实验九 数字调频与解调实验
一、实验目的
1、掌握频率键控FSK调制工作原理及其电路的组成。 2、掌握利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。 二、实验预习要求
实验前，预习相关教材中的“角度调制与解调——非线性频率变换电路”有关章节内容。 三、实验原理
数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式，由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰性能较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛地应用。
数字调频又称为移频键控FSK,它是利用载频频率的变化来传递数字信号。 （一）、FSK调制电路工作原理
1、FSK调制电路原理框图，如图9-1所示。
基带信号 正弦载波信号u1T1 f =32KHz1 FSK调制信号输出T1
正弦载波信号u2T2f =16KHz 2 图9-1、FSK调制电原理框图
由图9-1可知，输入的基带信号（具有一定传输速率的数字脉冲信号）通过两个模拟传输门T1和T2
和一个反相器，分别控制两路不同频率的正弦载波信号u1和u2。当基带信号序列出现高电平“1”时，T1打开，T2 关闭，输出一路载波信号u1；当基带信号序列出现低电平“0”时，由于反相器的作用，使T1关闭，T2 打开，输出另一路载波信号u2。将两路模拟门的输出信号经由加法器“∑”的综合作用，在输出端就形成了一个已调制的FSK信号。 （二）、FSK解调电路工作原理
用锁相环解调FSK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中的一个载频f1上时，输出高电平；而对另一载频f2失锁，输出低电平。那么在锁相环滤波器的输出端就可以得到解调的基带信号序列。
FSK解调电路采用集成锁相环MC14046。将压控振荡器的中心频率设在f1（例如16KHz），当输入信号为f2（例如32KHz）时，环路失锁，此时环路对16KHz载频的跟踪破坏，鉴相器输入端的两个比较信号存在频差，经鉴相器后输出一串无规则的矩形脉冲，而锁定指示输出为低电平。由此可见，环路对16KHz载频锁定时输出高电平，对32KHz载频失锁时就输出低电平。只要适当地选择环路参数，使它对16KHz锁定，对32KHz失锁，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。 四、实验仪器与设备
TKGD系列高频电子线路综合实验箱； 双踪数字示波器； 数字万用表。 五、实验内容与步骤 （一）、实际线路分析
用作载波的方波信号32KHz和16KHz分别从K901和K902输入（在TP901和TP902可观察到它们的波形），经BG901和BG903的射级输出，并经电感和电容的滤波电路，分别滤出32KHz和16KHz正弦波信号，再经BG902和BG904的射级跟随，输出两路正弦载波信号（在TP903和TP904可观察到它们的波形）。基
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带信号从K904输入，控制模拟开关U901A和U901B，使基带信号分别对32KHz和16KHz的载波信号进行调制。由于反相器U904A的作用，使两路载波分时在负载R921上输出，从而在负载R921上形成已调制的FSK信号，并从K903输出。
U902为集成模拟锁相环，通过外围电路参数的选择，使压控振荡器的中心频率设计在16KHz，R915和C903构成外接低通滤波器。U903A为异或门，作包络检波判决输出，当锁相环锁定时，环路对输入FSK信号中的16KHz载波处于跟踪状态，U903A和U904B输出为低电平；32KHz载波时，输出为高电平。R919和C904起积分滤波作用，并经U904D和U904F整形后输出。
（二）、接通实验箱电源，然后按下+12V，+5V总电源开关K1、K2，数字信号发生实验单元电源开关K000和本实验单元电源开关K900，相对应的发光二极管点亮。 1、数字调频过程的观测
将来自数字信号发生实验单元的32KHz、16KHz方波信号输入本实验电路，用双踪示波器观测TP901和TP902处的波形，并记录之。
使TP903和 TP904的波形等幅且失真最小，并记录之。
将来自数字信号发生实验单元的2K 7位伪随机码通过K9041-2输入本实验电路，作为本实验的数字基带信号，在TP905观测，并记录之。
短接K9042-3，将来自数字信号发生器实验单元的8K方波信号输入本实验电路，以作为本实验的数字基带信号，观测 TP905的波形，并记录之。
短接K9041-2，观测TP905和TP906的波形 ，并记录之。 短接K9041-2，观测TP905和TP907的波形 ，并记录之。 短接K9042-3，观测TP905和TP907的波形 ，并记录之。 2、数字解调过程的观测
短接K9031-2．K9041-2，将伪随机码数字调制信号输入本电路的解调电路，观测数字解调信号TP905和TP908
的波形，并记录之。
数字信号的解调需要选频信号，本实验的选频信号取自压控锁相环对32KHz载波的跟踪。观测选频信号（TP909处）和32K载波输入（TP901处），调节W903，使两路波形的频率、相位完全一致。
学员可自行输入1K方波信号作为本实验的基带信号，重复观察数字解调过程。 六、实验注意事项
用双踪示波器观测数字调制信号时，应与输入的基带信号同步观测，以了解信号的调制规则。 七、预习与思考题
1、如何判断锁相环处于锁定状态？
2、要求环路能快速捕捉、迅速锁定，对其外围电路和元器件参数有什么要求？ 3、采用锁相环解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比是否产生延迟？为什么？ 4、试比较锁相调频与数字调频的特点及其应用。 八、实验报告
绘制实验步骤所要求的波形图，并进行认真地比较与分析。
附：数字调频与解调实验电路
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FSK+12VTP901K901R90133KE90147uBG9019013L90168mHW90110KE90247uR90433KBG9029013 R91033KBG9039013L90282mHE90447uBG9049013W90210KE90547uR903620C9015100pR90522KR906620TP903TP905TP907K903P632K123123U901A4066113FSK-TP72R90222KFSK+12VTP902K902R90733KE90347uTP904U904A74LS041TP906K9041232P516K R9126201238KU901B40661110P4E90647u12PN2KP3R90822KR909620C9020015uR91122K U904B474LS043R91951KU904C574LS046R9213KTP908TP909TP910R91551KE907P7FSK-T100u95CA9012000p671112143U902AINBINVCININHCACBR1R24046R91710KPCPPC1PC212131U903A3274LS32U904D974LS04FSK+5VR92010K813U904F1274LS04+5vK900FSK-RVCOUT4SFZEN1015
C9040015u8765R91310K1234R9183KR9221KFSK+12VR92356KC90501uC90601uD902LED+12vW90310KC9030015uW90410KR91410KR91610KD901LED非线性电路实验指导书 - 26 -
实验十 数字信号发生实验
一、实验目的
1、了解多种时钟信号的产生方法。
2、掌握用数字电路产生伪随机序列码的实现方法。 二、实验预习要求
阅读本实验原理部分内容、理解信号发生器系统的原理，熟悉各芯片的功能。 三、实验原理说明
时钟信号是通信电路及其它电路的重要组成部分。在通信电路中，若没有时钟信号，则电路的基本工作条件得不到满足而无法工作。因此，我们在做电子与通信原理各项实验时，必须先对所有的时钟信号加以了解、熟悉，以便能顺利地进行后续的各项实验。 （一）、时钟信号发生器电路的组成
信号发生器电路为实验系统提供各种时钟信号，用作电路和系统的激励或测试信号，电路的结构框图如图10-1所示。它是由内时钟信号源、多级分频电路和伪随机序列码三部分单元电路所组成。
??±??4.096MHz
2·??2048KHz? ?±?? ?·?1024KHz512KHz256KHz128KHz128KHz? ?±?? ?·?64KHz32KHz16KHz8KHz8KHz? ?±?? ?·?4KHz2KHz1KHz???±úò???ú??ú??·2KHz±??±???ú?PN 2K图10-1、信号发生器原理框图
（二）、电路工作原理 1、内时钟信号源
内时钟信号源由晶振（4.096MHz）、反相器、以及阻容元件所组成，输出振荡频率为4.096MHz方波脉冲信号，经D 触发器进行二分频后，输出2.048MHz的方波信号。 2、三级基准信号分频电路
用四位二进制计数器（74LS161）可组成三级分频电路，经逐次分频后可获得多种标准频率的脉冲信号输出。在本单元实验板的观测点TP001、 TP002、TP003、TP004、TP005等处可观测到2.048 KHz、128KHz、32KHz、16KHz、2KHz的方波脉冲信号。
3、伪随机码发生器电路
伪随机序列，也称作m序列，主要是作为数据源，以产生伪随机序列信号。电路原理图如图10-2所示。它是由D触发器、异或门和与非门组成的三级反馈移位寄存器。它的结构框图与状态转移图如图10-3和10-4所示。由状态转移 图可知，电路的状态是处于七个非零状态下循环运行，输出码型为“1110010”周期性序列。
TP005PN-CLK+5U005：A174LS74CDD3CLK2DSD4U007：A74LS061312U008：A74LS1021D+5U005：A74LS74CDD11CLK12D+5SDD+5U006：A74LS74CD32CLKD6589D65+5TP006PNSD4D1021图10-2、7位周期序列伪随机码电路原理图
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±????101110111Q2Q1Q0011010100+001 图10-3、伪随机序列码发生器结构框图 图10-4、状态转移图 四、实验仪器与设备
THGP系列高频电子线路综合实验箱； 数字万用表； 双踪数字示波器。 五、实验内容与步骤
在实验箱上找到本次实验所用的单元电路，然后按下+5V总电源开关K2和本实验单元电源开关K000。 1、用示波器观测电路各点的时钟信号，并记录之。
2、伪随机码信号的观测，观测三级计数器输出端的波形，记录并比较。 六、实验注意事项
在观测时钟信号时，最好用示波器的双踪同时观察两处的波形，以达到相互比较的目的。 七、预习思考题
1、试设计一个由单个反相器组成的晶振时钟电路。
2、时钟信号的分频电路能否用其它方法产生，画出其原理图。
3、在伪随机序列码发生器中，如果在Q1与Q0级之间再加上一级移存器QS 。如图10-5所示，试分析该电路的工作过程，并画出状态转移图。
±????Q2Q1Q1Q0 八、实验报告
+图10-5、增加QS时的伪随机码序列发生器电路
绘制出实验所观测到的波形，并作比较，有何结论？
附：数字信号发生实验电路
TP001U001A174LS04R0011KC0010.01uJ0014096K2CLK+5vU006B1211DCLKCLR74LS741310TP002TP004CLK+5vU002CLK+5vPREQ9R0021KQ89217103456LDCLKCLRPETEP1P2P3P4CO15P128K 9217103456U001D74LS04U003LDCLKCLRPETEP1P2P3P49832KTP003CO1511Q1Q2Q3Q414131211U001E74LS041016KP5P6CLK+5vU0049217103456LDCLKCLRPETEP1P2P3P4U001FCO151374LS04U001C574LS0461KP2122KP1Q1Q2Q3Q4141312111024K512K256K128KQ1Q2Q3Q4141312114K2K1KU001B474LS043CLK+5V74LS161A74LS161A8KP474LS161ACLK+5VK000+5VU008A1274LS101213U007A13274LS86TP005CLK+5vCLK+5v TP006U006A23DCLKCLR1C0060.1uC0070.1uC0080.1uC0110.1uR0031KD001LEDU005A23DU005BQ51211Q6DPREPREQ9PREQ5 P11044PN2KP3CLKCLR1CLKCLR13Q8Q674LS7474LS7474LS74CLK+5vCLK+5vCLK+5v
PN-CLK非线性电路实验指导书 - 28 -