通信系统课程设计

一、目的、内容与要求  目的：掌握用FSK调制和解调实现数据通信的方法，掌握FSK调制和解调电路中相关模

块的设计方法。初步体验从事通信产品研发的过程。

 课程设计任务：设计并制作能实现全双工FSK调制解调器电路，掌握用Orcad Pspic、

Protel99se进行系统设计及电路仿真。

 要求：尽量选择符合标称值的元器件构成电路，正确完成电路调试。

二、总体方案设计 TL084LM33974HC132 FSK输入脉冲带通1限放微分整流

形成

f0=35KHz,BW=20KHz

fc=20KHzLM339

解调输出低通1 传输线比较器（4阶）MAX232TL084

PC19015 RS232TL084(1只)9018fc=50KHzCD4046接口

PC2低通2电平／幅度 VCO驱动（4阶）调整电路FSK输出

TL084

FSK总体方案设计框图

三、单元电路设计原理、计算机仿真分析

1.带通1（4阶带通）——接收滤波器原理图及仿真图

要求带通：26KHZ—46KHZ，通带波动3dB;阻带截止频率：fc=75KHZ时，要求衰减大于10dB。经分析，二级四阶巴特沃斯带通滤波器来提取信号。

具体数值及电路如图6.1；仿真结果如图6.2

图6.1 带通1电路原理图

1.5V1.0V0.5V0V0HzV(U1B:OUT)10KHz20KHz30KHz40KHz50KHz Frequency60KHz70KHz80KHz90KHz100KHz

图6.2 带通1电路仿真结果

2.低通1（4阶低通）——低通1原理图及仿真图

二个低通滤波器的指标一样，可用一通带(0—20KHz)波动为3dB，3dB截止频率为20KHz

的4阶切比雪夫低通滤波器实现。

具体数值及电路如图6.3；仿真结果如图6.4

图6.3 低通1电路原理图

1.5V1.0V0.5V0V0HzV(U2B:OUT)5KHz10KHz15KHz20KHz25KHz Frequency30KHz35KHz40KHz45KHz50KHz

图6.4 低通1电路仿真结果

3.低通2（4阶低通）——低通2原理图及仿真图

低通2的作用是将VCO输出的方波变为正弦波形(滤除高次谐波分量)。由于高次谐波分量会造成对另一通路信号的干扰，对滤波器指标有较高要求。可用一个在通带 (0—50KHz)内波动为3dB、3dB截止频率为50KHz的4阶巴特沃兹低通滤波器实现。电路形式采用多路反馈（MFB）有源滤波器，用二阶（四阶）低通滤波器串联实现。

具体数值及电路如图6.5；仿真结果如图6.6

图6.5 低通2电路原理图

1.2V1.0V0.8V0.6V0.4V0.2V0V0HzV(U3B:OUT)20KHz40KHz60KHz80KHz100KHz120KHz140KHz160KHz180KHz

Frequency图6.6 低通2电路仿真结果

4.限放电路设计

限放电路采用过零点比较器(LM339)制作，比较电压为0，即当输入信号的电压在零点处变化时，输出信号发生阶跃。比较电压的值就是R8上的电压，即输入的直流电压在R8上的分压。要使比较电压为0，则R4与R8的比值应尽量大，使R8上的电压尽可能接近于0。在下图中，R4与R8的比值为10：1，所以进入电压比较器LM339第5脚的电压接近于0，满足了比较电压的要求。另外，电路中要求R3与R1、R2相加值的比值应等于R4与R8的比值，在实际电路中取R3=R4=100k，R8=10k，R1=R2=5.1 k，符合了要求。

具体数值及电路如图6.7；仿真结果如图6.8

图6.7 限幅放大电路原理图

6.0V4.0V2.0V0V-2.0V0sV(R31:2)20usV(V23:+)40us60us80us Time100us120us140us160us

图6.8 限幅放大电路仿真结果

5.微分、整流、脉冲形成电路

在下图中，R1和c1构成一个微分电路作为方波信号的高电平输出。R2和c2构成另一个微分电路，作为方波信号的低电平输出。

具体数值及电路如图6.9；仿真结果如图6.10

图6.9 微分、整流、脉冲形成电路原理图

U4B:Y6.0V4.0V2.0V0V0sV(C13:1)10usV(U4B:A)20usV(R20:1)30us40us50us Time60us70us80us90us100us

图6.10 微分、整流、脉冲形成电路仿真结果

6.比较器

比较器的电路形式与限幅放大电路相同，如图6.11所示，只是比较电压不同。它的比较电压即R1和R2上的分压值，这个比较电压值也是输入的方波信号的高电平与低电平的平均值。这里取R1=40K，R2=6k，R3=3k，R4=10meg,实际电路中，R2为一10K可调电阻。电路仿真结果如图6.12，输出结果为一TTL电平的方波。

图6.11 比较器电路原理图

6.0V5.0V4.0V3.0V2.0V1.0V0V1.0usV(R28:1)1.5us2.0us2.5us3.0us Time3.5us4.0us4.5us5.0us

图6.11 比较器电路仿真结果

7.电平/幅度调整电路

电平/幅度调整电路如图6.13，根据VCO电路的实际调试结果得出与各频率相对应的输入电压即电平/幅度调整电路的输出电压，并据此进行Pspice仿真。

中心频率f0=35kHz时对应的电压为1.9v,f=30kHz对应的电压为1.74V，f=40kHz对应的电压为2.08V，这就是电路输出的直流电压分量和方波信号的电压范围。其中直流电压就是TL084第3脚输入的电压V1，即5v的电源电压在R3上的分压。按比例计算得R2、R3的值。输出的方波信号的电压Vo由R1、Rf来调节，使之高低电平分别为1.74V和2.08V，在 Pspice仿真中使用参数扫描，仿真结果如图

图6.13 电平/幅度调整电路原理图

2.1V2.0V1.9V1.8V1.7V0sV(U7A:OUT)0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms1.0ms Time1.2ms1.4ms1.6ms1.8ms2.0ms

图6.14 电平/幅度调整电路仿真结果

四、调试过程分析

1.板上电源的调试

电源输出电压调到10V，接入板上；将示波器打到DC档位上观测VCC、-VEE；检查VCC(+5V)、GND(0V)、-VEE(-5V)是否正确，然后进行调试。 2.锁相环调试

首先，在S5悬空时，调节电位器R39，使CD4046的输出（4号脚）为35KHZ的方波。 其次，在S5的2脚（S3的圆脚）加入调制数据，0为GND，1为5VCC。在S5的2脚加入5VV,调整电位器R40，使CD4046的输出为30KHZ.在，S3的2脚加入GND，调整电位器R40，使CD4046的输出分别为40KHZ。

3.低通滤波器2的调试及放大驱动电路的调试

断开S6，观察低通滤波器2的频率特性。信号发生器产生的正弦波（Vpp为1V，频率为5KHZ—50KHZ，每次增加5KHZ）接入S6的2脚（S6的圆脚），在U2（TL084）的第8脚观测输出波形，记录Vpp。与Orcad中的仿真结果比较。连接S6，在输出端（示波器探头夹在J3的两端）观测并记录放大驱动电路的输出结果 4.带通滤波器1的调试

在解调输入端（信号发生器探头夹在J1的两端）加入正弦波（Vpp为1V，频率为20KHZ-50KHZ，每次增加5KHZ），在U1的第7脚（TL084）观测其带通特性并记录结果，与Orcad中的仿真结果比较

5.限放电路记微分整流脉冲形成电路的调试

在S5悬空时，把J1的两端和J3的两端连接起来，这时CD4046输出频率应为35KHZ；观测U3的第2引脚，应为一方波，并与Orcad中的仿真结果比较。

观测U4的第6脚，即微分整流脉冲形成电路输出的信号，与Orcad中的仿真结果比较。6.低通滤波器1的调试

断开S3，在S3的2脚（S3的圆脚）加入正弦波（Vpp为1V，频率为5KHZ-40KHZ，每次增加5KHZ），在U1的第14脚（TL084）观测其低通频率特性，并记录结果与Orcad中的仿真结果比较。

7.比较电路的调试：示波器的耦合方式，选择“DC”耦合，目的是观测直流信号

把J1和J3连接起来，连接S3和S6。在S5的2脚（S5的圆脚）加入调制数据。加入“1”（对应接入5VCC）产生30KHZ信号，记录U3的第6脚电位（30KHZ过零点数目少，对应的直流电位低）；加入“0”（对应接GND），产生40KHZ信号，记录U3的第6脚电位（40KHZ过零点数目多，对应的直流电位高）；计算这两个电位的平均值，这个平均值就是比较器的比较电位。调节R32，使U3的第7脚的电位等于这个平均电位。 8.完成本地收发的联调

连接S3和S6，连接J1和J3。信号发生器产生5KHZ的TTL电平送入S5。对照原理图和PCB，通过示波器依次观测发射和接收波形。在解调端观测比较电路U3的第6脚，记录波峰和波谷的中心位置，该点的电位就是比较电路的最佳比较门限。然后调节电位器R32，使U3的第7脚的电位接近最佳比较门限。U3的第1脚即为解调波形，与发送波形相对照，两者应完全一致。 五、总结

本次课程设计分为软件部分和硬件部分。软件部分涉及Orcad仿真及电路参数的设计，Protel99se的使用。硬件部分包括基本的焊接以及调试。

软件仿真部分要注意参数的设计。要看得懂电路原理图及其仿真结果所表示的意义，二不仅仅是按照书上的只是机械的操作而已。在用Protel99se画原理图时，由于这次的原理图相对以前实验所做的要复杂些，所以更要注意元器件的型号、封装等问题，正确的原理图才能顺利的将其转成PCB图。虽说这次内容复杂，但好在之前有教过如何使用Orcad和Protel99se这两个软件，所以在老师的指导下还是较快的完成了软件部分的实验。

其实每次这些个实验最难的地方还是在于硬件部分，尤其是硬件各个部分的调试。对于硬件焊接过程关键是要仔细，避免造成短路或者虚焊，同时要尽量拉开元器件间的距离以减少干扰。而调试过程则需要耐心，即使电路焊接的不错，在调试的时候还是会遇到各种不同的问题，此时就需要我们按照书上的调试步骤结合电路原理图去找出错误所在，然后解决之。在这次实验中，我的调试过程可以说是很不顺利，但是在老师的帮助下，在我自己耐心的调试、找错中，最后还是顺利的调试出正确的结果。

和以往的实验相比，这次实验是最复杂、最难的，但是只要我们结合理论知识，在老师的指导下耐心地调试，最后大家基本都能得到正确的结果，顺利完成实验。