二进制差分调相器——数字信源发生器设计【毕业论文】.doc

1、 本科毕业设计 （ 20 届） 二进制差分调相器 数字信源发生器设计 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 - 摘 要 本文介绍了用数字电子技术实现数字信号发生器的设计，数字信号主要为全0信号、全 1信号、 1： 1信号和 M 序列 31 位伪随机信号。 为使数字信号能在带通信道中传输，就要利用数字信号对载波进行调制。 数字调制的基本方式为幅移键控 (ASK),频移键控 (FSK)和相移键控 (PSK)，其它的数字调制方式是这 3 种方式的扩展。在相同信噪比的情况下，相移键控具有更低的误码率，且能有效地利用所给定的信道频带，所以是一种较好的调制

2、方式。 DPSK调制又分为二进制和 M 进制方式。 二进制数字调制方式虽然占用频带较宽使得频率利用率不够经济，但实现起来比较容易，解调设备也比较简单，而且抗干扰和抗衰落性能较强，因此在数字通信系统中得到了较为广泛 的应用。 本文根据 2DPSK 信号产生的原理，首先采用晶振电路产生 11.0592MHz 的时钟信号，经过 74LS161 的 9 分频和 4024 的 64 分频得到 19.2KHz 载波信号，然后经过 4022 的 8 分频获得数字信号发生需要的 2400Hz 时钟信号，信号经过差分编码电路分别输出 1： 1信号和 31 位伪随机信号。设计中利用 Protel 进行了电路仿真，

3、使用 Multisim 仿真软件校对波形。 关键词： 数字电子技术； 调制方式； DPSK；晶振电路；分频电路；仿真 - 3 - Abstract This article describes the use of digital electronic technology to the design of digital signal generator, including the whole 0 and whole 1 signal、 1:1 signal、 M Series 31-bit pseudo-random signal. To enable digital signal ca

4、n be transmitted with a communication channel, we should use digital signal carrier modulation. Basic form of digital modulation for the amplitude shift keying (ASK), frequency shift keying (FSK) and phase shift keying (PSK), the other digital modulation is that the expansion of three ways. In the c

5、ase of the same signal to noise ratio, phase shift keying has a lower error rate, and can effectively use the given channel bandwidth, it is a good modulation. DPSK modulation is divided into Binary and Ary way. Although the occupation of the binary digital modulation allows a wide frequency band ut

6、ilization not the economy, but relatively easy to implement, the demodulator device is also relatively simple and strong anti-jamming and anti-fading, so the digital communication system has been more widely Application. According to the principle of 2DPSK signal generator, the first use of11.0592MH

7、z crystal oscillator circuit generates the clock signal, through the74LS161 and 4024 9 64 divided by 19.2KHz frequency carrier signal, and then after 4022 divided by 8 to obtain a digital signal needs The 2400Hz clock signal, the signal through the 1:1 differential encoding circuit output signal, re

8、spectively, and 31 pseudo-random signal. Were designed using Protel circuit simulations, and use the Multisim simulation software to proofread waveform. Key Words： Digital Electronics； Modulation； DPSK； Crystal oscillator circuit；Frequency circuit； Simulation - 4 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 课题研究 背景及意义 . 1 1.

9、2 研究开发和论文内容 . 1 2 方案设计 . 3 2.1 方案一 . 3 2.1.1 1:1 信号产生电路 . 4 2.1.2 伪随机码产生电路 . 9 2.2 方案二 . 10 2.2.1 数据源模块 . 11 2.2.2 差分调相器模块 . 11 2.2.3 载波发生器模块 . 11 2.3 本章小结 . 12 3 硬件设计 . 13 3.1 晶振电路 . 13 3.2 分频电路 . 13 3.3 触发器电路 . 14 3.4 本章小结 . 15 4 软件仿真 . 16 4.1 Multisim 软件介绍 . 16 4.2 电路仿真 . 17 4.3 本章小结 . 20 5 结果测试与

10、分析 . 21 5.1 晶振电路输出波形 . 21 5.2 九分频输出波形 . 22 5.3 载波输出波形 . 22 5.4 时钟信号输出波形 . 23 5.5 一比一信号输出波形 . 24 5.6 伪随机码信号输出波形 . 25 6 结 论 . 27 致 谢 .错误 !未定义书签。 致 谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 28 附录 1 系统实物图 . 29 附录 2 毕业设计作品说明书 . 32 附录 3 主要芯片功能及引脚图 . 33 - 1 - -1- 1 引言 1.1 课题 研究背景 及意义 现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一

11、直是人们研究的一个重要方向 1。从模拟调制到数字调制，从二进制调制发展到多进制调制，虽然调制方式多种多样，但都是朝着使通信系统更高速、更可靠的方向发展。一个系统的通信质量，很大程度上依赖与所采用的调制方式。因此，对调制方式的研究，将直接决定着通信质量的好坏。 数字通信较模拟通信有以下优点： (1)抗干扰能力强； (2)能够采用再生中继，实现高质量的远距离通信； (3)灵活性高，适应各种通信业务的要求； (4)可以很 方便地与现代数字计算机相连接； (5)数字信号更容易加密； (6)易于集成 2。 数字信源发生器作为整个调相系统的起点，也是通信系统的“心脏”。根据通信原理，设计 2DPSK 的基

12、带信号调制器，即用二进制基带信号对载波信号（方波）进行调制，使载波信号的相位跟着基带信号进行变换，产生符合要求的 2DPSK信号进行发送。 二进制差分相移键控常简称二相相对调相，记作 2DPSK，是数字通信系统中常用的调制技术之一。在采用不同的调制方式时，信噪比相同时， PSK、 DPSK 的误码率小于 FSK，而 FSK 系统的误码率又小于 ASK 系统； PSK 的抗噪性能最好，但在信号恢复时会出现倒现象（方向工作），而采用 DPSK 系统就能避免这个现象 3。 1.2 研究 开发和论文内容 本次课题研究是根据通信原理课程理论，利用数字电子技术实现数字信号产生。 DPSK 即差分相移键控，

13、是数字通信系统中常使用的调制技术，本次课- 2 - -2- 题设计的数字信号就是利用该技术对原有信号进行差分调制。 2DPSK 信号为模拟信号，而课题要求为数字信号，所以模拟信号需要经过采样和模数转换得到，最终能够通过示波器看到预先目标的波形。 研究过程步骤： 1.分析设计目标，找到课题中的难点 ，提出设计方案并进行优劣比较； 2.根据设计方案设计硬件电路，使用 Protel仿真合理排布电路； 3.利用 Multisim 仿真软件，仿真电路模型查看测试端口波形和频率，校对理论值； 4.制作实物电路，测试电路结果。 论文共有五章。第一章引言，介绍了课题背景、意义，简述设计步骤；第二章方案设计，介

14、绍了两种课题设计方案，分别描述各方案涉及到的知识点，分析比较两种方案的优劣；第三章对方案二进行了进一步的硬件电路分析，包括电路组成和电子器件功能；第四章为软件仿真，介绍了课题研究中使用到的仿真软件，对仿真图做出结果分 析；第五章介绍了制作和调试过程，并对结果进行了分析；最后一章总结了这次课题设计的经过，对整个工作过程进行了概括。 - 3 - -3- 2 方案设计 2.1 方案一 现实生活中并没有“天生”的数字信号，我们所能直接接触到的都是模拟信号量，我们现在所使用的数字信号是通过技术手段来获取的。 模拟 信号 是由传感器采集得到的连续变化的值 ， 数字 信号 则是模拟数据经量化后得到的离散的值

15、 。所以数字信号的输出可通过先获取模拟信号，再经过模数转换得到。针对预期目标，要求信号发生器提供全 0和全 1信号，可直接利用高低电平模拟信号量的方式得到，即给出低电 平模拟信号量经模数转换得到全 0数字信号，全 1信号则利用高电平模拟信号量转换得到。 1:1 的数字基带信号利用一个方波信号获得。首先要产生一个正弦波信号，然后通过比较器获得方波，如图 2-1所示。将得到的方波输出到模数转换器，就可得到所需的 1:1 数字信号。所以，在得到数字信号之前我们要首先产生合适的模拟信号，然后利用拥有的元器件转换模拟信号最终输出数字信号。 图 2-1 波形产生系统框图 上面采用的方法是针对规则的信号使用

16、的方法，而预期目标中的 31 位伪随机信号则不能用同样的模拟信号转换数字信号的方法。原信号通过 11.0592 晶振经过分频电路产生，然后将信号通过寄存器电路处理，最后输出所需的 31 位伪随机码信号。 将这两个模块电路整合到同一个测试板，然后进行线路连接、添加控制电路，最终实现设计目标。 - 4 - -4- 2.1.1 1:1 信号产生电路 1 振荡电路 振荡电路是不需要输入信号，自己就可以产生一定输出信号的电子电路，属于一种自激振荡电路，特点就是利用 “ 自激振荡 ” 原理工作的，其实质是放大器引正反馈的结果。“自激振荡”是指在没有外加其他信号的条件下，放大电路就能够自己产生某一频率和一定

17、幅度的输出信号，这种现象就称为“自激振荡” 。自激振荡可以从负反馈变为正反馈加以说明 4。 负反馈放大电路中，反馈信号与输入信号相减，得到比输入信号更小的净输入信号，从而使负反馈放大电路的输出比没有反馈时有所减小。 如果反馈信号的极性变为正反馈，反馈信号与输入信号同极性，且反馈信号的幅度与输入信号相同。此时“迅速”地将输入信号取消，而用正反馈信号代替输入信号，由于正反馈信号在相位和幅度上与输入信号完全一样，放大电路仍然有输出信号存在，放大电路变成了振荡电路。 在负反馈电路中，产生自激振荡是有害的，要设法消除。而在振荡电路中，必须人为的引入正反馈，使 之产生自激振荡。但是这种振荡必须满足自激自激

18、条件才能发生。 反馈的基本方程式，即负反馈放大电路的增益与无反馈时电路增益之间的关系。 对于上式可分为下列三种情况 (1)当 | | 1时， | | | |，电压增益下降，相当负反馈 (2)当 | | 1时， | | | |，电压增益上升，相当正反馈 (3)当 | |=0 时， | |= ，相当于输入为零时仍有输出，故称为“ 自激状态 ” 。振荡电路就相当第三种情况，只不过上式是按负反馈的极性书写的，振荡电路改为正反馈，所以 | |=0 应改写为 |1- |=0。又可写为 幅度条件 |AF|=1 相位条件 jAF = jA+jF= 2np n=0,1,2,3 jA是放大电路的相移； jF是反馈

19、电路的相移，如果 jA+jF=0 ，或 360 ，- 5 - -5- 即为同相。如果正反馈信号足够大，满足振荡的幅度条件，即可产生振荡 5。 由上述振荡条件的讨论，可见要组成振荡电路必须要有放大电路和正反馈电路，因此放大电路和正反馈电路是振荡电路的最主要部分。但是由于很难控制正反馈的量，仅仅靠这样两部分构成的振荡电路一般得不到正弦波。如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，就必然会产生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。因为设计需要获得单一频率的正弦波输出，应该有选频 网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。

20、所以，正弦波振荡电路是由 :放大电路、正反馈网络、稳幅电路和选频网络组成的。 RC 振荡器的种类很多，有 RC 文氏桥振荡器、双 T型 RC 振荡器和移相型 RC振荡器等。 1 、 RC 文氏桥振荡电路 RC 文氏桥振荡器的电路如图 2-1-1-1 所示， RC 串并联网络是正反馈网络，由运算放大器、 R3和 R4负反馈网络构成放大电路。 图 2-1-1-1 RC 文氏桥振荡器 C1R1和 C2R2支路是正反馈网络， R3R4支路是负反馈网络。 C1R1、 C2R2、 R3、 R4正好构成一个桥路，称为文氏桥。 为了让振荡电路产生符合我们需要频率的正弦波，就需要考虑选频特性。 2 RC 串并联选频网络的选频特性 RC 串并联网络的电路如图 2-1-1-2所示。 RC 串联臂的阻抗用 Z1表示， RC 并联臂的阻抗用 Z2表示。 - 6 - -6- 图 2-1-1-2 RC 串并联网络 RC 串并联网络的传递函数为 (2-1-1-1) 当输入端的电压和电流同相时，电路产生谐振，也就是式 (2-1-1-1)是实数，虚部为 0。令式 (2-1-1-1)的虚部为 0，即可求出 谐振频率。 谐振频率 (2-1-1-2) 对于文氏 RC 振荡电路，一般都取 R = R1 = R2， C = C1 = C2时，于是谐振角频率 (2-1-1-3) 幅频特性