1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于 MC1496 的 2DPSK 调制解调器设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 调制解调器（ modem）是数字通信技术中的一个重要组成部分。 随着通信技术日新月异的发展，尤其是 数字通信的快速发展越来越普及， 数字通信广泛应用于单位企业和个人家庭中。对于学习有关该技术专业的学生来说，需要对调制解调器的工作原理和工作次序作更好的了解，这样对自己的工作和学习也有更多的帮助，所以课题选择了设计基于 MC1496 的 2DPSK 调制解调系统。论文根据技术要求和功能要求设计各单元电路，包括时钟
2、电路、调制模块中的信号源产生电路、差分编码电路和 2PSK 调制电路，以及解调模块中的延时电路、噪声源电路、带通滤波器、乘法器、低通滤波器、抽样判决器以及码反变换电路；利用protel软件画出各模块电路图；然后在电 路板上安装、焊接所设计的电路； 再对所焊的电路进行调试、测量，作好有关的数据、波形。最后完成符合要求的 2DPSK调制解调器。 关键词： 数字通信；差分移相键控（ 2DPSK）； MC1496 - 2 - Abstract With the rapid development of communication technology, especially the rapid ado
3、ption of digital communication, the researchers put on its relevant technology of great interest . In order to make the digital signal transfer in the band-pass channel,it must modulate the carrier wave using digital signal,and its modulation mode is similar to that of analog signal. Through the cha
4、nnel transmission, the modulated signals can return to digital signals after demodulation at the receiver.Therefore, medulation and demodulation technology are important means of realizing the modern communication,and they promote the rapid development of communication. Modem is an important part of
5、 digital communication technology,and widely used in enterprises and individual families.To our students that learn about the professional technology , we should have a better understanding of modems working principle and working order,it will also do help to our work and study. Therefore,in the sub
6、ject it will design the 2DPSK demodulation system baseing on MC1496.The subject adopts hardware design with software simulation, designs each unit circuit according to the technical requirements and function diagram, Including clock module, demodulation module circuit and 2PSK differential coding mo
7、dulation and demodulation module circuit and the delay circuit and noise circuit, band-pass filter, on time-multiplier, low-pass filter, sampling judgment device and yards inverse transform circuit; depends on the situation to simulate and modificate, and then forms the entire system circuit. Then w
8、e should install and weld the designed circuit on the circuit board,and debug and measure the welding circuit,record the datas and waveforms. At last,it will accomplish the desirable 2DPSK modem. Keywords: digital communication ;differential phase shifting keying (2DPSK); MC1496 - 3 - 目 录 1 引言 . 1 2
9、 总体设计 . 2 3 2DPSK 调制解调原理 . 3 3.1 2DPSK 调制原理 . 3 3.2 2DPSK 信号产生方法 . 4 3.3 2DPSK 信号相干解调原理 . 5 4.硬件设计 . 7 4.1 时钟模块 . 7 4.1.1 晶体振荡器模块 . 7 4.1.2 分频器模块 . 8 4.2 2DPSK 调制模块 . 10 4.2.1 数据源模块 . 11 4.2.2 差分编码和 2PSK 调制电路 . 14 4.3 2DSPK 解调模块 . 15 4.3.1 延时电路 . 15 4.3.2 噪声源电路 . 17 4.3.3 带通滤波器模块 . 18 4.3.4 乘法器模块 .
10、18 4.3.5 低通滤波器模块 . 20 4.3.6 抽样判决器 . 21 4.3.7 码反变换电路 . 22 5 制作和调试 . 24 6 总结 . 26 致 谢 . 27 参考文献 . 28 附录 1 实物图 . 29 附录 2 系统原理图 . 30 附录 3 测试波形图 . 31 1.引言 在通信系统中，从消息变换过来的原始信号所占的有效频带往往具有频率较低的频谱分量。例如语音信号，如果将这种信号直接在信道中进行传输，则会严重影响信息传送的有效性和可靠性，因此这种信号在许多信道中均是不适宜直接进行传输的。在通信系统的发射端通常需要有调制过程，将调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，使之转
11、换成适于信道传输或便于信道多路复用的已调信号；而在接收端则需要有解调过程，以恢复原来有用的信号。调制解调方式常常决定了一个通信系统的性能。随着数字化波形测量技术和计算机技术的发展，可以使用数字化方法实现调制与解 调过程。 由于数字信号传输一般采用二进制码，所以可以使用现代计算机对数字信号进行处理。随着通信技术日新月异的发展，尤其是数字通信的快速发展，越来越普及，研究人员对其相关技术投入了极大的兴趣。为使数字信号能在带通信道中传输，必须用数字信号对载波进行调制，其调制方式与模拟信号调制相类似，根据载波参数的不同，也可分为幅度调制、频率调制和相位调制三类。在这三类调制中，幅度调制比较简单，但抗噪声
12、性能较差，一般只在理论分析中使用； 2PSK相对于 2FSK，具有更好的频谱利用率和抗噪声性能，在高速通信中用得更广泛。论文主要研究了基于 MC1496 的二进制 2DPSK 数字调制解调系统，即 2DPSK调制解调器的设计。首先对模拟调制和数字调制进行了简要的介绍；然后对2DPSK 数字调制解调的原理做了重点分析，包括 2DPSK 调制原理、 2DPSK 信号产生方法和相干解调原理 ；接着分析 2DPSK 调制解调系统的组成、各模块电路设计及芯片选型，利用 Protel软件完成了该原理图和线路板图设计；最后进行电路的焊接与调试。本文从理论到实践，完成了 2DPSK（二进制差分相位键控）调制与
13、解调的全过程。 2.总体设计 2DPSK 调制解调系统主要 由时钟模块、 2DPSK 调制器模块和 2DPSK 解调器模块 3 个模块组成。 时钟模块主要由晶体振荡器和分频器组成 ，将 11.0592MHz的方波信号经分频器分频后 产生 19.2kHz 的载波信号和 2400Hz 的 位时钟信号；2DPSK 调制器实现信源数据的调制，主要包括系统数据源、差分编码和 2PSK相位调制等几部分单元电路； 2DPSK 解调器采用相干解调方式实现数据解调，主要包括调相电路、噪声源、带通滤波器（ BPF）、相乘器、低通滤波器（ LPF）、抽样判决器和码变换电路等几部分单元电路 ， 噪声源输出幅度可调的噪
14、声信号，用来模拟实 际信道中的噪声。图 2-1 所示是系统总体设计框图。 图 2-1 系统总体设计框图 3. 2DPSK 调制解调原理 3.1 2DPSK 调制原理 传输系统中要保证信息的有效传输就必须要有较高的传输速率和很低的误码率，为了获得较低的误码率，就得让传输的信号有较低的误码率。在传输信号中， 2PSK 信号和 2ASK 及 2FSK 信号相比，具有较好的误码率性能，但是，在 2PSK 信号传输系统中存在相位不确定性，并将造成接收码元 “0”和 “1”的颠倒，产生误码。为了保证 2PSK 的优点，又不会产生误码，将 2PSK 体制改进为二进制差 分相移键控（ 2DPSK），即相对相移
15、键控。 2DPSK 是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。在绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相 2DPSK 方式 1。 假设 为 当前 码元初相与前一码元 载波 初相之差， 定义数字信息与 之间的关系为 ： 数字信息 “ 0”， 数字信息 “ 1”。 则 一组 数字信息序列与 2DPSK 信号的码元相位关系 示 例如下： 二进制数字信息： 1 1 0 1 0 DPSK 信号相位： （
16、初始相位 0） 或： （初始相位 ） 由此例可知，对于相同的基带信号，由于初始相位不同， 2DPSK 信号的相位可以不同。即 2DPSK 信号的相位并不直 接代表基带信号，而前后码元的相对相位才决定信息符号。 在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，则产生二进制移相键控（ 2PSK）信号。通常用已调信号载波的 “0”和 “”分别表示二进制数字基带信号的 “1”和 “0”。 如果 先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变换成 相对码（差分码） ，然后再根据相对码进行绝对调相，就产生二进制差分相移键控信号，如图 3-1 所示。 图 3-1 中 使
17、用的是传号差分码，即载波的相位遇到原数字信息 “1”变化，遇到 “0”则不变 2。 图 3-1 2DPSK 信号的波形 （ a）绝对码；（ b）相对码；（ c） 2DPSK 波形 3.2 2DPSK 信号产生方法 一般来说， 2DPSK 信号有两种调制方法，即模拟调制法和数字键控法。2DPSK 信号的的模拟调制法框 图如图 3-2 所示 ，其中码变换的过程为将输入的基带信号进行差分变换，变换成相对码 。 图 3-2 模拟调制法 2DPSK 信号的的键控调制法框图 如图 3-3 所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号进行差分变换，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息 “0” 时接相
18、位 0 的载波，当输入数字信息为 “1”时接相位 的载波。 图 3-3 键控调制法 码变换 相乘 载波 s(t) eo(t) 3.3 2DPSK 信号相干解调原理 2DPSK 信号最常用的解调方法有两种：相干解调法和差分相干解调法。由于相干解调的性能优于差分相干解调，所以论文选用相干解调法。 相干解调法，即极性比较加码变换法。其原理是 2DPSK 信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决得到基带信号的差分码，再经过逆差分器，就得到了基带信
19、号。 2DPSK 相干解调法原理框图如图 3-4 所示，相干解调各点波形如图 3-5 所示。 图 3-4 2DPSK 相干解调原理框图 图 3-5 相干解调法各点波形 在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得 解调出的相对码也可能 是 “1”或 “0”的倒置，但经差分译码（码）反变换得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，从而解决了载波相位模糊性带来的问题 3。 如假设接收序列为， DPSK 相干解调过程如下： DPSK信号：（ ） 相乘器输出： 相对码序列 ： ） 基带信号 ： 由上述解调过程可知，不管初始相位是 还是 ， DPSK 都可以实现信号的正确解调，从而消除 PSK 倒相现象 。
