解讀數字通信原理實驗FSK（ASK）調制解調實驗

一、實驗目的

1.掌握FSK（ASK）調制的工作原理及電路組成。 2.掌握利用鎖相環解調FSK的原理和實現方法。

二、實驗電路工作原理

圖9-1 FSK調制解調電原理框圖

數字頻率調制是數據通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調制解調方式容易實現，抗噪聲和抗群時延性能較強，因此在無線中低速數據傳輸通信系統中得到了較為廣泛的應用。

數字調頻又可稱作移頻鍵控FSK，它是利用載頻頻率變化來傳遞數字信息。

數字幅度調制ASK本實驗箱沒有做成專門的ASK單元，因為只接通FSK調制單元電路中相加開關K902的“對1調制”信號，即為ASK調制。

（一） FSK調制電路工作原理

FSK調制解調電原理框圖，如圖9-1所示；圖9-2是它的調制電路電原理圖。 輸入的基帶信號分成兩路，一路控制f1=32KHz的載頻，另一路經倒相去控制f2=16KHz的載頻。當基帶信號為“1”時，模擬開關1打開，模擬開關2關閉，此時輸出f1=32KHz，當基帶信號為“0”時，模擬開關1關閉，模擬開關2開通。此時輸出f2=16KHz，于是可在輸出端得到已調的FSK信號。

電路中的兩路載頻（f1、f2）由內時鐘信號發生器產生，兩路載頻分別經射隨、選頻濾波、射隨、再送至模擬開關U902A與U901B（4066）。

（二） FSK解調電路工作原理

FSK集成電路模擬鎖相環解調器由于性能優越，價格低廉，體積小，所以得到了越來越廣泛的應用。解調電路電原理圖如圖9-3所示。 FSK集成電路模擬鎖相環解調器的工作原理是十分簡單的，只要在設計鎖相環時，使

它鎖定在FSK的一個載頻如f1上，對應輸出高電平，而對另一載頻f2失鎖，對應輸出低電平，那末在鎖相環路濾波器輸出端就可以得到解調的基帶信號序列。

FSK鎖相環解調器中的集成鎖相環選用了MC14046。

壓控振蕩器的中心頻率設計在32KHz。圖9-3中R924、R925、CA901主要用來確定壓控振蕩器的振蕩頻率。R929、C916構成外接低通濾波器，其參數選擇要滿足環路性能指標的要求。從要求環路能快速捕捉、迅速鎖定來看，低通濾波器的通帶要寬些；從提高環路的跟蹤特性來看，低通濾波器的通帶又要窄些。因此電路設計應在滿足捕捉時間前提下，盡量減小環路低通濾波器的帶寬。？

當輸入信號為16KHz時，環路失鎖。此時環路對16KHz載頻的跟蹤破壞。

可見，環路對32KHz載頻鎖定時輸出高電平，對16KHz載頻失鎖時就輸出低電平。只要適當選擇環路參數，使它對32KHz鎖定，對16KHz失鎖，則在解調器輸出端就得到解調輸出的基帶信號序列。關于FSK調制原理波形見圖9-4所示。

三、實驗內容

測試FSK調制解調電路TP901—TP910各測量點波形，并作詳細分析。

1．按下實驗箱右測電源開關，電源指示燈亮。

2．跳線開關設置：

K901：1－2：碼元速率為2KB/s的111100010011010偽隨機碼或2KHz方波，由薄膜鍵盤選擇輸入；

2－3：PC數據。

K902：1-2和3-4均相連時，調制波形疊加合成開關。

K903：1－2：在已調信號中加入噪音（模仿實際通信中的信道噪聲， 可在噪聲模塊中TP108處測得噪聲波形，W101調節噪聲幅度，幅度不宜過大）；

2－3：不加入噪音（或者跳線拔掉不連）。

SW01：1－2：FSK自環；

2－3：斷開FSK自環，FSK可通過MODEM接口實現兩個實驗平臺間的雙工通信（此實驗將在后續章節中完成）。

3．電位器調節：

W901：調節32KHz正弦波幅度大小。

W902：調節16KHz正弦波幅度大小。

W903：調節FSK已調信號幅度大小。

W904：調節解調電路壓控振蕩器時鐘的中心頻率。

4．調節W904電位器使壓控振蕩器工作在32KHz（16 KHz行不行）。

5．注意：當基帶信號的碼元速率與載頻信號的頻率相差太近時，FSK解調端輸出測量點TP910輸出應為不穩定的輸出波形。

6．接通開關SW01的1-2腳（自環）或2-3腳（斷開自環），輸入FSK信號給解調電路，注意觀察“1”、“0”碼內所含載波的數目。

7．觀察FSK解調輸出TP908～TP910波形，并作記錄，并同時觀察FSK調制端的基帶信號，比較兩者波形，觀察是否有失真。

FSK頻移鍵控原理波形示意圖（如圖9-4）。

圖9-2 FSK調制電路電原理圖

圖9-3 FSK解調電路電原理圖

FSK頻移鍵控原理波形圖（如圖9-4）

圖9-4 FSK頻移鍵控原理波形圖

四、測量點說明

TP901：32KHz方波信號，由U101芯片（EPM7128）編程產生。

TP902：16KHz方波信號，由U101芯片（EPM7128）編程產生。

TP903：32KHz載波信號，可調節電位器W901改變幅度

TP904：16KHz載波信號，可調節電位器W902改變幅度

TP905：作為數字基帶信碼信號輸入，由開關K901決定。

K901的1與2相連：碼元速率為2KHz的111100010011010碼或2KHz方波由薄膜鍵盤選擇輸入；

K901的2與3相連： PC數據輸入。

TP906：FSK調制信號輸出，此測量點需使用雙蹤對比測量，另一蹤（觸發）測量TP905。

K902的1-2相連、3-4斷開時，TP906為32KHz載波FSK調制信號輸出；

K902的1-2斷開、3-4相連時，TP906為16KHz載波FSK調制信號輸出；

K902的1-2和3-4均相連時，TP906為FSK調制信號疊加輸出。

TP907：衰減或放大的FSK調制信號輸出。

K903的1-2腳相連時，在調制信號中加入噪聲，電位器W101調整噪聲幅度（可在TP108處測得波形），模擬實際通信中的信道傳輸。

TP908：FSK解調信號輸入。

SW01的1－2腳相連時：FSK自環，即同一平臺上調制解調；

SW01的2－3相連時：FSK自環斷開，FSK可通過MODEM接口實現兩個實驗平臺間的雙工通信。

TP909：FSK解調電路中壓控振蕩器輸出時鐘的中心頻率，正常工作時應為32KHz左右，頻偏不應大于2KHz，若有偏差，可調節電位器W904。

TP910：FSK解調信號輸出，即數字基帶信碼信號輸出，波形同TP905。

注：在FSK解調時，數字基帶信號的頻率與載頻的頻率應滿足4F ≤ fc2的關系，否則它們的頻譜重疊，FSK解調電路解調不出此時的數字基帶信碼信號。

五、實驗報告要求

1.畫出FSK、ASK各主要測試點波形。

2.寫出改變4046的哪些外圍元件參數對其解調正確輸出有影響？

3.分析其輸出數字基帶信號序列與發送數字基帶信號序列相比有否產生延遲，什么情況下會出現解調輸出的數字基帶信號序列反向的問題？