超頻方案使用戶可以相對于性能優(yōu)化功耗。實時時鐘由自己獨立的供電部分。高集成度內(nèi)置式的管理單元減少了對外部器件的需求：上電復(fù)位，低電壓檢測，掉電檢測，帶有獨立的看門狗時鐘定時器。先進，創(chuàng)新的外設(shè)STM32采用APB（先進外設(shè)總線）結(jié)構(gòu)，每條總線都是高速APB總線（最高可達CPU的頻率）。廣泛的工具和固件庫支持?？梢允褂脧腟T獲得的免費的固件庫。其工作頻率為72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗為32mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品。具體模塊設(shè)計如下所示：電源模塊：。 STM32最小系統(tǒng)電源模塊下載模塊：，其主體為JTAG下載模塊，用KEIL軟件編寫的C語言程序通過通過仿真器和JTAG模塊可以下載到STM32中。 最小系統(tǒng)時鐘及復(fù)位模塊在設(shè)計STM32最小系統(tǒng)的時候，考慮到STM32的應(yīng)用系統(tǒng)除了STM32處理器外，往往需要添加外圍模塊，例如常用的ADC轉(zhuǎn)換模塊，DAC轉(zhuǎn)換模塊，按鍵，液晶等等。STM32處理器作為系統(tǒng)的主控，除了最小系統(tǒng)外，還需要輸入模塊作為系統(tǒng)的認為控制模塊，所以系統(tǒng)在設(shè)計的時候，為STM32最小系統(tǒng)連接了矩陣鍵盤按鍵作為系統(tǒng)輸入部分。本文決定用DAC模塊生成一個模擬電壓，控制鎖相環(huán)的VCO，產(chǎn)生FSK信號的另一個頻率值。本文要求產(chǎn)生的模擬電壓在0~5V之間，對DAC轉(zhuǎn)換器的要求并不高，綜合考慮， 本文決定用TI公司生產(chǎn)的12位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)化器芯片TLV5618完成這一功能。芯片采用16位串行編程，前四位為控制位，后十二位為數(shù)據(jù)位。數(shù)字輸入端帶有斯密特觸發(fā)器，具有較高的噪聲抑制能力。2）、兩路12位CMOS電壓輸出，DACA、DACB同時更新。4）、電壓輸出范圍為基準(zhǔn)輸入電壓的兩倍。電壓范圍為最大值為參考電壓的兩倍。 TLV5618電路模擬開關(guān)電路在本課題中，選用了模擬調(diào)頻法產(chǎn)生FSK信號。經(jīng)過對比，本文決定選用飛利浦公司生產(chǎn)的芯片SA630來實現(xiàn)模擬開關(guān)的動能。SA630可適用的頻帶很寬，從DC到1GHz均可，具有低通損耗和出色的負載能力，能實現(xiàn)高達20ns的快速切換，且SA630的一個典型應(yīng)用就是在FSK信號的發(fā)射器中。 模擬開關(guān)電路圖 發(fā)射機總體框圖 發(fā)射機總體框圖