二進(jìn)制差分調(diào)相器――載波發(fā)生器設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　二進(jìn)制差分調(diào)相器――載波發(fā)生器設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 通信

2、工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b>

3、;</p><p>　　通信技術(shù)的迅速發(fā)展給現(xiàn)代生活帶來了很多方便，也正因?yàn)樗难杆侔l(fā)展對其技術(shù)上有了更進(jìn)一步的要求。而作為最基礎(chǔ)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)之一的數(shù)字相位調(diào)制技術(shù)也步入了一個(gè)新階段。由于數(shù)字調(diào)相技術(shù)對頻帶的利用率高，抗噪聲性能好，因此在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)基于對通信原理課程中的PSK調(diào)制解調(diào)模塊的學(xué)習(xí)研究，鑒于對該論題的研究分析，了解到該設(shè)計(jì)是利用數(shù)字基帶信

4、號(hào)前后碼元的相對相位變化來傳遞數(shù)字信息，從而實(shí)現(xiàn)2DPSK載波發(fā)生器，最終實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制差分相移鍵控信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。</p><p>　　具體實(shí)現(xiàn)主要由頻率為11.0592MHZ的有源晶體振蕩器提供時(shí)鐘信號(hào)來產(chǎn)生19.2KHZ的載波，經(jīng)過74系列的IC芯片74LS161和74LS04實(shí)現(xiàn)9分頻來得到1.2288MHZ的載波信號(hào)，再由CD4024實(shí)現(xiàn)64分頻來得到19.2KHZ的載波信號(hào)。通過對本設(shè)計(jì)的深入研究學(xué)習(xí)到

5、了現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，具體掌握了數(shù)字通信系統(tǒng)中的二進(jìn)制差分調(diào)相器的工作原理及其應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PSK；2DPSK；載波發(fā)生器；數(shù)字調(diào)制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The rapid development of communication technology has

6、 brought a lot of convenience of modern life, precisely because it has been the rapid development of technology to further their demands. As the most basic digital modulation technique for digital phase modulation techni

7、que has entered a new phase. As digital modulation technology the utilization of high bandwidth, noise performance, therefore widely used in practice.</p><p>　　The design is based on communication theory cou

8、rses in the PSK modem module of study and research, given the analysis of this topic, I learned that the design is the use of digital baseband signal before and after the symbol of relative phase changes to transfer digi

9、tal information, in order to achieve 2DPSK carrier generator, the ultimate realization of binary differential phase shift keying signal generator design.</p><p>　　Achieved mainly by the frequency of specific

10、 active 11.0592MHZ crystal oscillator clock signal to generate 19.2KHZ carrier, after a 74 series IC chips 74LS161 and 74LS04 to achieve to get 1.2288MHZ 9 frequency carrier signal, and then for 64 by the CD4024 To get 1

11、9.2KHZ frequency carrier signal. Through in-depth research study of the design of modern communications systems to digital modulation techniques, the specific digital communication system master binary differential phase

12、 modulation in t</p><p>　　Key Words: PSK; 2DPSK; Carrier generator; Digital modulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1　引言1</b></p><p>　　1.1

13、課題研究背景1</p><p>　　1.2 課題研究內(nèi)容1</p><p>　　2數(shù)字調(diào)相技術(shù)3</p><p>　　2.1數(shù)字調(diào)制技術(shù)3</p><p>　　2.2數(shù)字鍵控技術(shù)4</p><p>　　2.2.1 PSK調(diào)制4</p><p>　　2.2.2 DPSK調(diào)制5<

14、;/p><p><b>　　3設(shè)計(jì)方案8</b></p><p><b>　　3.1 方案一8</b></p><p><b>　　3.2 方案二9</b></p><p>　　3.2.1 晶振電路9</p><p>　　3.2.2 74161級聯(lián)

15、576進(jìn)制計(jì)數(shù)器10</p><p>　　3.2.3 4024級聯(lián)576進(jìn)制計(jì)數(shù)器11</p><p>　　3.2.4 74161和4024級聯(lián)576進(jìn)制計(jì)數(shù)器11</p><p><b>　　4　硬件設(shè)計(jì)12</b></p><p>　　4.1晶振模塊電路13</p><p>　　4

16、.2 載波發(fā)生器模塊電路13</p><p>　　4.2.1 載波模塊電路原理圖14</p><p>　　4.2.2 74161構(gòu)成9進(jìn)制計(jì)數(shù)器14</p><p>　　4.2.3 4024構(gòu)成64進(jìn)制計(jì)數(shù)器14</p><p><b>　　5　電路仿真16</b></p><p>　　

17、5.1 Multisim軟件介紹16</p><p>　　5.2 Multisim電路仿真17</p><p>　　6　制作和調(diào)試19</p><p><b>　　7　結(jié)論22</b></p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23&

18、lt;/b></p><p>　　附錄1 系統(tǒng)實(shí)物圖24</p><p>　　附錄2 畢業(yè)設(shè)計(jì)作品說明書25</p><p>　　附錄3 主要芯片功能及引腳圖26</p><p><b>　　1　引言</b></p><p>　　1.1 課題研究背景</p>&l

19、t;p>　　人們?yōu)榱苏莆兆銐虻男畔?，適應(yīng)復(fù)雜多變的客觀世界，滿足生活、工作和學(xué)習(xí)的需要就必須進(jìn)行信息的獲取、傳遞、交換和處理。而信息的傳遞和交換過程就是通信。通信的目的就是從一個(gè)地方向另一個(gè)地方傳遞信息，以實(shí)現(xiàn)人與人之間、人與機(jī)器或機(jī)器與機(jī)器之間的信息交換。通信是人類社會(huì)活動(dòng)的工具。從我國古代的烽火報(bào)警、譯碼傳令到今天的電報(bào)、電話、廣播、傳真、雷達(dá)、遙控等等都屬于通信飛范疇。當(dāng)今世界由無知、能量和信息構(gòu)成。擔(dān)負(fù)信息傳遞技術(shù)重任的通

20、信技術(shù)的發(fā)展水平代表著人類社會(huì)文明與進(jìn)步程度。</p><p>　　隨著社會(huì)、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類進(jìn)入了信息時(shí)代，由于通信容量的增長，要求更有效的利用信道資源，也就是說，如何在有效的帶寬內(nèi)傳送更有效的數(shù)據(jù)成了通信技術(shù)研究中的重點(diǎn)之一。</p><p>　　通信分為模擬通信和數(shù)字通信。通常把傳送模擬信號(hào)的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，把傳送數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)[1]。在模擬通

21、信中，通過信道的信號(hào)頻譜通常很窄，信道利用律較高?，F(xiàn)今的大部分電話通信、廣播、電視都使用這種通信方式。而數(shù)字通信抗噪聲能力，通過差錯(cuò)控制編碼，可以提高通信的可靠性。由于數(shù)字信號(hào)傳輸一般采用二進(jìn)制碼，所以可以使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。因此當(dāng)今世界時(shí)一個(gè)模擬通信和數(shù)字通信共存的世界，而數(shù)字通信比較模擬通信性能更優(yōu)越，是當(dāng)今通信行業(yè)的發(fā)展方向[2]。其中，光線通信、衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、微波中繼通信既是現(xiàn)在通信發(fā)展的熱點(diǎn)，也將是未來發(fā)展

22、的突破點(diǎn)。</p><p>　　1.2 課題研究內(nèi)容</p><p>　　該課題是基于對通信原理理論的學(xué)習(xí)研究，采用二進(jìn)制差分調(diào)相技術(shù)提取數(shù)字信號(hào)，主要是實(shí)現(xiàn)載波發(fā)生器的設(shè)計(jì)，為差分調(diào)相器提供頻率為19.2KHZ方波的載波信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)2DPSK信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　課題研究過程：</b></p><

23、;p>　　細(xì)讀任務(wù)書內(nèi)容，根據(jù)要求學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)，搜集相關(guān)資料，針對設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)多個(gè)可行方案并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定一個(gè)最理想方案；</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案利用protel軟件畫出電路原理圖；</p><p>　　利用Multisim仿真軟件，仿真電路模型，查看各測試端口輸出波形和頻率，校對理論值；</p><p>　　根據(jù)電路原理圖焊接實(shí)物板子

24、，并測試各端口用數(shù)字示波器觀察其波形及頻率，校對仿真結(jié)果及理論值。</p><p><b>　　數(shù)字調(diào)相技術(shù)</b></p><p>　　數(shù)字通信簡單來說就是在信道中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)。數(shù)字通信系統(tǒng)也就是傳遞數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)；采用再生中繼可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量遠(yuǎn)距離的傳輸；靈活性強(qiáng)，適應(yīng)各種業(yè)務(wù)的要求；便于與計(jì)算機(jī)相連接；便于加密處理；易于集成

25、化、微型化。數(shù)字通信的缺點(diǎn)：占用頻帶較寬，模擬電話4KHZ，數(shù)字電話64KHZ；需要嚴(yán)格的同步系統(tǒng)。</p><p>　　隨著通信行業(yè)的發(fā)展趨勢越來越可觀，科技的發(fā)展把數(shù)字通信的兩個(gè)缺點(diǎn)越來越小化。很明顯，數(shù)字通信是現(xiàn)代通信的發(fā)展方向[3]。</p><p><b>　　2.1數(shù)字調(diào)制技術(shù)</b></p><p>　　數(shù)字調(diào)制可以用載波振蕩某些

26、離散狀態(tài)表征所傳送的信息，所以數(shù)字調(diào)制信號(hào)也稱之為鍵控信號(hào)[4]。而采用數(shù)字鍵控的方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制信號(hào)稱為鍵控法 。與模擬調(diào)制相同，可以用數(shù)字基帶信號(hào)改變正弦載波的幅度、頻率或相位，從而形成三種基本的調(diào)制方式：振幅鍵控（Amplitude Shift Keying，ASK）、頻移鍵控（Frequency Shift Keying，F(xiàn)SK）和相移鍵控（Phase Shift Keying，PSK）[5]。</p><

27、p>　　在恒參信道傳輸中，如果要求較高的功率利用率，則應(yīng)選擇相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可?。蝗绻筝^高的頻帶利用率，則應(yīng)選擇相干2PSK和2DPSK及2ASK，而2FSK最不可取。若傳輸信道是隨參信道，則2FSK具有更好的適應(yīng)能力[6]?？紤]到功率利用率和頻帶利用率都不會(huì)那么低一般都采用數(shù)字調(diào)相的方法。</p><p>　　實(shí)際中應(yīng)用哪種數(shù)字調(diào)制，視具體情況而定。速率小于1200 b/s時(shí)采

28、用2FSK；速率在1200b/s～2400b/s之間時(shí)采用2PSK；速率大于2400b/s時(shí)，多采用多進(jìn)制調(diào)相MPSK,如4PSK、8PSK等。2ASK出現(xiàn)最早，實(shí)現(xiàn)方法最簡單，最初用于電報(bào)。但是 2ASK抗噪聲能力差，目前在數(shù)字通信中用得較少[7]。</p><p>　　PSK的優(yōu)點(diǎn)在于它的抗噪聲性能好，頻帶寬度適中，便于實(shí)現(xiàn)多進(jìn)制的數(shù)字調(diào)制，還方便和其他正交調(diào)制實(shí)行組合實(shí)現(xiàn)有限帶寬內(nèi)的大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)?；此外PS

29、K信號(hào)的產(chǎn)生于解調(diào)也不復(fù)雜。這些都是PSK在通信中得到廣泛應(yīng)用的原因[8]。隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字調(diào)制技術(shù)中的PSK調(diào)制在通信領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)步入了一個(gè)新的階段，它不僅在軍事通信方面發(fā)揮著不可取代的優(yōu)勢，而且廣泛滲透到民用通信的各個(gè)方面[9]。相移鍵控（PSK）主要應(yīng)用于數(shù)字微波通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、寬帶接入與移動(dòng)通信及有線電視的上行傳輸。尤其是在衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸中普遍采用的QPSK調(diào)諧器可以說是當(dāng)今衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸中對衛(wèi)星功

30、率、傳輸效率、抗干擾性以及天線尺寸等多種因素綜合考慮的最佳選擇。所以我們有必要對其進(jìn)行分析研究，要不斷地加強(qiáng)對PSK調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域的研究[10]。</p><p><b>　　2.2數(shù)字鍵控技術(shù)</b></p><p>　　數(shù)字調(diào)相技術(shù)主要有絕對移相鍵控（PSK）和差分相位鍵控（DPSK），絕對調(diào)相的參考相位是未調(diào)載波相位，相對調(diào)相的參考相位是前一碼元的已調(diào)載波相位。根

31、據(jù)載波相位變化的相位數(shù)的不同，數(shù)字調(diào)相的又分為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)相，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)相[11]。下面講述的調(diào)制原理主要以二進(jìn)制數(shù)字調(diào)相為主。</p><p>　　2.2.1 PSK調(diào)制</p><p>　　PSK信號(hào)相位的變化是以未調(diào)正弦載波的相位作為參考，用載波相位的絕對數(shù)值表示數(shù)字信息的，所以稱為絕對移相。</p><p>　　2PSK是用載波兩個(gè)不同的相位來表征二進(jìn)制數(shù)

32、字信號(hào)的0、1，通常規(guī)定0相位載波和π相位載波分別代表傳“1”和傳“0”，設(shè)二進(jìn)制單極性碼為an，其對應(yīng)的雙極性二進(jìn)制碼為bn，則2PSK信號(hào)的一般時(shí)域表達(dá)式為</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　2PSK信號(hào)的典型波形如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 2PSK信號(hào)的典型波形</p>

33、<p>　　2PSK信號(hào)的調(diào)制方框圖如圖2-2所示：圖（a）是產(chǎn)生2PSK信號(hào)的模擬調(diào)制法框圖；圖（b）是產(chǎn)生2PSK信號(hào)的鍵控法框圖。</p><p><b>　　模擬調(diào)制</b></p><p><b>　　數(shù)字鍵控</b></p><p>　　圖2-2 2PSK信號(hào)的調(diào)制原理圖</p>&

34、lt;p>　　就模擬調(diào)制法而言，與產(chǎn)生2ASK信號(hào)的方法比較，只是對S(t)要求不同，因此2PSK信號(hào)可以看作是雙極性基帶信號(hào)作用下的DSB調(diào)幅信號(hào)。而就鍵控法來說，用數(shù)字基帶信號(hào)S(t)控制開關(guān)電路，選擇不同相位的載波輸出，這時(shí)S(t)為單極性NRZ或雙極性NRZ脈沖序列信號(hào)均可。</p><p>　　2.2.2 DPSK調(diào)制</p><p>　　由于2PSK信號(hào)的載波在恢復(fù)過程中

35、存在著180°的相位模糊，也就是說2PSK信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的“倒π”現(xiàn)象，2PSK方式在實(shí)際中很少被采用[12]。而2DPSK正好解決了2PSK信號(hào)解調(diào)過程的反向工作問題。所以2DPSK是調(diào)相技術(shù)中比較實(shí)用的。</p><p>　　2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息，所以又稱做相對相移鍵控。</p><p>　　假設(shè)當(dāng)前碼元與前一碼元的相位差用 φ

36、表示，并規(guī)定數(shù)字信息序列與 φ 之間的關(guān)系為：</p><p>　　于是可以將一組二進(jìn)制數(shù)字信息與其對應(yīng)的2DPSK信號(hào)的載波相位關(guān)系示例如下：</p><p>　　二進(jìn)制數(shù)字信息： 1 1 0 1 0 0 1 1 0</p><p>　　2DPSK信號(hào)相位：（0）π 0 0 π π π 0 π π</p>&

37、lt;p>　　或 （π）0 π π 0 0 0 π 0 0</p><p>　　相應(yīng)的2DPSK的波形如下圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 2DPSK信號(hào)相位關(guān)系</p><p>　　由上圖可見，先對二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，即表示數(shù)字信息序列的絕對碼變換成相對碼(差分碼)，然后再根據(jù)相對碼進(jìn)行絕對調(diào)相，從而產(chǎn)

38、生二進(jìn)制差分相移鍵控信號(hào)。</p><p>　　上圖中使用的是傳號(hào)差分碼，即載波的相位遇到原數(shù)字信息“l(fā)”變化，遇到“0”則不變。下圖2-4是2DPSK信號(hào)的調(diào)制原理圖。</p><p><b>　　模擬調(diào)制</b></p><p><b>　　數(shù)字鍵控</b></p><p>　　圖2-4 2D

39、PSK信號(hào)的調(diào)制原理圖</p><p>　　差分碼可取傳號(hào)差分碼或空號(hào)差分碼。其中，傳號(hào)差分碼的編碼規(guī)則為：bn=anbn-1。式中，為模2加，bn-1為bn的前一碼元，最初的bn-1可任意設(shè)定。上式的逆過程稱為差分譯碼(碼反變換)，即an=bnbn-1。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　載波是指承載信息信號(hào)的

40、高頻波。載波信號(hào)有利于遠(yuǎn)距離傳輸，接收（載波調(diào)制）。載波信號(hào)一般是正弦波，它的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在可以頻分復(fù)用（即同一頻率之間同一信道傳輸多路信號(hào)而不混疊），提高有效性。</p><p><b>　　3.1 方案一</b></p><p>　　在硬件電路中可以由RC振蕩電路、鎖相環(huán)（PLL）、壓控振蕩器（VCO）等，還有很多專門的芯片來產(chǎn)生正弦波。這里主要介紹由RC振蕩電路

41、產(chǎn)生正弦波的方案。</p><p>　　RC振蕩器的種類很多，有RC文氏橋振蕩器、雙T型RC振蕩器和移相型RC振蕩器等。下面主要介紹以RC文氏橋振蕩器產(chǎn)生正弦波為主的方案。</p><p>　　正弦波振蕩電路是由:放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅電路和選頻網(wǎng)絡(luò)組成的。</p><p>　　RC文氏橋振蕩器的電路如圖3-1所示，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò)，由運(yùn)算放大器、R3

42、和R4負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成放大電路。</p><p>　　圖3-1 RC文氏橋振蕩器</p><p>　　C1R1和C2R2支路是正反饋網(wǎng)絡(luò)，R3R4支路是負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。C1R1、C2R2、R3、R4正好構(gòu)成一個(gè)橋路，稱為文氏橋。</p><p>　　為了讓振蕩電路產(chǎn)生符合我們需要頻率的正弦波，就需要考慮選頻特性。</p><p>　　正弦波振蕩器

43、廣泛應(yīng)用于廣播、電視、通訊，工業(yè)自動(dòng)控制，測量表計(jì)， 以及高頻加熱，超聲波探傷等等方面。所以在實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)載波發(fā)生器一般不會(huì)選正弦波的載波信號(hào)。</p><p><b>　　3.2 方案二</b></p><p>　　在數(shù)字電路中我們可以用晶振電路來產(chǎn)生所需頻率的方波信號(hào)。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)室中多數(shù)都提供11.0592M的晶振。晶振電路采

44、用11.0592MHz的晶振，是因?yàn)樗軌驕?zhǔn)確地劃分時(shí)鐘頻率，能夠得出較好的波特率結(jié)果。本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)頻率為19.2KHZ的載波信號(hào)，所以必須對11.0592MHz晶振提供的信號(hào)進(jìn)行分頻。這里就用到了具分頻功能的芯片74LS161和4024。</p><p>　　3.2.1 晶振電路</p><p>　　晶振是石英振蕩器的簡稱，一般叫晶體諧振器。晶振是有高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應(yīng)用在

45、各類振蕩電路中[13]。</p><p>　　晶振一般采用如圖3-2a的電容三端式(考畢茲)交流等效振蕩電路；實(shí)際的晶振交流等效電路如圖3-2b，其中Cv是用來調(diào)節(jié)振蕩頻率，一般用變?nèi)荻O管加上不同的反偏電壓來實(shí)現(xiàn)，這也是壓控作用的機(jī)理；把晶體的等效電路代替晶體后如圖3-2c。其中Co，C1，L1，RR是晶體的等效電路。</p><p>　　圖3-2 晶振電路及其等效槽路</p&g

46、t;<p>　　分析整個(gè)振蕩槽路可知，利用Cv來改變頻率是有限的：決定振蕩頻率的整個(gè)槽路電容C=Cbe,Cce,Cv三個(gè)電容串聯(lián)后和Co并聯(lián)，再和C1串聯(lián)?？梢钥闯觯篊1越小，Co越大，Cv變化時(shí)對整個(gè)槽路電容的作用就越小。因而能“壓控”的頻率范圍也越小。實(shí)際上，由于C1很小(1E-15量級)，Co不能忽略(1E-12量級，幾PF)。所以，Cv變大時(shí)，降低槽路頻率的作用越來越小，Cv變小時(shí)，升高槽路頻率的作用卻越來越大。這

47、一方面引起壓控特性的非線性，壓控范圍越大，非線性就越厲害；另一方面，分給振蕩的反饋電壓(Cbe上的電壓)卻越來越小，最后導(dǎo)致停振。通過晶振的原理圖你應(yīng)該大致了解了晶振的作用以及工作過程了吧。采用泛音次數(shù)越高的晶振，其等效電容C1就越??；因此頻率的變化范圍也就越小。</p><p>　　晶振的輸出波形主要有三大類：正弦波、方波和準(zhǔn)正弦波。</p><p>　　晶振負(fù)載主要有以下幾種：<

48、/p><p>　　正弦波：負(fù)載50歐姆或1k歐姆；</p><p>　　方波：N個(gè)TTL負(fù)載或N個(gè)PF電容；</p><p>　　準(zhǔn)正弦波：10K歐姆并聯(lián)10PF電容；</p><p>　　無源晶振輸出正弦波，有源晶振輸出正弦波或方波。 有源晶振本身輸出是正弦波，在其內(nèi)部加了整形電路，所以輸出是方波，正弦波一般用的很少，普遍用的都是方波輸出，方波

49、主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)時(shí)鐘上，用來驅(qū)動(dòng)時(shí)純計(jì)數(shù)電路或門電路，對方波主要有輸出電平、占空比、上升/下降時(shí)間、驅(qū)動(dòng)能力等幾個(gè)指標(biāo)要求。正弦波主要用于對EMI、頻率干擾有特殊要求的電路，這種電路要求輸出的高次諧波成分很小；后面有模擬電路選用正弦波也是比較好的選擇。通常需要提供例如諧波、噪聲和輸出功率等指標(biāo)。方波輸出功率大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，但諧波分量豐富；正弦波輸出功率不如方波，但其諧波分量小很多。</p><p>　　3.2

50、.2 74161級聯(lián)576進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　通過用74161的級聯(lián)來達(dá)到576位計(jì)數(shù)器，通過劃算576的二進(jìn)制為1001000000，根據(jù)其二進(jìn)制數(shù)，級聯(lián)74161得到如下圖所示的576位進(jìn)制計(jì)數(shù)器，為了滿足其條件，因選用3塊74161、一塊JK觸發(fā)器、和7輸入的與非門；即可得到占空比為1:1的19.2KHZ的方波。設(shè)計(jì)框圖如下圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3

51、芯片74161級聯(lián)576進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　3.2.3 4024級聯(lián)576進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　通過用7位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4024的級聯(lián)來得到576位計(jì)數(shù)器，通過劃算576的二進(jìn)制為100100 0000，根據(jù)其二進(jìn)制數(shù)，級聯(lián)4024得到如下圖所示的576位進(jìn)制計(jì)數(shù)器，為了滿足其條件，因選用2塊4024、一塊JK觸發(fā)器、和多輸入的與非門;即可得到占空比為1:1的19.2K

52、HZ的方波。設(shè)計(jì)框圖如下圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 利用4024級聯(lián)框圖</p><p>　　3.2.4 74161和4024級聯(lián)576進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　利用4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161和7位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4024來完成576進(jìn)制計(jì)數(shù)，從晶振的振蕩電路中得到11.0592MHZ的方波作為時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過級聯(lián)計(jì)數(shù)最終得到1:1的19.2KHZ

53、的方波。設(shè)計(jì)框圖如下圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5 利用74161和4024級聯(lián)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　從上述三種設(shè)計(jì)方案可以看出，方案一設(shè)計(jì)思路清晰簡單，但是需要較多的芯片；方案二用到的芯片比方案一少，但是4024芯片沒能得到合理充分利用，有點(diǎn)浪費(fèi)資源；方案三與方案一，二相比略勝一籌，首先方案三用到的芯片數(shù)最少，而且巧妙發(fā)揮74161,4024的分頻輕松得到19.2K

54、HZ方波。因此本設(shè)計(jì)采用方案三。</p><p><b>　　4　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2DPSK信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)硬件主要有三大模塊如圖4-1組成：數(shù)據(jù)源模塊、載波發(fā)生器模塊和差分調(diào)相器模塊。從數(shù)據(jù)模塊得到碼元速率為2400B的31位偽隨機(jī)碼輸入到差分調(diào)相器調(diào)制載波，載波模塊則是由11.0592MHZ晶振分頻得來的19.2KHZ方波；二者通過差分調(diào)相以后

55、則生成2DPSK信號(hào)。</p><p>　　圖4-1 2DPSK信號(hào)發(fā)生器的系框圖</p><p>　　數(shù)據(jù)源模塊：通過對從載波發(fā)生器的方波進(jìn)行分頻可得到所需的1:1方波；利用D觸發(fā)器組成移位寄存器來組成31位偽隨機(jī)碼，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源模塊功能。</p><p>　　差分調(diào)相器模塊：通過利用7位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和JK觸發(fā)器來產(chǎn)生差分編碼器，然后再利用或非門來組建調(diào)相器，

56、從而實(shí)現(xiàn)差分調(diào)相模塊功能。</p><p>　　載波發(fā)生器模塊：載波發(fā)生器，簡而言之就是把載波信號(hào)轉(zhuǎn)換器，就是把其它信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并通過載波傳輸，根據(jù)本設(shè)計(jì)題要求通過11.0592MHZ的晶振分頻以后得到19.2KHZ的方波，從而實(shí)現(xiàn)載波發(fā)生器模塊的功能。</p><p>　　而本課題主要實(shí)現(xiàn)載波發(fā)生器模塊。</p><p>　　我們實(shí)驗(yàn)只需要短距離傳輸，能夠直

57、觀地觀察到載波信號(hào)，了解其變化規(guī)律，驗(yàn)證其理論。再有方波信號(hào)的衰減沒那么大，最重要的是干擾比模擬信號(hào)小得多，因此在數(shù)字電路中多采用方波信號(hào)。而且在數(shù)字電路中要驅(qū)動(dòng)門電路，要講究高電平 、低電平、占空比、上升時(shí)間、下降時(shí)間等指標(biāo)，否則難以順利驅(qū)動(dòng)。綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用方波是最合適的。</p><p><b>　　晶振模塊電路</b></p><p>　　如圖4-1所示

58、的晶振模塊電路原理圖是在Protel電路軟件平臺(tái)上仿真出來，該模塊電路為載波模塊提供了11.0592MHZ的方波時(shí)鐘信號(hào)，具體是連接到74161的2腳，可參考圖4-2。（實(shí)物圖請參考附錄1部分圖片，注意：晶振模塊實(shí)物圖焊在數(shù)據(jù)源的實(shí)物圖上） </p><p>　　圖4-2 晶振模塊電路原理圖</p><p>　　晶體振蕩器電路包括：振蕩部分，用JZ振蕩晶體作為振蕩元件； 負(fù)載電容部分，選

59、擇R1,R2及150P的電容C1來改變振蕩頻率。</p><p>　　4.2 載波發(fā)生器模塊電路</p><p>　　如下圖4-3所示是74161和4024經(jīng)過級聯(lián)計(jì)數(shù)得到所需載波信號(hào)的電路原理圖。</p><p>　　74161的2腳時(shí)鐘輸入信號(hào)是從晶振模塊引入的11.0592MHZ方波，4024的4腳輸出的就是設(shè)計(jì)題所需的19.2KZH的載波信號(hào)。（實(shí)物圖請參

60、考附錄1部分圖片）</p><p>　　4.2.1 載波模塊電路原理圖</p><p>　　圖4-3 載波發(fā)生器模塊電路原理圖</p><p>　　4.2.2 74161構(gòu)成9進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　利用置數(shù)法把74161構(gòu)成第一級的9進(jìn)制計(jì)數(shù)器，則輸出端應(yīng)該為一個(gè)占空比為1:8的波形；如下圖4-4所示為其主循環(huán)狀態(tài)圖，可以看出該設(shè)

61、計(jì)滿足條件：</p><p>　　圖4-4 74161主循環(huán)狀態(tài)圖</p><p>　　4.2.3 4024構(gòu)成64進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　利用4024構(gòu)成64進(jìn)制計(jì)數(shù)器：</p><p>　　通過第一級輸出得到1.2288MHZ的波形后，輸入4024作為其時(shí)鐘信號(hào)，4024構(gòu)成第二級64進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里所說的64進(jìn)制計(jì)數(shù)器是指對于

62、4024的Q6端口輸出每一個(gè)周期需要64次脈沖；通過這樣的計(jì)數(shù)輸出，則可以得到1:1的19.2KHZ的方波，如下圖4-5所示為其主循環(huán)狀態(tài)圖：</p><p>　　圖4-5 4024主循環(huán)狀態(tài)圖</p><p><b>　　5　電路仿真</b></p><p>　　5.1 Multisim軟件介紹</p><p>　　

63、本次設(shè)計(jì)主要用到了Multisim仿真軟件。Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics簡稱IIT公司）推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作，它主要包含電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。我們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。</p><p>　　

64、Multisim10.0軟件結(jié)合了只管的捕捉和仿真功能，能快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證[14]。借用Multisim可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器仿真電路行為[15]。這樣我們就能再設(shè)計(jì)流程中提前對電路設(shè)計(jì)進(jìn)行迅速的驗(yàn)證，大大縮短了建模的循環(huán)，整個(gè)操作界面簡潔友善，如圖下圖5-1所示為Multisim操作界面。Multisim10.0為中文版，操作界面用起來更方便。</p>&

65、lt;p>　　圖5-1 Multisim操作界面</p><p>　　5.2 Multisim電路仿真</p><p>　　根據(jù)第四章的電路原理圖，在Multisim操作界面找到相對應(yīng)的仿真元器件并連線，主要接通電源，接地，不然仿真無法正常工作。觀察各測試點(diǎn)輸出的波形則連接四綜示波器。</p><p>　　圖5-2 晶振和載波發(fā)生器仿真電路</p&g

66、t;<p>　　完成仿真電路圖連接后，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕或按快捷鍵F5開始仿真，接著雙擊四綜示波器進(jìn)入示波器界面觀察仿真輸出的波形，根據(jù)需要選擇對應(yīng)功能按鍵和對應(yīng)值。</p><p>　　仿真得到的波形如下圖5-3晶振輸出端、74161輸出端和4024輸出端的仿真波形：圖a能比較清楚地看出74161輸出端信號(hào)頻率是晶振輸出端信號(hào)頻率經(jīng)9分頻來得到的；圖b能清楚看出4024輸出端信號(hào)頻率是74161輸出端信

67、號(hào)頻率經(jīng)64分頻而得到的。</p><p>　　從上而下的三條波形分別是：紅色波形是晶振輸出端頻率為11.0592MHZ的仿真波形；藍(lán)色波形是經(jīng)過74161的9分頻得到的1.228MHZ的仿真波形；黃色波形是藍(lán)色波形再經(jīng)過4024的64分頻最終得到設(shè)計(jì)要求的19.2KHZ的載波信號(hào)仿真波形。</p><p><b>　　圖a</b></p><p&

68、gt;<b>　　圖b</b></p><p>　　圖5-3 仿真波形</p><p><b>　　6　制作和調(diào)試</b></p><p>　　有了硬件設(shè)計(jì)電路原理圖，有了仿真結(jié)果，根據(jù)原理圖找到相應(yīng)的芯片，完成焊接實(shí)物。實(shí)物圖請參考附錄1部分的圖片。</p><p>　　給實(shí)物電路板接5V電源來

69、測試三個(gè)輸出點(diǎn)，分別為晶振的測試點(diǎn)、74LS161 的輸出端、4024的輸出；三個(gè)點(diǎn)的理論輸出應(yīng)該分別是11.0592MHz方波、1.2288MHz方波、19.2KHz方波。</p><p>　　晶振的測試點(diǎn)波形如下圖6-1所示：</p><p>　　圖6-1 晶振的測試點(diǎn)示波器顯示</p><p>　　由上圖5-1 所示為晶振的測試點(diǎn)示波器顯示，可以看出輸出的結(jié)

70、果頻率是11.04MHz，這個(gè)結(jié)果與理論值很接近，其存在的誤差屬于可以允許的誤差范圍，產(chǎn)生誤差的原因可能是數(shù)字示波器本身存在誤差，或是在晶振和電容自身的誤差。波形雖然不是正規(guī)的方波，但是其上升沿和下降沿還是很明顯的。總的來說出來的波形也還理想，不會(huì)影響接下來的測試。</p><p>　　74LS161 的輸出端波形如下圖6-2所示：</p><p>　　圖6-2 74LS161 的輸出端

71、示波器顯示</p><p>　　由上圖5-274LS161的輸出端示波器顯示，可以看出結(jié)果頻率是1.227MHz，這個(gè)結(jié)果與理論值也比較接近，這樣的誤差屬于可以允許的誤差范圍，產(chǎn)生誤差的原因可能是數(shù)字示波器本身的誤差的結(jié)果，或是輸入時(shí)鐘的問題。再看波形，雖然出來的波形并非是標(biāo)準(zhǔn)的方波，但是它有明顯的上升沿和下降沿，而且示波器可以明顯觀察到它是一個(gè)占空比大約為1：8 的波形，這樣基本不影響本次實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。</

72、p><p>　　4024 的輸出端如下圖6-3所示：</p><p>　　圖6-3 4024的輸出端示波器顯示</p><p>　　由上圖5-34024的輸出端示波器顯示，可以看出結(jié)果頻率是19.19KHz的1：1 方波，波形也基本接近比較理想的方波。其存在的誤差也可能是儀器，芯片本身存在的誤差。這樣的測試結(jié)果基本上已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p

73、><b>　　7　結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)方案按照任務(wù)書的要求了解了數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)的應(yīng)用，掌握了數(shù)字通信系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)和制作了載波發(fā)生器，為數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)提供頻率為19.2KHZ的載波信號(hào)。</p><p>　　經(jīng)過對《現(xiàn)代通信原理》理論的深入學(xué)習(xí)，搜集了大量與本設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，參考了很多類似的文獻(xiàn)，通過利用數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)了硬件電路，并利

74、用電路仿真軟件進(jìn)行了仿真。不管是仿真結(jié)果還是硬件的測試結(jié)果都成功地實(shí)現(xiàn)了載波信號(hào)的輸出。且輸出的波形與理論中的波形很接近，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，由于元器件及芯片本身存在的誤差，使用的示波器和直流電源也不一定很準(zhǔn)確，所以造成了各測試端輸出波形的頻率與其理論值存在著一定的誤差，其實(shí)際輸出的波形也引起了失真，達(dá)不到理想中的波形。但是這些誤差均屬于可允許的誤差范圍，對整體電路沒有本質(zhì)的

75、影響，這些不足之處都將在日后的通信發(fā)展中得以改進(jìn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 宋祖順，宋曉勤，宋平等.現(xiàn)代通信原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009,9.</p><p>　　[2] B.P. Lathi. Modern Digital and Analog Conmmunications

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82、Multisim10.0 仿真[M].水利水電出版社，2009，11.</p><p>　　[15] 王冠華.Multisim 10電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].國防工業(yè)出版社,2008,6,1.</p><p>　　附錄1 系統(tǒng)實(shí)物圖</p><p><b>　　圖1 載波發(fā)生器</b></p><p>　　圖2 總系統(tǒng)連

83、接圖</p><p>　　附錄2 畢業(yè)設(shè)計(jì)作品說明書</p><p><b>　　一、作品名稱</b></p><p>　　二進(jìn)制差分調(diào)相器――載波發(fā)生器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　二、作品功能</b></p><p>　　設(shè)計(jì)并制作載波發(fā)生器，要求產(chǎn)生19.2KHZ

84、的方波，為差分調(diào)相器提供載波信號(hào)。</p><p><b>　　三、運(yùn)行環(huán)境</b></p><p>　　芯片需要接通+5V直流電壓，需要一數(shù)字示波器來觀察其波形。</p><p><b>　　四、操作步驟</b></p><p>　　1、用排線將數(shù)據(jù)源模塊、載波發(fā)生模塊和差分調(diào)相模塊連接起來。&l

85、t;/p><p>　　2、給需要饋電的芯片接通+5V直流電壓，接地線接地。</p><p>　　3、根據(jù)理論得出的理想波形，將示波器探頭連接到相對應(yīng)的信號(hào)輸出點(diǎn)，接著觀察其輸出波形，并記錄分析。</p><p>　　4、關(guān)閉電源，整理器材。</p><p><b>　　五、注意事項(xiàng)</b></p><p&

86、gt;　　測試模塊需要外接+5V直流電壓，元器件為手工焊接測量時(shí)要避免短路，制作條件和測量設(shè)備結(jié)果存在一定誤差。晶振模塊實(shí)物圖焊在了數(shù)據(jù)源的板子上。</p><p>　　附錄3 主要芯片功能及引腳圖</p><p>　　74161四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器圖：</p><p>　　圖1-1 74161芯片管腳圖</p><p>　　PCO

87、 進(jìn)位輸出端</p><p>　　CLOCK 時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）</p><p>　　CLEAR 異步清除輸入端（低電平有效）</p><p>　　ENP 計(jì)數(shù)控制端</p><p>　　ENT

88、計(jì)數(shù)控制端</p><p>　　ABCD 并行數(shù)據(jù)輸入端</p><p>　　LOAD 同步并行置入控制端（低電平有效）</p><p>　　QA-QD 輸出端</p><p>　　(a) 外引線排列圖 (b) 邏輯符號(hào)<

89、;/p><p>　　圖1-2 74161型四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　表1-3 74161型四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能表</p><p>　　由表1-3可知，74161具有以下功能。</p><p>　?、?異步清零。=0時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出被直接清零，與其他輸入端的狀態(tài)無關(guān)。</p><p>　?、?同步并行預(yù)置

90、數(shù)。在=1條件下，當(dāng)=0且有時(shí)鐘脈沖CP的上升沿作用時(shí)，A3、A2、A1、A0輸入端的數(shù)據(jù) d3、d2 、d1、d0將分別被Q3Q2Q1Q0所接收。</p><p>　?、?保持。在==1條件下，當(dāng)ET·EP=0，不管有無CP脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變。需要說明的是，當(dāng)EP=0，ET=1時(shí)，進(jìn)位輸出RCO也保持不變；而當(dāng)ET=0時(shí)，不管EP狀態(tài)如何，進(jìn)位輸出RCO=0。</p>

91、<p>　?、?計(jì)數(shù)。當(dāng)==EP=ET=1時(shí)，74161處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。</p><p>　　4024 7位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器：</p><p>　　圖1-4 74161型四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　4024 是7 位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器。所有的計(jì)數(shù)器為主從觸發(fā)器。計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。CR 為高電平時(shí)，對計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零。由于在時(shí)鐘輸入端使用斯

92、密特觸發(fā)器，對脈沖上升和下降時(shí)間無限制，所有輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。CD4024 提供了14 引線多層陶瓷雙列直插（D）、熔封陶瓷雙列直插（J）、塑料雙列直插（P）和陶瓷片狀載體（C）4 種封裝形式。</p><p><b>　　7404六反相器：</b></p><p>　　圖1-5 7404六反相器邏輯圖</p><p>　　7404為六組反

93、相器，共有54/7404、54/74H04、54/74S04、54/74LS04四種線路結(jié)構(gòu)形式，其主要電特性的典型值如下：</p><p>　　表1-6 7404電特性值</p><p><b>　　引出端符號(hào)</b></p><p>　　1A-6A 輸入端</p><p>　　1Y-6Y 輸出端<