实验3 FSK (ASK)调
制解调实验
-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
实验3 FSK（ASK)调制解调实验
一、实验目的
1．掌握FSK（ASK）调制器的工作原理及性能测试； 2．掌握FSK（ASK）锁相解调器工作原理及性能测试；
3. 学习FSK（ASK）调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。
二、实验仪器
1．FSK调制模块，位号A
2．FSK解调模块，位号C
3．时钟与基带数据发生模块，位号：G 4．噪声模块，位号B 5．20M双踪示波器1台 6．小平口螺丝刀1只 7．频率计1台（选用） 8．信号连接线3根
三、实验原理
（一） FSK调制电路工作原理
FSK调制电路是由两个ASK调制电路组合而成，它的电原理图，如图3-1所示。16K02为两ASK已调信号叠加控制跳线。用短路块仅将1-2脚相连，输出“1”码对应的ASK已调信号；用短路块仅将3-4脚相连，输出“0”码对应的ASK已调信号。用短路块将1-2脚及3-4脚都相连，则输出FSK已调信号。因此，1本实验箱没有专门设置ASK实验单元电路。 2KHZ方波数字基带信号输入2
2K伪随机码316K0116U03A74LS04
132KHZ低通f116TP0211216TP0116TP0321124116KHZ低通f21116U02A40661316TP0432图3-1 FSK调制解调电原理框图
1
11116U02B40661016K0216TP06图3-1中，输入的数字基带信号分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经反相器去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关B打开，模拟开关A关闭，此时输出f1=32KHz；当基带信号为“0”时，模拟开关B关闭，模拟开关A打开，此时输出f2=16KHz；在输出端经开关16K02叠加，即可得到已调的FSK信号。
电路中的两路载频(f1、f2)由时钟与基带数据发生模块产生的方波，经射随、选频滤波变为正弦波，再送至模拟开关4066。载频f1的幅度调节电位器16W01，载频f2的幅度调节电位器16W02。
（二） FSK解调电路工作原理
FSK解调采用锁相解调，锁相解调的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频上，此时对应的环路滤波器输出电压为零，而对另一载频失锁，则对应的环路滤波器输出电压不为零，那末在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息。FSK锁相环解调器原理图如图3-2所示。FSK锁相解调器采用集成锁相环芯片
17TP0217TP01压控振荡器中心频率1FSK调制信号17U011439517C022200671112AINBINVCININHCACBR1R2MC4046PCPPC1PC2121313217U02A117TP031FSK解调输出VCOUT4SFZEN101517R0947K17W0110K图3-2 FSK锁相环解调器原理示意图
MC4046。其中，压控振荡器的频率是由17C02、17R09、17W01等元件参数确定，中心频率设计在32KHz左右，并可通过17W01电位器进行微调。当输入信号为32KHz时，调节17W01电位器，使环路锁定，经形成电路后，输出高电平；当输入信号为16KHz时，环路失锁，经形成电路后，输出低电平，则在解调器输出端就得到解调的基带信号序列。
四、各测量点和可调元件的作用 1. FSK调制模块
16K02：两ASK已调信号叠加控制跳线。用短路块将1-2脚及3-4脚都相
连，则输出FSK已调信号。仅1-2脚连通，则输出ASK已调信号。
16TP01：32KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片(EPM240)编程产生。
2
16TP02：16KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片(EPM240)编程产生。 16TP03：32KHz载波信号测试点，可调节电位器16W01改变幅度。 16TP04：16KHz载波信号测试点，可调节电位器16W02改变幅度。 16P01：数字基带信码信号输入铆孔。
16P02：FSK已调信号输出铆孔，此测量点需与16P01点波形对比测量。
2．FSK解调模块
17W01：解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器。
17P01：FSK解调信号输入铆孔。
17TP02：FSK解调电路中压控振荡器输出时钟的中心频率，正常工作时应为32KHz左
右，频偏不应大于2KHz，若有偏差，可调节电位器17W01。
17P02：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同16P01。
3．噪声模块
3W01:噪声电平调节。
3W02：加噪后信号幅度调节。
3TP01:噪声信号测试点，电平由3W01调节。 3P01:外加信号输入铆孔。 3P02:加噪后信号输出铆孔。
五、实验内容及步骤
1．插入有关实验模块：
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“ FSK调制模块” 、“噪声模块”、“FSK解调模块”，插到底板“G、A、B、C”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。 2．信号线连接：
用专用导线将4P01、16P01；16P02、3P01；3P02、17P01连接（注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔）。 3．加电：
打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。 4．设置好跳线及开关：
用短路块将16K02的1-2、3-4相连。拨码器4SW02：设置为“00000”，4P01产生2K的 15位m序列输出。 5．载波幅度调节：
16W01：调节32KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。 16W02：调节16KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。 用示波器对比测量16TP03、16TP04两波形。 6．FSK调制信号和巳调信号波形观察：
3
双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接16P02，调节示波器使两波形同步，观察FSK调制信号和巳调信号波形，记录实验数据。 7．噪声模块调节：
调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；调节3W02，调整3P02信号幅度为4V。
8．FSK解调参数调节：
调节17W01电位器，使压控振荡器锁定在32KHz（16 KHz行不行） ，同时可用频率计监测17TP02信号频率。
9．无噪声FSK解调输出波形观察：
调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接17P02。同时观察FSK调制和解调输出信号波形，并作记录，并比较两者波形，正常情况，两者波形一致。如果不一致，可微调17W01电位器，使之达到一致。 10．加噪声FSK解调输出波形观察：
调节3W01逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。
11．ASK实验与上相似，这儿不再赘述。 12．关机拆线：
实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。
注：由于本实验中载波频率为16KHz、32KHz，所以被调制基带信号的码元速率不要超过4KHz。
六、实验结果分析
根据输入的基带信号，请画出FSK、ASK各主要测试点波形。
FSK的Matlab仿真结果
原始基带信号
调制后的信号
4
接收到有噪声的信号
解调后的信号
抽样判决后的信号
调制信号的频谱分析
实验室演示的图形
5
基带信号和调制信号
原始信号和恢复信号
ASK的Matlab仿真结果
6
实验室演示的图形
7
ASK的基带信号和调制信号
实验心得
通过两个不同频率的载波信号可以对调制信号进行2FSK调制；通过想干解调，可以较好的实现2FSK调制信号的解调；解调出来的波形与调制信号相比会有一定的延时。2FSK信号频谱是看成由两个不同频率的2ASK信号频谱组成。
附录
FSK的Matlab程序
主程序
close all clear all n=16;
f1=18000000; f2=6000000;
8
bitRate=1000000; N=50; noise=10;
signal=source(n,N);
transmittedSignal=fskModu(signal,bitRate,f1,f2,N); signal1=gussian(transmittedSignal,noise);
configueSignal=demoFSK(signal1,bitRate,f1,f2,N);
子程序
function bitstream=demoFSK(receivedSignal,bitRate,f1,f2,N) load num
signal1=receivedSignal;
signal2=filter(gaotong,1,signal1); %通过HPF，得到高频分量 signal3=abs(signal2); %整流
signal3=filter(lowpass,1,signal3); %通过LPF，形成包络 bitstream=[];
IN1=fix(length(lowpass)/2)+fix(length(gaotong)/2); %延迟时间
bitstream1=[];
LL=N; %每个bit的抽样点数 i=IN1 +LL/2;
while (i<=length(signal3)) %判决
bitstream1=[bitstream1,signal3(i)>=0.5]; i=i+LL; end
bitstream1 figure(5)
subplot(3,1,1);
plot(1:length(signal1),signal1);
title('Waveof receivingterminal(including noise)'); grid on;
subplot(3,1,2);
plot(1:length(signal2),signal2);title('After Passing HPF');grid on;
subplot(3,1,3);
plot(1:length(signal3),signal3);title('After Passing LPF');grid on;
9
signal4=filter(daitong,1,signal1); %通过BPF，得到低频分量 signal5=abs(signal4); %整流
signal5=filter(lowpass,1,signal5); %通过LPF，形成包络 IN2=fix(length(lowpass)/2)+fix(length(daitong)/2); %延迟时间
bitstream2=[];
LL=N; %每个bit的抽样点数 i=IN2 +LL/2;
while (i<=length(signal5)) %判决
bitstream2=[bitstream2,signal5(i)>=0.5]; i=i+LL; end
bitstream2 figure(6)
subplot(3,1,1);
plot(1:length(signal1),signal1);
title('Wave of receiving terminal(including noise)');grid on; subplot(3,1,2);
plot(1:length(signal4),signal4);title('After Passing BPF');grid on;
subplot(3,1,3);
plot(1:length(signal5),signal5);title('After Passing LPF');grid on;
for i=1:min(length(bitstream1),length(bitstream2)) %判决 if(bitstream1(i)>bitstream2(i)) bitstream(i)=1; else
bitstream(i)=0; end end
bitstream
bit=[]; %接收端波形 for i=1:length(bitstream) if bitstream(i)==0
10
bit1=zeros(1,N); else
bit1=ones(1,N); end
bit=[bit,bit1]; end
figure(7)
plot(bit),title('binary of receiving terminal'),grid on; axis([0,N*length(bitstream),-2.5,2.5]); end
function transmittedSignal=fskModu(signal,bitRate,f1,f2,N) t=linspace(0,1/bitRate,N); c1=sin(2*pi*t*f1); c2=sin(2*pi*t*f2); transmittedSignal=[]; for i=1:length(signal) if signal(i)==1
transmittedSignal=[transmittedSignal,c1]; else
transmittedSignal=[transmittedSignal,c2]; end end figure(2)
plot(1:length(transmittedSignal),transmittedSignal); title('Modulation of FSK');grid on; figure(3)
m=0:length(transmittedSignal)-1; F=fft(transmittedSignal);
plot(m,abs(real(F))),title('ASK_frequency-domain analysis real'); grid on; end
FSK的Matlab程序
clc; clear;
N=30; xn=[];
x=[1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0]; t=0.01:0.01:N; y=cos(2*pi*2*t); for i=1:N
if x(i)==1
11
xn(i*100-99:i*100)=ones(1,100); else
xn(i*100-99:i*100)=zeros(1,100); end end
subplot(5,2,1) plot(xn);
title('原始二进制信号'); axis([0 3000 -1 2])
y=cos(2*pi*2*t); subplot(5,2,2) plot(y);
title('载波波形'); axis([0 3000 -2 2])
z=xn.*y;
subplot(5,2,3) plot(z)
title('已调信号') axis([0 3000 -1.5 1.5])
%对已调信号进行频谱分析 ba=fft(z,512); ba=abs(ba); subplot(5,2,4) plot(ba);
title('已调信号频谱') axis([-200 600 0 150])
%加入高斯噪声
a=0.1;%noise 系数，控制噪声功率noise=a*(2*rand(1,100*N)-1); z1=z+noise; subplot(5,2,5) plot(z1);
title('加入噪声后信号波形');
%对加噪信号进行频谱分析 ba=fft(z1,512); ba=abs(ba); subplot(5,2,6) plot(ba);
title('加噪信号频谱') axis([-200 600 0 150])
%设计一个低通滤波器
Wp =50/80; Ws = 70/80;
[n,Wn] = buttord(Wp,Ws,1,5) [b,a] = butter(n,Wn);
%对加入噪声的信号进行滤波 x_fir=filter(b,1,z1);
%观察滤波之后的信号波形 subplot(5,2,7) plot(x_fir);
title('滤波之后的信号') axis([0 3000 -2 2])
%相干解调 x2=x_fir.*y; subplot(5,2,8); plot(x2);
title('与相干载波相乘波形') axis([0 3000 -0.5 2])
%对加入噪声的信号进行滤波 x3=filter(b,1,x2); subplot(5,2,9) plot(x3);
title('与相干载波相乘后滤波波形')
axis([0 3000 -0.5 2.5])
%抽样判决
for i=1:N
if abs(x3(i*100-20))>=0.5; xn2(i*100-99:i*100)=ones(1,100); else
12
xn2(i*100-99:i*100)=zeros(1,100); end end
subplot(5,2,10);
plot(xn2); title('恢复波形') axis([0 3000 -1 2])
13
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