【正文】 .........................................................................................................24黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 1 頁 1 緒 論 課題背景及目的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)是現(xiàn)代通信的一個重要的內(nèi)容，在數(shù)字通信系統(tǒng)中,由于基帶數(shù)字信號包含了豐富的低頻部分,如果要遠(yuǎn)距離傳輸，特別是在有限帶寬的高頻信道無線或光纖信道傳輸時(shí)，必須對數(shù)字信號進(jìn)行載波調(diào)制，使基帶信號的功率譜搬移到較高的載波頻率上，這就稱為數(shù)字調(diào)制(Digital Modulation) 。數(shù)字調(diào)制同時(shí)也是時(shí)分復(fù)用的基本技術(shù)，其中FSK 是利用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率，是信息傳輸較早的一種傳輸方式， 2FSK 在通信系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 國內(nèi)外研究狀況調(diào)制解調(diào)技術(shù)在通信系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位，它的優(yōu)劣決定了通信系統(tǒng)的性能，是軟件無線電的關(guān)鍵所在。二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）也在電力線載波通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，還適用新型鐵路信號安全設(shè)備的研制開發(fā)。目前，針對FSK信號在這些領(lǐng)域的應(yīng)用國內(nèi)外己經(jīng)有大量的研究成果。藍(lán)牙(Bluetooth) 是應(yīng)用FSK 調(diào)制解調(diào)的一個重要領(lǐng)域之一。越來越多的旅館、郵局、高爾夫球場、飛機(jī)場、商場、會議中心和商業(yè)領(lǐng)域都在采用藍(lán)牙技術(shù)。2FSK 調(diào)制解調(diào)方式的另外一個前景廣闊的應(yīng)用黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 2 頁 領(lǐng)域是在醫(yī)學(xué)植入微電子器件領(lǐng)域。2021 年第一個永久性微電子視網(wǎng)膜修復(fù)植入器件已經(jīng)在南加利福利亞大學(xué)獲得成功。使用單一低電源電壓的系統(tǒng)，如手機(jī)、PDA、3G 無線終端等大量的可攜設(shè)備，其較長工作周期、無持續(xù)供電電源等因素，也迫切需要進(jìn)行低功耗低電的設(shè)計(jì)。 課題研究方法分析研究 2FSK 調(diào)制的基本理論，設(shè)計(jì)一個具體的 2FSK 發(fā)送系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。 經(jīng)過大量收集資料，應(yīng)用 protel99 軟件設(shè)計(jì)出硬件電路原理圖，分析電路，并應(yīng)用 protel99 軟件對其進(jìn)行仿真，分析系統(tǒng)性能。并簡要說明了 FSK 技術(shù)的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，說明了 FSK 的主要設(shè)備及其簡單應(yīng)用。然后介紹了調(diào)制電路所需要的功能模塊電路的說明，包括方波發(fā)生器電路、M 序列發(fā)生器電路、分頻器電路。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 3 頁 2 FSK 調(diào)制器的技術(shù)分析 2FSK 信號的時(shí)域表達(dá)式在二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）中，當(dāng)傳送“1” 碼時(shí)對應(yīng)于載波頻率 ，傳送“0”碼時(shí)對應(yīng)于載波頻率 。 ()　　其中 ， ， 為頻率為 的載波的初始相位， 為頻率為 的載波的初始相位。則 2FSK 信號可表示為： ()其中，我們在分析中假設(shè) 為單個矩形脈沖序列，其表達(dá)式為： ()相位不連續(xù)的 2FSK 信號可以看成是兩個 2ASK 調(diào)幅信號之和。如下圖圖 所示是相位連續(xù)的 2FSK 信號波形。其調(diào)制電路的組成框圖如圖 所示。如此一來，多諧振蕩器輸出的載波，通過不同次數(shù)的分頻，就得到了兩種不同頻率的輸出，經(jīng)相加器后，從而在輸出端得到不同頻率的已調(diào)信號，即 FSK 信號，黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 5 頁 完成了數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字頻帶信號的過程。另外，為了實(shí)現(xiàn)高可靠的保密通信，也希望利用隨機(jī)噪聲。直到 60 年代，偽隨機(jī)噪聲的出現(xiàn)才使這一難題得到解決。由于它具有隨機(jī)噪聲的優(yōu)點(diǎn)，又避免了它的缺點(diǎn)，因此獲得了日益廣泛的應(yīng)用。對與偽隨機(jī)序列有如下幾點(diǎn)要求：(1)應(yīng)具有良好的偽隨機(jī)性，即應(yīng)具有和隨機(jī)序列類似的隨機(jī)性；(2)應(yīng)具有良好的自相關(guān)、互相關(guān)和部分相關(guān)特性，即要求自相關(guān)峰值尖銳，而互相關(guān)和部分相關(guān)值接近于零。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 6 頁 通常產(chǎn)生偽隨機(jī)序列的電路為一反饋移存器。由線形反饋移存器產(chǎn)生出的周期最長的二進(jìn)制數(shù)字序列稱為最大長度線形反饋移存器，通常稱為 m 序列。m 序列是由帶線形反饋的移存器產(chǎn)生的周期最長的一種序列。在時(shí)鐘信號的控制下，寄存器的存儲信號由上一級向下一級傳遞。如果移位寄存器的反饋函數(shù)和初始狀態(tài)不同，那么可得到不同的移位寄存器序列。這里 Ci∈（0,1），且乘法規(guī)則是 0*0=0*1=1*0=0，1*1=1 。因此這個 N 階移位寄存器的反饋函數(shù)為： ()12(,.)1niFxcx??特征多項(xiàng)式是： ()??012f .i nccx?? 特征多項(xiàng)式中的 Xi(i=0,1,2...n)與移位寄存器的第 i 個觸發(fā)器相對應(yīng)。當(dāng)級數(shù)（n）和反饋系數(shù)一旦確定，則反饋移位寄存器的輸出序列就確定了。表中給出的是八進(jìn)制數(shù)值，經(jīng)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)值后，可求出相應(yīng)的反饋系數(shù)。利用 VHDL 語言進(jìn)行軟件編程，通過 EDA 設(shè)計(jì)軟件對程序編譯、優(yōu)化、綜合、仿真、適配，最后將生成的網(wǎng)表文件配置于制定的目標(biāo)芯片中，可以實(shí)現(xiàn)不同序列長度的偽隨機(jī)信號發(fā)生器。圖 n=7 的反饋移位寄存器的結(jié)構(gòu)模型輸出1 2 3 4 5 6 7黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 8 頁 M 序列的性質(zhì)均衡性m 序列在一個周期內(nèi)“1”和“0”的個數(shù)基本相等。游程分布我們把偽隨機(jī)序列中取值（“0”或“1”）相同的一段碼位稱為一個游程。把取值為“0”的游程稱為“0”游程，取值為“1”的游程為“1”游程。一般來說，在 m 序列中，長度為 1 的游程占游程總數(shù)的一半；長度為 2 的游程占游程總數(shù)的 2k，其中 1≤k≤(n2) ，而且“ 0”和“1”的游程各占一半。 FSK 信號的解調(diào)數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，如鑒頻法、相干檢測法、包絡(luò)檢波法、過零檢測法、差分檢測法等。這里，兩個帶通濾波器（帶寬相同，皆為相應(yīng)的 2ASK 信號帶寬；中心頻率不同 ,分別為（ 、 ）起分路作用，用以分開兩路 2ASK 信號，上支路對應(yīng) ，下支路對應(yīng) ，經(jīng)包絡(luò)檢測后分別取出它們的包絡(luò) s(t)及 ；抽樣判決器起比較器作用，把兩路包絡(luò)信號同時(shí)送到抽樣判決器進(jìn)行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡(luò)檢波法，起分路作用。圖 相干檢測法原理框圖 過零檢測法單位時(shí)間內(nèi)信號經(jīng)過零點(diǎn)的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的高低。2FSK 輸入信號經(jīng)放大限幅后產(chǎn)生矩形脈沖序列，經(jīng)微分及全波整流形成與頻率變化相應(yīng)的尖脈沖序列，這個序列就代表著調(diào)頻波的過零點(diǎn)。經(jīng)低通濾波器就可得到脈沖波的直流分量。 圖 過零檢測法原理框圖 差分檢測法差分檢波法基于輸入信號與其延遲 τ 的信號相比較，信道上的失真將同時(shí)影響相鄰信號，故不影響最終鑒頻結(jié)果。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 11 頁 3 Protel99 軟件的簡要介紹Protel 是 Protel 公司在 80 年代末推出的一款功能強(qiáng)大的電路 CAD 軟件。我所應(yīng)用的 PROTEL 99SE 是 Protel 公司推出的最新版本應(yīng)用于電路原理圖設(shè)計(jì)，電路板設(shè)計(jì)等，是EDA 行業(yè)的主流產(chǎn)品。Protel 基于 Windows 環(huán)境，功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，能讓人們在具有在完整的功能環(huán)境下，提升設(shè)計(jì)上的品質(zhì)和效率。這部分包括用于設(shè)計(jì)原理圖的原理圖編輯器 Sch 以及用于修改生成零件的零件庫編輯器 SCHLib。這部分包括用于設(shè)計(jì)電路板的電路板編輯器 PCB 以及用于修改，生成零件封裝的零件封裝編輯器 PCBLib。(4)可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)是基于 CUPL 的集成于原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的 PLD 設(shè)計(jì)系統(tǒng)。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 12 頁 PROTEL 99SE 軟件的主要特點(diǎn)(1)PROTEL 99SE 系統(tǒng)針對 WindowsNT4/9X 作了純 32 位代碼優(yōu)化，使得PROTEL 99SE 設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定而高效。(3)對電路印刷版設(shè)計(jì)時(shí)的自動布局采用不同的兩種布局方式，即組群式和基于統(tǒng)計(jì)方式，新增加了自動布局規(guī)則設(shè)計(jì)功能；增強(qiáng)的交互式布局和布線模式。(5)原理圖到印刷電路板的更新功能加強(qiáng)了 Sch 和 PCB 之間的聯(lián)系；可以用標(biāo)準(zhǔn)或用戶自定義模板來生成新的原理圖文件；集成的原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)收集了超過 6000 個元器件。 PROTEL 99SE 軟件在仿真方面的特點(diǎn)PROTEL 99SE 提供了高級數(shù)模器件混合仿真器，它可以精確地仿真各種器件構(gòu)成的電路，在仿真方面的特點(diǎn)有：強(qiáng)大的分析功能用戶可以根據(jù) PROTEL 99SE 電路仿真器