2fsk调制解调电路设计
一、设计基本原理和系统框图
2FSK系统分调制和解调两部分。
= 1 \* GB3 ①调制部分：2FSK信号的产生方法主要有两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，如(a)图所示，使其能够输出两个不同频率的码元。第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如(b)图所示。这两种方法产生的2FSK信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK信号，在相邻码元之间的相位是连续的，如(c)图所示；而开关法产生的2FSK信号，则分别由两个独立的频率源产生不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续，如(d)图所示。本次设计用键控法实现2FSK信号。
(c)相位连续 (d)相位不连续
= 2 \* GB3 ②解调部分：2FSK信号的接收主要分为相干和非相干接收两类，本次设计采用非相干法(即包络解调法)，其方框图如下。用两个窄带的分路滤波器分别滤出频率为和的高频脉冲，经过包络检波后分别取出它们的包络。把两路输出同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。
2FSK
n(t)
FSK信号包络解调方框图
设频率代表数字信号1；代表数字信号0，则抽样判决器的判决准则：
式中x1和x2分别为抽样判决时刻两个包络检波器的输出值。这里的抽样判决器，要比较x1、x2的大小，或者说把差值x1-x2与零电平比较。因此，有时称这种比较判决器的判决电平为零电平。
当FSK信号为时，上支路相当于接收“1”码的情况，其输出x1为正弦波加窄带高斯噪声的包络，它服从莱斯分布。而下支路相当于接收“0”码的情况，输出x2为窄带高斯噪声的包络，它服从瑞利分布。如果FSK信号为，上、下支路的情况正好相反，此时上支路输出的瞬时值服从瑞利分布，下支路输出的瞬时值服从莱斯分布。
无论输出的FSK信号是或，两路输出的判决准则不变，因此可以判决出FSK信号。
二、各单元电路设计
2.1 2FSK调制单元
要将NRZ码经过2FSK调制成为2FSK信号，我们采用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出。键控法产生的FSK信号频率稳定度可以做得很高并且没有过渡频率，它的转换速度快，波形好。
(1)时钟脉冲产生和分频器
晶振模块由晶体4096和反相器7474组成，其输出一个矩形脉冲，矩形脉冲经过分频器7474，进行一次分频，把信号送给数字键控开关。一次分频输出的信号经过二次分频后，也送入数字键控开关，这样两个独立的振荡器就设计好了。因为要通过选择不同频率的高频振荡信号来实现FSK的调制。所以我采用2个D触发器7474来进行分频。其中，U1A是进行2分频的操作，而将它的输出信号作为第2个D触发器的时钟信号，所以U2A是进行4分频的操作。
(2)滤波电路和数字键控开关
由于分频器产生的信号存在干扰，必须设计滤波电路，滤去不需要的干扰成分。由芯片4053构成数字键控开关，4053是一个三路二选一模拟开关，通过它对两路输入信号进行输出选择，其功能表如下
如果用数字信号（从4053-ABC端输入）来键控两个不同的载波频率，即信号的符号是用二进制的基带信号是用“0”和“1”电平来表示的。“1”对应于载波频率,“0”对应于。这种称为二进制频移键控（2FSK）。而其振幅和初始相位不变。故其表示式为：
式中，A－振幅 ()是个常数，表明码元的包络是矩形脉冲，W1和W0为两个不同的频率的码元的角频率。其电路图设计如下：
2.2 FSK解调单元
2FSK信号的解调方法有：包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零点检测法等，在这个课程设计里我们采用包络检波法。
(a)带通滤波器
此电路通过上、下两个带通滤波器，滤去带外噪声，滤除掉高次谐波并将校信号放大。上支路只准许频率为f1的高频信号通过，下支路只准许为的高频信号通过。这里我们用放大器741和电容、电阻构成。
(b)包络检波器和抽样判决器
由窄带滤波器输出的高频信号通过变容二极管构成的检波器，包络检波器将各自的包络取出至抽样判决器，抽样判决器在抽样脉冲到达时对包络的样值和 (上边路为V1,下边路为)进行判决，判决准则是当抽样值满足判为频率代表的数字基带信号，即“1”码；当时判为频率代表的数字基带信号，即“0”码。其电路设计图如下：
若发送端调制有“1”，“0”信道噪声是高斯白噪声，则信道中传输时的为与高斯白噪声的混合信号，即。此信号通过中心频率的窄带滤波器，输出和窄带高斯白噪声混合信号；通过中心频率的窄带滤波器输出是窄带高斯白噪声，注意上下两路噪声的中心频率不同。上下两路通过各自的包络器进行抽样判决，若此时，判输出“1”，这是正确接收；若噪声使,判决输出“0”，这是错误接收。这样便能得到对应于原数字信号的基带脉冲信号，从而达到解调的目的。
三、系统仿真
本次设计系统仿真采用SystemView，它是一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化开发环境。它可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。本次设计主要是对系统的发端和收端进行仿真，其2FSK调制器的输出端、收端的输入点（即加了噪声后接收到的信号）、解调器的输出端等几个地方进行测试，其仿真电路图及仿真波形分别如下图：
(A)系统仿真电路图
(B)NRZ码元波形
(C)键控法产生的2FSK波形
(D)上路经过包络检波后的波形
(F)下路经过包络检波后的波形
(G)2FSK信号经解调后的波形
四、总结与体会
两周的课程设计在忙忙碌碌中一晃而过。刚开始，我们头绪不是很清楚，不知道从哪里入手，但通过老师的耐心指导并和同学认真研究设计课题，跑图书馆查资料、确定基本设计方案、对所用芯片功能进行查找、调试、上机仿真等，经历了一次次的困难，却积累了很多宝贵的经验。在整个课程设计的过程中遇到的问题主要有以下三点，第一：基础知识掌握的不牢固，主要表现在一些常用的电路的形式和功能不清楚，对书本上的内容理解不够透彻。第二：对一些常用的应用软件缺少应用，体现在画电路图和系统的仿真的时候，对这些软件的操作不熟练，浪费了很所时间。第三：相关知识掌握的不够全面，缺少系统设计和仿真的经验。
这次课程设计进一步端了我的学习态度，学会了实事求是，严谨的作风，提高了动手能力。对自己要严格要求，不能够一知半解，要力求明明白白。急于求成是不好的，我有所感受。如果省略了那些必要的步骤，急于求成，不仅会浪费时间，还会适得其反。在我看来，懂得少，并不可怕，可怕的是不向别人虚心学习。没有人生下来就知道什么，也没有人生下来就很聪明。即使天才，也要通过后天的努力，才获得成功的。我觉得动手之前，头脑里必须清楚该怎么做，这一点是很重要的。就目前来说，我的动手能力虽然差一点，但我想，通过我的不懈努力，在这方面，我总会得到提高。这一点，我坚信。因为别人能做到的， 我也一定能做到。
当中我遇到了一些困难，由于粗心大意出了一些简单的错误，浪费了一些时间去改正，幸好有老师们的耐心指导和同组同学的热心帮助，给我指出了错误的原因，以及改正方法，在此我非常感谢！
在此次的课程设计中我最大的体会就是进一步认识到了理论联系实践的重要性。一份耕耘，一份收获。通过一个星期电子实习，让我明白科学的思维方法和学习方法是多么重要，只有这样才能够有很高的效率，才能够让自己的工作更完美。
总而言之，此次课程设计让我学到了好多平时在课堂上学不到的东西，增加了我的知识运用能力，增强我的实际操作能力。谢谢老师给我们提供这么好的机会，为我们之后走向社会奠定了一个好的基础。
通过SystemView、Protel99 Se这个软件还有实验室所提供的设备，综合全面地测试了我的动手和思考能力，现在我对通信原理又有了进一步的认识。在我们以往的学习过程中，我们刻意地去加强理论的基础，设计出一个东西后，我们便以为我们的计划成功了岂不知它能否在硬件结构中得以实现则是另外一回事，这就要求我们的动手能力了，如果无法使理论和实际联系起来，那么再好的设计也只是一堆废字符。
本次课程设计有机地结合了理论与实践，既考察了我们对理论知识的掌握情况，还反映出我们实际动手能力，更主要的是它激起我们创新思维，为今后的进一步学习创下良好条件，为以后的就业也打下一个根基，真可谓一举多得。
五、附录（总设计电路图）
六、参考文献
樊昌信编著： 通信原理教程，电子工业出版社。
罗卫兵、孙桦、张捷编著： SystemView 动态系统分析及通信 系统仿真设计，西安电子科技大学出版社。
鲜继清、张德民主编： 现代通信系统，西安电子科技大学出版社。
浣喜明编：通信原理实验。
王钦笙、毛京丽、朱彤编著：数字通信系统，北京邮电大学出版社。
阎石主编：数字电子技术基础（第四版），高等教育出版社。
康华光主编：电子技术基础模拟部分（第四版），高等教育出版社。
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