畢業(yè)設(shè)計-基于protel的2fsk調(diào)制器的設(shè)計與仿真(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 圖可以看出，當(dāng)信碼為“1”時，分頻鏈作 4 分頻，即輸出頻率為2950Hz 載波，信碼為 “0”時，分頻鏈作 8 分頻，輸出頻率為 1475Hz 載波。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 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。三十二分頻四分頻八分頻方波發(fā)生器M 發(fā)生器選通開關(guān)選通開關(guān)反相器 相加器2FSK 信號11800Hz圖 FSK 調(diào)制功能框圖 偽隨機序列產(chǎn)生原理及作用隨著通信理論的發(fā)展，早在 20 世紀 40 年代，香農(nóng)就曾指出，在某些情況下，為了實現(xiàn)最有效的通信，應(yīng)采用具有白噪聲的統(tǒng)計特性的信號。另外，為了實現(xiàn)高可靠的保密通信，也希望利用隨機噪聲。然而，利用隨機噪聲最大困難是它難以重復(fù)產(chǎn)生和處理。直到 60 年代，偽隨機噪聲的出現(xiàn)才使這一難題得到解決。偽隨機噪聲具有類似于隨機噪聲的一些統(tǒng)計特性，同時又便于重復(fù)產(chǎn)生和處理。由于它具有隨機噪聲的優(yōu)點，又避免了它的缺點，因此獲得了日益廣泛的應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的偽隨機序列都是由數(shù)字電路產(chǎn)生的周期序列得到的，我們稱這種周期序列為偽隨機序列。對與偽隨機序列有如下幾點要求：(1)應(yīng)具有良好的偽隨機性，即應(yīng)具有和隨機序列類似的隨機性；(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。這是為了接收端準確檢測，以減少差錯；(3)要求隨機序列的數(shù)目以保證在碼分多址的通信系統(tǒng)中，有足夠的地址提供給不同的用戶；(4)要求設(shè)備簡單，易實現(xiàn)，成本低。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 6 頁 通常產(chǎn)生偽隨機序列的電路為一反饋移存器。它又分為線形反饋移存器和非線形反饋移存器兩類。由線形反饋移存器產(chǎn)生出的周期最長的二進制數(shù)字序列稱為最大長度線形反饋移存器，通常稱為 m 序列。由于它的理論比較成熟，實現(xiàn)比較簡便，實際應(yīng)用也比較廣泛，故在這里以 m 序列發(fā)生器為例，設(shè)計偽隨機序列發(fā)生器。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。線形反饋移位寄存器由時鐘控制若干個串接的存儲器所組成。在時鐘信號的控制下，寄存器的存儲信號由上一級向下一級傳遞。如果讓某些寄存器的輸出反饋回來進行運算，運算結(jié)果作為第一級寄存器的輸入，則我們可以得到一個移位寄存器序列。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。線性移位寄存器的一般形式如圖 所示，總共有 1，2，3,…,N 個寄存器，他們的狀態(tài)為 Xi（i=1,2,3，…，n），經(jīng) Ci（I=1,2,3，…，n）相乘后模2 加，再反饋。這里 Ci∈（0,1），且乘法規(guī)則是 0*0=0*1=1*0=0，1*1=1 。實際上 Ci=0 表示斷開， Ci=1 表示連接。因此這個 N 階移位寄存器的反饋函數(shù)為： ()12(,.)1niFxcx??特征多項式是： ()??012f .i nccx?? 特征多項式中的 Xi(i=0,1,2...n)與移位寄存器的第 i 個觸發(fā)器相對應(yīng)。圖 線形移位寄存器的一般形式上述的反饋函數(shù)是一個線形遞歸函數(shù)。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。反饋移存器的級數(shù) n 不同，則 m 序列的反饋系數(shù)也不同，表 1 列出了部分的 m 序列發(fā)生器的反饋系數(shù)。表中給出的是八進制數(shù)值，經(jīng)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)值后，可求出相應(yīng)的反饋系數(shù)。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 7 頁 ⊕表 1 部分 m 序列發(fā)生器的反饋系數(shù)級數(shù)（n） 序列長度 反饋系數(shù)3 7 134 15 235 31 45，67，756 63 103，147，1557 127 203，211，217，235，277，313，325，345，3678 255 435，453，537，543，545，551，703，7479 511 1021，1055，1131，1157，1167，117510 1023 2021，2033，2157，2443，2745，347111 2047 4005，4445，5023，5263，6211，736312 4095 10123，11417，12515，13505，14124，1505313 8191 20213，23261，30471，32535，3750514 16383 42103，51761，55753，60153，71147，6740115 32767 100003，110003，120265，133663，142305，16470516 65536 210013，233303，307572，311405，347433，37521317 131071 400011，411335，444257，527427，646775，71430318 262143 1000201，1002241，1025711，170360119 524287 2021047，2020471，2227023，2331067，2570103，361035320 1048575 4000011，4001151，4004515，6000031偽隨機信號在雷達、遙控、遙測、通信加密和無線電測量系統(tǒng)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。利用 VHDL 語言進行軟件編程，通過 EDA 設(shè)計軟件對程序編譯、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芯片中，可以實現(xiàn)不同序列長度的偽隨機信號發(fā)生器。圖 所示是 n=7 的結(jié)構(gòu)模型。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 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。具體來說， m 序列的一個周期中的“0”的個數(shù)比“1”的個數(shù)少一個。游程分布我們把偽隨機序列中取值（“0”或“1”）相同的一段碼位稱為一個游程。在一個游程中包含的位數(shù)稱為游程長度。把取值為“0”的游程稱為“0”游程，取值為“1”的游程為“1”游程。在 m 序列中的一個周期內(nèi)，游程的總個數(shù)等于 2n1，而且 “0”游程的數(shù)目與“1”游程的數(shù)目相等，即各占一半。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。長為 n1 的游程只有一個，且為“0”游程，長為“1”。 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。 包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法可視為由兩路 2ASK 解調(diào)電路組成。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)信號同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號。若上、下支路 s(t)及 的抽樣值分別用 表示，則抽樣判決器的判決準則為： 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 9 頁 圖 包絡(luò)檢波法原理框圖 相干檢測法 相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖 所示。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。它們的輸出分別與相應(yīng)的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值進行比較判決（判決規(guī)則同于包絡(luò)檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號。圖 相干檢測法原理框圖 過零檢測法單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的高低。數(shù)字調(diào)頻波的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異，黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 10 頁 這就是過零檢測法的基本思想。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。尖脈沖觸發(fā)一寬脈沖發(fā)生器，變換成具有一定寬度的矩形波，該矩形波的直流分量便代表著信號的頻率，脈沖越密，直流分量越大，反映著輸入信號的頻率越高。經(jīng)低通濾波器就可得到脈沖波的直流分量。這樣就完成了頻率－幅度變換，從而再根據(jù)直流分量幅度上的區(qū)別還原出數(shù)字信號“1”和“0”。 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