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FM电路实现调制解调

F M电路实现调制解调 The document was finally revised on 2021

FM电路实现调制解调

调制解调,即我们常说的Modem,其实是Modulator(调制器)与Demodulator (解调器)的简称,中文称为调制解调器。也有人跟据Modem的谐音,亲昵地称之为“猫”。

调制: 将各种转换成适于传输的数字调制信号(已调信号或频带信号);

解调: 在接收端将收到的数字频带信号还原成数字基带信号

一、概述

FM调制电路将代表不同信息的信号频率,搬移到频率较高的频段,以电磁波的方式将信息通过信道发送出去。FM解调电路将接收到的包含信息的高频信号的频率搬移到原信号所处的频段。锁相环是一种相位负反馈的自动相位控制电路,它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域它是通过比较输入信号的相位和压控振荡器输出信号的相位,取出与这两个信号的相位差成正比的电压,并将该电压该电压作为压控振荡器的控制电压来控制振荡频率,以达到输出信号的频率与输入信号的频率相等的目的。锁相环主要由相位比较器、压控振荡器和低通滤波器三部分组成。调制电路还需要另设计一个高频信号放大器和加法器。解调电路需要设计一个低通滤波器,来取出解调信号。

技术指标:

1.载波频率fc=,载波信号的电压Vp-p≥3V;

2.FM调频信号的电压Vp-p≥6V,最大频率偏移∆fm≥5KHz;

3.解调电路输出的FM 调制信号的电压Vp-p 200mV 。

二、方案设计与分析

调频是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率,即使载波振荡频率随调制信号的失真变化而变化。其逆过程为频率解调(也称频率检波或鉴频)。

本实验是用CD4046数字集成锁相环(PLL )来实现调频/解调(鉴频)的。 调频电路原理图(如图1所示)

将调制信号加到压控振荡器(VCO )的控制端,使压控振荡器得输出频率(在自振频率(中心频率)o f 上下)随调制信号的变化而变化,于是生成了调频波。

当载波频率与自由振荡频率相近时,载波频率与压控振荡器的振荡频率锁定。低通滤波器只保证压控振荡中心振荡频率与载波频率锁定时所产生的相位误差电压通过,该电压与调制信号同经加法器,用以控制压控振荡器的频率,从而获得与载波频率具有同样频率稳定度的调频波。

图1 FM 调频电路原理框图

解调电路的原理图(如图2所示)

调频波(经过放大器放大后)与压控振荡器的输出被送入鉴相器,经鉴相获得变化的相位误差电压,该误差电压通过低通滤波器被滤掉其高频成份,继而获得随调制信号频率变化而变化的信号,经跟随器得到解调信号,从而实现了解调(鉴频)过程。

调频

⒁ ⑵ ⑼

图2 FM 解调电路原理框图

3.锁相环CD4046工作原理

本次课设要求我们掌握锁相环调制/解调的原理,用2片数字锁相环CD4046设计FM 调制/解调电路。完成课题的核心器件是CD4046集成锁相环,其内部结构如图3所示。

图3锁相环(4046)内部电原理框图

CD4046工作原理:输入信号 Ui 从14脚输入后,经放大器A1进行放大、整形后加到相位比较器Ⅰ、Ⅱ的输入端,图3开关K 拨至2脚,则比较器Ⅰ将从3脚输高频信号放大低通

入的比较信号Uo与输入信号Ui作相位比较,从相位比较器输出的误差电压UΨ则反映出两者的相位差。UΨ经R3、R4及C2滤波后得到一控制电压Ud加至压控振荡器VCO的输入端9脚,调整VCO的振荡频率f2,使f2迅速逼近信号频率f1。VCO的输出又经除法器再进入相位比较器Ⅰ,继续与Ui进行相位比较,最后使得f2=f1,两者的相位差为一定值,实现了相位锁定。若开关K拨至13脚,则相位比较器Ⅱ工作,过程与上述相同,不再赘述。

图4 CD4046引脚功能图

图4是CD4046的引脚排列,采用16脚双列直插式,各管脚功能:

1脚相位输出端,环路人锁时为高电平,环路失锁时为低电平。

2脚相位比较器Ⅰ的输出端。

3脚比较信号输入端。

4脚压控振荡器输出端。

5脚禁止端,高电平时禁止,低电平时允许压控振荡器工作。

6、7脚外接振荡电容。

8、16脚电源的负端和正端。

9脚压控振荡器的控制端。

10脚解调输出端,用于FM解调。

11、12脚外接振荡电阻。

13脚相位比较器Ⅱ的输出端。

14脚信号输入端。

15脚内部独立的齐纳稳压管负极

4.测量CD4046锁相环的捕捉带和同步带方法

测量CD4046锁相环的捕捉带和同步带,其示意图如图5所示。

图5 捕捉带和同步带示意图

测量方法:

(1) 改变14脚输入信号的频率,使频率逐渐降低,直至4脚输出方波刚好出现不稳定时,环路进入失锁状态,该点定义为同步带的下限频率“1f ”。

(2) 改变14脚输入信号的频率,由1f 开始频率逐渐增加,直至4脚输出方波刚好再次稳定时,环路进入锁定状态,该点定义为捕捉带的下限频率“3f ”。

(3) 改变14脚输入信号的频率,由1f 开始频率逐渐增加,直至4脚输出方波刚好出现不稳定时,环路进入失锁状态,该点定义为同步带的上限频率“2f ”。

(4) 改变14脚输入信号的频率,由4f 开始频率逐渐降低,直至4脚输出方波刚好再次稳定时,环路进入锁定状态,该点定义为捕捉带的上限频率“4f 。

同步带宽为:2f -1f 捕捉带宽为4f -3f

三、电路设计

1.锁相环中的鉴相器工作原理

锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成,利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图6所示。

图6 模拟相乘器

鉴相器的工作原理是:设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为:

)](sin[)(t t w U t U i i m i θ+=

)](sin[)(0t t w U t U o om o θ+=

式中的o w 为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率,称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压D U 为:

)](cos[)](sin[)()(K D t t w t t w U KU t U t U U o o i i om m o i θθ++==

)]()(sin[2/1t t w t t w U KU o o i i om m θθ+++=

)]}([)](sin{[2/1t t w t t w U KU o o i i om m θθ+-++

用低通滤波器LF 将上式中的和频分量滤掉,剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压)(U t C 。即)(U t C 为:

)]}([)](sin{[2/1(t)U C t t w t t w U KU o o i i om m θθ+-+=

)]}()([)sin{(t t t w w U o i o i dm θθ-+=-

式中的i w 为输入信号的瞬时振荡角频率,)(t i θ和)(t o θ分别为输入信号和输出信号的瞬时位相。

构成频率调制与解调电路的工作原理

当从9脚输入载波信号时,从4端可输出受输入信号调制的调频信号。如图7 所示,由于调频时要求VCO 有一定的频率范围(频偏),所以不用R2收缩频带,即R2为无穷大(12脚空置) 仅用R1和C1确定VCO 的中心频率f 0即可。设计参数时,只需由f 0查图9(电源电压VCO 为9V 时的曲线,横坐标为C1 取值)求出C1 与R1即可

图7 CD4046构成的频率调制电路

当从14脚输入一被信号调制的(中心频率与CD4046的VCO的中心频率相同)调频信号,则相位比较器输出端将输出一个与信号具有相同变化频率的包络信号,经低通滤波器滤去载波后,即剩下调频信号解调后的信号了。一般使用PCI,这时仅由R1和C1确定VCO的中心频率f0,而不用R2来收缩频率范围(其为无穷大)。同样,由图9查图求R1 与C1。无调频信号输入时,VCO工作在f0上。解调电路如图8所示。

图8 CD4046构成的频率解调电路

图9 CD4046 在不同外部元件参数下的特性曲线

FM的调制解调

目录 目录 (1) 摘要 (2) ABSTRACT (3) 1.引言 (4) 2. FM调制系统的介绍及设计 (5) 2.1通信系统的简介 (5) 2.2FM调制模型的建立 (6) 2.3FM调制仿真结果 (9) 3. FM解调系统的介绍及设计 (12) 3.1FM解调模型的建立 (12) 3.2解调过程分析 (12) 3.3FM解调的部分程序及波形 (13) 4. 高斯白噪声信道特性 (17) 5. 调频系统的抗噪声性能分析 (19) 6. MATLAB源代码 (21) 7.心得体会 (26) 8.参考文献 (27)

摘要 调制在通信系统中有十分重要的作用。通过调制,不仅可以进行频谱搬移,把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上,从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号,而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响,调制方式往往决定了一个通信系统的性能。FM信号的调制属于频谱的非线性搬移,它的解调也有相干和非相干解调两种方式。 本课程设计使用的仿真软件为MATLAB 7.0,利用MATLAB集成环境下的M文件,编写程序来实现FM信号的仿真分析,并分别绘制出基带信号、载波信号、已调信号的时域波形和频域波形;再进一步分别绘制出对已调信号叠加噪声后信号、同步解调前信号和解调后基带信号的时域波形;最后绘出FM基带信号调制和解调系统后的输入输出信噪比的关系,并通过与理论结果波形对比来分析该仿真调制与解调过程的正确性及噪声对FM信号解调的影响。在课程设计中,系统开发平台为Windows Xp,在该平台运行MATLAB程序完成了对FM调制和解调以及对叠加噪声后解调结果的观察和分析。 关键词 FM;调制;解调;MATLAB 7.0;噪声

FM的调制与解调

《信号与系统》课程设计 说明书 题目:FM的调制与解调 姓名:任加利 学号:2010142103 专业:电子信息科学与技术

目录 前言 (2) 1.MATLAB仿真软件应用介绍 (3) 2.调制与解调的基本原理 (4) 3.课程方案设计思路过程 (5) 3.1 设计要求 (5) 3.2 设计意义 (5) 3.3 设计原理 (5) 3.4 MATLAB模拟过程 (5) 3.5 MATLAB处理结果 (6) 4.心得体会 (9) 5.源程序代码 (10) 4参考文献 (12)

前言 信号与系统课程设计是学习《信号与系统》课程必要的教学环节。由于该课程是专业基础课,需要通过实践了巩固基础知识,为使学生取得最现代化的设计技能和研究方法,课程设计训练也就成为了一个重要教学环节。通过一个模拟信号的一系列数据处理,达到进一步完善对信号与系统课程学习的效果。 在通信系统中,信号从发射端传输到接受端,为实现信号的传输,往往需要进行调制和解调。调制过程是一个频谱搬移的过程.它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。解调是调制的逆过程.即是将已调制的信号还原成原始基带信号的过程。信号的接收端就是通过解调来还原已调制信号从而读取发送端发送的信息。因此信号的解调对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。角度及解调电路不同于频谱线性搬移电路。它是用低频信号去调制高频振荡的相角,或是从已调波中解出调制信号所进行的频谱变换,这种变换不是线性变换,而是非线性变换。因此,我们把角度调制及调角波的解调电路称为频谱非线性变换电路。FM在通信系统中的使用非常广泛。FM广泛应用于高保真音乐广播、电视伴音信号的传输、卫星通信和蜂窝电话系统等。 近年来,计算机多媒体教序手段的运用逐步普及,大量优秀的科学计算和系统仿真软件不断涌现,为我们实现计算机辅助教学和学生上机实验提供了很好的平台。通过对这些软件的分析和对比,我们选择MATLAB语言作为辅助教学工具,借助MATLAB 强大的计算能力和图形表现能力,将《信号与系统》中的概念、方法和相应的结果,以图形的形式直观地展现给我们,大大的方便我们迅速掌握和理解老师上课教的有关信号与系统的知识。 本次课程设计中使用功能强大的MATLAB仿真软件对FM信号进行仿真分析,有助于我对信号的传输过程的理解。MATLAB 强大的功能为此次求信号转换也就是信号的调制与解调求解提供很好的视觉效果,对我们有很大的学习帮助。

通信原理实验13 模拟调制解调实验(FM)

实验十三模拟调制解调实验(FM) 实验内容 1.模拟调制(FM)实验 2.模拟解调(FM)实验 一、实验目的 1.掌握变容二极管调频电路的工作原理及调频调制特性及其测量方法。 2.熟悉相位鉴频器的基本工作原理。 3.了解鉴频特性曲线(S曲线)的正确调整方法。 二、实验电路工作原理 (一)模拟调制实验 1.变容二极管工作原理 调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。其频率的变化量与调制信号成线性关系。常用变容二极管实现调频。 变容二极管调频电路如图8-1所示。从J2处加入调制信号,使变容二极管的瞬时反向偏置电压在静态反向偏置电压的基础上按调制信号的规律变化,从而使振荡频率也随调制电压的规律变化,此时从J1处输出为调频波(FM)。C15为变容二级管的高频通路,L1为音频信号提供低频通路,L1和C23又可阻止高频振荡进入调制信号源。 图8-1 变容二极管调频

f

因为LC f π21= ,所以电容小时,振荡频率高,而电容大时,振荡频率低。从图(a ) 中可以看到,由于C-u 曲线的非线性,虽然调制电压是一个简谐波,但电容随时间的变化是非简谐波形,但是由于LC f π21= ,f 和C 的关系也是非线性。不难看出,C-u 和f-C 的非线性关系起着抵消作用,即得到f-u 的关系趋于线性(见图(c ))。 2. 变容二极管调频器获得线性调制的条件 设回路电感为L ,回路的电容是变容二极管的电容C (暂时不考虑杂散电容及其它与变容二极管相串联或并联电容的影响),则振荡频率为LC f π21 = 。为了获得线性调制, 频率振荡应该与调制电压成线性关系,用数学表示为Au f =,式中A 是一个常数。由以 上二式可得LC Au π21 =,将上式两边平方并移项可得22 22)2(1-==Bu u LA C π,这即是变容二极管调频器获得线性调制的条件。这就是说,当电容C 与电压u 的平方成反比 时,振荡频率就与调制电压成正比。 3. 调频灵敏度 调频灵敏度f S 定义为每单位调制电压所产生的频偏。 设回路电容的C-u 曲线可表示为n Bu C -=,式中B 为一管子结构即电路串、并固定电容有关的参数。将上式代入振荡频率的表示式LC f π21= 中,可得 LB u f n π22 = 调制灵敏度 LB nu u f S n f π412 -= ??= 当n =2时 LB S f π21= 设变容二极管在调制电压为零时的直流电压为U 0,相应的回路电容量为C 0,振荡频率为 021LC f π= ,就有

FM频率调制解调电路的设计和制作

FM调制的基础技术 调变电路为可以将信号波(音频信号等)等乘载在电波上传送的电路。也即是将载波(carrie r)利用信号波加以变形,然后传送出去。在本文中,将针对调变电路中最常使用到的FM调变(F requency Modulation……频率调变),以及解调(回复到原来的信号)的技术加以说明。 FM调变方式为将载波频率变化而后传送的方式。 FM调变的基础技术 FM调变的理论 图1所示的为FM调变的考查方法。其中的Vc为载波,Vs真为信号波。对于各信号可以如下表示。 图1 FM调变 (FM调变为利用信号而改变频率。由于振幅为一定,较容易去除噪声成分。) 此时的载波频率fc称之为中心频率。 今将此一载波做FM调变。也即是,使载波频率fc会随着信号波的大小而改变。频率变化时角频率w也会变化,因此, 或者 此时的频率变化△f称之为最大频率偏移。经过调变后的信号,称之为被调变波Vm,可以用

下式子表示。 被调变波Vm会随信号波Vs而变化,其瞬间相位为时间积分。因此,相位角成为 所以,被调变波Vm可以如下表示, 此时的称之为调变指数。 FM调变波所占有的频带宽 FM调变波所占有的频带宽会随着调变指数(△f/fs)的增大而扩宽。FM调变波的频谱分布范围很广,而只对于存在有95%以上的能量的频带称之为Carson频带宽。在此,对于占有频带宽B W可以概略计算如下。 △f:最大频率偏移 fsm:信号波的最大频率 图2所示的为△f=±75kHz,fsm=15KHz时的占有频带宽BW。 图2 FM调变波所占有的频带宽

(FM调变波的频率能量为无限大扩广,而其能量成分几乎存在于2△f+2fs) 图3 利用可变电容二极管做成FM调变的实验 (将振荡电路的电容器改为可变电容二极管时,便可以做简单的FM调变。将△V(电压变化)政变成为△f(频率变化)。 FM调变电路的实验 FM调变电路为将信号波的电压变化(△v)变换成为频率变化。在此举一简单的调变电路为例子说明。 图3所示的为使用可变电容二极管,使振荡电路发生调变的FM方式。在无信号时加上直流偏压电压,信号波便以偏压电压为基准而变化。电路的工作原理为信号波的电压变化(△V)→电容量的变化(△C)→谐振频率的变化(△f),如此可以得到FM调变波。 一般地,振荡电路为晶体振荡电路或陶磁振荡电路时,使振荡器的负载电容量随着信号波而变化时,便可以形成FM波。 FM无线麦克风的设计-制作 为了达到频率稳定化,使用陶瓷振荡器 FM无线麦克风为利用声音改变振荡频率,以达到将声音传送出去的目的。此在无线状态下所传送出去的信号,可以利用FM调谐器等接收之。 大多数的FM无线麦克风为使用LC振荡电路。但是,LC振荡电路容易受到电源电压的变动或温度变化的影响,而使频率变动。

FM电路实现调制解调

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FM电路实现调制解调 调制解调,即我们常说的Modem,其实是Modulator(调制器)与Demodulator (解调器)的简称,中文称为调制解调器。也有人跟据Modem的谐音,亲昵地称之为“猫”。 调制: 将各种转换成适于传输的数字调制信号(已调信号或频带信号); 解调: 在接收端将收到的数字频带信号还原成数字基带信号 一、概述 FM调制电路将代表不同信息的信号频率,搬移到频率较高的频段,以电磁波的方式将信息通过信道发送出去。FM解调电路将接收到的包含信息的高频信号的频率搬移到原信号所处的频段。锁相环是一种相位负反馈的自动相位控制电路,它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域它是通过比较输入信号的相位和压控振荡器输出信号的相位,取出与这两个信号的相位差成正比的电压,并将该电压该电压作为压控振荡器的控制电压来控制振荡频率,以达到输出信号的频率与输入信号的频率相等的目的。锁相环主要由相位比较器、压控振荡器和低通滤波器三部分组成。调制电路还需要另设计一个高频信号放大器和加法器。解调电路需要设计一个低通滤波器,来取出解调信号。 技术指标: 1.载波频率fc=,载波信号的电压Vp-p≥3V; 2.FM调频信号的电压Vp-p≥6V,最大频率偏移∆fm≥5KHz;

3.解调电路输出的FM 调制信号的电压Vp-p 200mV 。 二、方案设计与分析 调频是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率,即使载波振荡频率随调制信号的失真变化而变化。其逆过程为频率解调(也称频率检波或鉴频)。 本实验是用CD4046数字集成锁相环(PLL )来实现调频/解调(鉴频)的。 调频电路原理图(如图1所示) 将调制信号加到压控振荡器(VCO )的控制端,使压控振荡器得输出频率(在自振频率(中心频率)o f 上下)随调制信号的变化而变化,于是生成了调频波。 当载波频率与自由振荡频率相近时,载波频率与压控振荡器的振荡频率锁定。低通滤波器只保证压控振荡中心振荡频率与载波频率锁定时所产生的相位误差电压通过,该电压与调制信号同经加法器,用以控制压控振荡器的频率,从而获得与载波频率具有同样频率稳定度的调频波。 图1 FM 调频电路原理框图 解调电路的原理图(如图2所示) 调频波(经过放大器放大后)与压控振荡器的输出被送入鉴相器,经鉴相获得变化的相位误差电压,该误差电压通过低通滤波器被滤掉其高频成份,继而获得随调制信号频率变化而变化的信号,经跟随器得到解调信号,从而实现了解调(鉴频)过程。

南理工电类综合实验报告FM调制解调的数字实现汇总

《电类综合实验》 仿真报告 实验课题:FM调制解调的数字实现 指导教师:刘光祖 学生姓名: 院系:电光学院 专业:通信与信息系统 实验时间:2016.05.09至2016.05.13

一、实验背景 1.FPGA简介 FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程逻辑门阵列)是在PAL、GAL、CPLD等可编程逻辑器件的基础上进一步发展的产物,是专用集成电路领域一种半定制的集成数字芯片,其最大特点是现场可编程,既解决了全定制电路的不足,又克服了原有可编程逻辑器件门电路数有限的缺点。FPGA的内部结构由CLB、RAM、DCM、IOB、Interconnect 等构成。如下给出了FPGA的最典型的结构: FPGA开发的一般流程: 1(a) 1(b) 2.DE2-115开发板简介 本实验中所用开发板为Altera公司的DE2-115。如下为开发板的配置列表: ?Altera Cyclone? IV 4CE115 FPGA 器件 ?Altera 串行配置芯片:EPCS64 ?USB Blaster 在线编程;也支持JTAG和AS可编程方式 ?2MB SRAM ?两片64MB SDRAM ?8MB Flash memory ?SD卡插槽 ?4个按钮 ?18个滑动开关 ?18个红色LED ?9个绿色LED ?50M时钟源 ?24位音频编解码器,麦克风插孔 ?电视解码 ?RJ45 2G以太网接口 ?VGA连接器 ?含有USB_A和USB_B连接器的主从控制器 ?RS232收发器和9针连接器 ?PS/2鼠标和键盘连接器 ?红外接收器 ControlPanel是开发板自带的一个工具软件,可以通过该软件提供的图形界面直接对FPGA上的各个外设进行操作。通过该操作可以确认PC机与开发板的连接是否正确,开发板的硬件工作是否正常。ControlPanel的安装过程如下: 确保QUARTUS II 10.0 或以上版本能被成功安装;将开关RUN/PROG切换到RUN位置;将USB接线连接至USB驱动端口,供12V电源并打开开关;打开主机上的可执行文

FM调制解调原理

F M调制解调原理 Hessen was revised in January 2021

频率调制信号的表示式为:()cos[()]t m c S t A t kfm d ωττ-∞ =+?其中,kf 为调频灵敏度,m(t)为调制信号。从公式出发即可完成频率调制的程序。 调频信号的解调方法通常是采用鉴频法。方框图如图所示 其中鉴频器包括微分电路和包络检波。 在模拟信号的调频程序中,先对输入参量的个数做出判断,少于则运行默认的。然后对信号进行调制,这里采样的调制信号是最简单的正弦信号,当然也可以为其他信号。调制过程中,积分是根据积分的定义编写的一段程序。在对已调信号进行解调前加入了噪声。解调过程中的微分同样的根据定义编写的,当然也可以采用MATLAB 里自带的函数diff 。在经过包络检波后对幅值做出了一定的修正。 下图是调频信号的时域频域波形。经过调频之后的信号频谱不仅发生了频谱搬移还增加了频率分量。

下图绿色的是小信噪比条件下的解调波形,可以发现信噪比对解调的影响。

而在语音信号的调频中,积分采用cumsum来完成,微分采用diff。因为经过调试发现,采用根据定义编写的程序由于循环运行需要很多时间。另外,在经过微分器后,包络检波和低通这段和幅度调制的非相干解调一样,所以也可以在经过微分后调用AM包络检波的程序。对于调频信号来说,都会存在门限效应,使之在小信噪比情况下无法恢复出原来的调制信号。所以语音信号的调制解调是在很大信噪比情况下。

下面是语音信号调制解调的时域频域图。观看频谱可以看到调制信号的频谱相对于输入信号,发生了频谱搬移,还有在fc处多了一个冲激。 另外还有一个需要注意的问题,读入语音信号时所输入的路径必须和存放语音信号的路径相同。否则无法打开。 参考文献: [1]樊昌信,曹丽娜。通信原理。国防工业出版社。 [2] Santosh, the LNM IIT Jaipur (India).陈丽丹。FM调制解调系统设计与仿真

FM电路实现调制解调

F M电路实现调制解调 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

FM电路实现调制解调 调制解调,即我们常说的Modem,其实是Modulator(调制器)与Demodulator (解调器)的简称,中文称为调制解调器。也有人跟据Modem的谐音,亲昵地称之为“猫”。 调制: 将各种转换成适于传输的数字调制信号(已调信号或频带信号); 解调: 在接收端将收到的数字频带信号还原成数字基带信号 一、概述 FM调制电路将代表不同信息的信号频率,搬移到频率较高的频段,以电磁波的方式将信息通过信道发送出去。FM解调电路将接收到的包含信息的高频信号的频率搬移到原信号所处的频段。锁相环是一种相位负反馈的自动相位控制电路,它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域它是通过比较输入信号的相位和压控振荡器输出信号的相位,取出与这两个信号的相位差成正比的电压,并将该电压该电压作为压控振荡器的控制电压来控制振荡频率,以达到输出信号的频率与输入信号的频率相等的目的。锁相环主要由相位比较器、压控振荡器和低通滤波器三部分组成。调制电路还需要另设计一个高频信号放大器和加法器。解调电路需要设计一个低通滤波器,来取出解调信号。 技术指标: 1.载波频率fc=,载波信号的电压Vp-p≥3V; 2.FM调频信号的电压Vp-p≥6V,最大频率偏移?fm≥5KHz; 3.解调电路输出的FM调制信号的电压Vp-p≥200mV。 二、方案设计与分析 调频是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率,即使载波振荡频率随调制信号的失真变化而变化。其逆过程为频率解调(也称频率检波或鉴频)。 本实验是用CD4046数字集成锁相环(PLL)来实现调频/解调(鉴频)的。 调频电路原理图(如图1所示)

FM调制解调

FM信号调制解调无线传输系统 三、实验原理: 1、通信按照传统理解就是信息传输。通信系统的作用就是将信息从信息 源发送到一个或多个目的地,且信息是多种多样的。通信系统对信号进行两种基本变换:第一、要把发送的消息要变换成原始电信号。第二、将原始电信号调制到频率较高的载频上,使其频带适合信道的输。解调后的信号称为基带信号,已调信号也称为频带信号。对于任何一个通信系统,均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成。 图1通信系统组成 信息源(简称信源)的作用是把各种信息转换成原始信号。根据消息的种类不同信源分为模拟信源和数字信源。发送设备的作用产生适合传输的信号,即使发送信号的特性和信道特性相匹配,具有抗噪声的能力,并且具有足够的功率满足原距离传输的需求。信息源和发送设备统称为发送端。发送端将信息直接转换得到的较低频率的原始电信号称为基带信号。通常基带信号不宜直接在信道中传输。因此,在通信系统的发送端需将基带信号的频谱搬移(调制)到适合信道传输的频率范围内进行传输。这就是调制的过程。信号通过信道传输后,具有将信号放大和反变换功能的接收端将已调制的信号搬移(解调)到原来的频率范围,这就是解调的过程。信号在信道中传输的过程总会受到噪声的干扰,通信系统中没有传输信号时也有噪声,噪声永远存在于通信系统中。由于这样的噪声是叠加在信号上的,所以有时将其称为加性噪声。噪声对于信号的传输是有害的,它能使模拟信号失真。在本仿真的过程中我们假设信道为高斯白噪声信道。

图2信号传输 调制在通信系统中具有十分重要的作用。一方面,通过调制可以把基带信号的频谱搬移到所希望的位置上去,从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号。另一方面,通过调制可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力,同时,它还和传输效率有关。不同的调制方式产生的已调信号的带宽不同,因此调制影响传输带宽的利用率。可见,调制方式往往决定一个通信系统的性能。在本仿真的过程中我们选择用调频调制方法进行调制。在本仿真的过程中我们选择用同步解调方法进行解调 2、调制过程 调制在通信系统中的作用至关重要。所谓调制,就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义的调制分为基带调制和带通调制。在无线通信中和其他大多数场合下,调制一词均指载波调制。 载波调制,就是用调制信号去控制载波的参数过程,是载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的消息信号,这些信号可以是模拟的,也可以是数字的。未受调制的周期性振荡信号称为载波,它可以是正弦波,也可以是非正弦波 为什么要进行载波调制呢?基带信号对载波的调制是为了实现下列一个或多个目标:第一,在无线传输中,信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。为了获得较高的辐射效率,天线的尺寸必须与发射信号波长想比拟。而基带信号包含的较低频率较长,致使天线过长而难以实现。第二,把多个基带信号分别搬移到不同的载波处,以实现信道的多路复用,提高信道利用率。第三,扩展信号带宽,提高系统抗干扰,抗衰落能力,还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。因此,调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的作用和影响。采用什么样的调制方式将直接影响着通信系统的性能。 信息源(简称信源)的作用是把各种信息转换成原始信号。信息源和发送设备统称为发送端。在通信系统的发送端将基带信号的频谱搬移(调制)到适合信道传输的频率范围内进行传输。调频的方法主要由两种:直接调频和间接调频,本设计使用直接调频。调频就是用调制信号控制载波的频率变化,直接调频就是用调制信号直接去控制载波振荡器的频率,使其按调制信号的规律线性地变化。

FM调制解调原理

FM调制解调原理 FM调制解调(Frequency Modulation)是一种常见的调制解调方法,用于无线电通信和广播中。它通过改变载波频率的方式传输模拟信号,实 现了音频信号的传输和恢复。本文将详细介绍FM调制解调的原理和过程。 一、FM调制 FM调制是将模拟信号转换为频率变化的载波信号。它的原理是根据 模拟信号的幅度和方向的变化来改变载波频率。具体来说,调制信号的幅 度增大时,载波频率也随之增大;调制信号的幅度减小时,载波频率也随 之减小。调制过程可以通过以下步骤实现: 1.信号预处理:将模拟信号的幅度进行放大或压缩,以便适应于调制 电路的工作范围。 2.频率偏移:将模拟信号的频率上移或下移到与载波频率相匹配的范 围内,以便进行调制。 3.调制过程:将模拟信号的频率变化转化为对载波频率的调制,一般 采用带通滤波器和倍频电路来实现。 4.载波生成:生成指定频率的载波信号,一般采用振荡器和频率合成 技术。 5.载波调制:将调制信号与载波信号相乘,形成调制后的信号。这可 以通过调制电路中的乘法器或调制芯片来实现。 6.输出滤波:使用低通滤波器去除调制信号中的高频成分,得到调制 后的信号。

FM调制的主要特点是具有抗干扰性能好、信号传输距离远、音质较 好等优点。因此,它被广泛应用于广播、电视和无线通信等领域。 二、FM解调 FM解调是将调制后的信号转换为原始模拟信号。它需要通过解调过 程来实现。解调过程中的步骤如下: 1.接收调制信号:接收调制后的信号,一般使用天线或其他接收器设备。 2.信号放大:对接收到的信号进行放大处理,以恢复信号的强度和幅度。 3.特定频率过滤:使用特定频率的滤波器去除多余的频率成分和噪声,保留关键的频率。 4.载波消除:使用消除器或识别器去除载波信号,保留调制信号。 5.载波调制:使用调制芯片或解调电路对调制信号进行解调,以恢复 原始模拟信号。 6.幅度平衡:通过放大和压缩等处理来平衡信号的幅度,使其与原始 信号相匹配。 FM解调的主要特点是具有较高的音质和较低的噪声,能够重现原始 模拟信号。 总结起来,FM调制解调的原理可以简单概括为将模拟信号的频率变 化转化为对载波频率的调制,通过调制和解调过程实现信号的传输和恢复。FM调制解调被广泛应用于广播、电视和无线通信领域,是现代通信技术 中不可或缺的重要组成部分。

基于multisim的fm锁相环调制与解调

现代通信技术基于multisim的FM调频电子线路设计与仿真 姓名:苟浩 学号:100610103 系别:10级电子信息工程

一·实验目的及实验内容 1,熟练了解fm调频调制及解调的相关原理及方法。 2,熟练掌握multisim的基础及使用方法。 二·实验仪器 multsim 10。0版 pc 一台 三·实验原理 本次仿真采用锁相环原理调制 直接调频电路的振荡器中心频率稳定度较低,而采用晶体振荡器的调频电路,其调频范围又太窄。采用锁相环的调频器可以解决这个矛盾。其结构原理如图1所示.首先在Multisim 软件中构造锁相环的仿真模型(图1) 。基本的锁相环由鉴相器( PD)、环路滤波器( LP) 和压控振荡器( VCO)三个部分组成。图中,鉴相器由模拟乘法器A 1 实现,压控振荡器为V3 , 环路滤波器由R1 、C1 构成。 图1锁相环调频电路的原理框图 锁相环是一种自动相位控制系统, 广泛应用于通信、雷达、导航以及各种测量仪器中。锁相环及其应用电路是通信电子电路课程教学中的重点内 容,但比较抽象, 还涉及到新的概念和复杂的数学分析。因此无论是教师授课还是学生理解都比较困难.为此,我们将基于Mult isim 的锁相环应用仿真电路引入课堂教学和课后实验。实践证明,这些仿真电路可以帮助学生对相关内容的理解,并为进行系统设计工作打下良好的基础。锁相环的应用电路很多,这里介绍锁相环调频、鉴频电路。仿真模型如图2,。

图2 锁相环仿真模型 解调仍然采用锁相环 用锁相环可实现调频信号的解调, 其原理框图如图4—11 所示。为了实现不失真的解调, 要求锁相环的捕捉带必须大于调频波的最大频偏, 环路带宽必须大于调频波中输入信号的频谱宽度。 图4-11 锁相环鉴频电路的原理框图 四·实验数据 调制原理图

信号的FM调制与解调

FM 调制及解调 一.题目要求: 设输入信号为m(t) = cos 2πt ,载波中心频率为f c =10 Hz ,VCO的压控振荡系数为5 Hz / V,载波平均功率为1W。试画出: 已调信号的时域波形; 已调信号的振幅谱; 用鉴频器解调该信号,并与输入信号比较。 二.实验原理: 1.调频信号的产生:直接调频和间接调频法 2.本实验采用的是直接调频法拟调制和解调的过程,由于信道 为理想信道,及本题关键在于对调制解调数学公式的理解的 推倒; 3.调频法就是用调制信号直接控制载波频率的变化。直接调频 就是用调制信号的电压直接去控制载波信号的频率,使其按 调频信号的规律线性变化。 调制信号 4.调频信号的解调:相干解调和非相干解调。 5.本实验采用非相干解调法,鉴频器输出电压随输入频偏成正 比变化。微分器的作用是把幅度恒定的调频信号变成幅度和

频率都变化的调频调幅波,用包络检波器将其幅度变化检出并滤去直流,再过低通滤波器即可解调输出。 三. 仿真图形分析 1. 调制信号、载波信号以及调频信号时域图形: 本实验对单频信号进行调制,如图可知,调制信号为单频低频信号,载波信号为高频信号,调制信号的ω(t)随m(t) 线性变化,调制信号的幅度与载波相同且不变,但角频率为时变参量,直观上看为疏密相间,调频信号的频率特性包含有调制信号的信息。载波的振幅保持不变,而载波的频率或相位随基带信号变化而变化。 00.51 1.52 2.53 3.54 4.55 t 调制信号 00.51 1.52 2.53 3.54 4.55 t 载波信号 00.51 1.52 2.53 3.54 4.55 t 调频信号

fm调制原理

fm调制原理 以FM调制原理为标题,我们将介绍FM调制的基本原理和实现过程。FM调制是一种常用的调制方式,用于在无线通信中传输音频信号。它通过改变载波频率的变化来表示音频信号的变化。下面我们将从调制原理、调制过程和解调过程三个方面详细介绍FM调制的基本知识。 一、调制原理 FM调制的基本原理是将音频信号的幅度变化转换为载波频率的变化。具体来说,FM调制使用一个固定频率的载波信号,当音频信号的幅度增大时,载波频率也随之增大;当音频信号的幅度减小时,载波频率也随之减小。这样,通过改变载波频率的变化,我们可以将音频信号传输到接收端。 二、调制过程 FM调制的过程可以分为三个主要步骤:预加重、频率偏移和频率调制。 1. 预加重:预加重是为了提高高频信号的传输质量。由于高频信号在传输过程中容易受到衰减,所以在调制前需要对音频信号进行预处理。预加重主要通过乘以一个高通滤波器的增益来实现,以强调高频信号。 2. 频率偏移:频率偏移是将音频信号的频率变化转换为载波频率的

变化。具体来说,通过一个叫做频率偏移调制器的电路,将音频信号的频率变化转换为载波频率的偏移。 3. 频率调制:频率调制是将频率偏移后的信号与固定频率的载波信号相乘,得到最终的调制信号。这个过程可以通过一个乘法器实现,将频率偏移后的信号与载波信号相乘,得到频率调制后的信号。 三、解调过程 FM调制的解调过程是将调制信号恢复为原始的音频信号。解调过程可以分为两个主要步骤:频率解调和信号还原。 1. 频率解调:频率解调是将调制信号的频率变化转换为音频信号的幅度变化。具体来说,通过一个叫做频率解调器的电路,将调制信号的频率变化转换为音频信号的幅度变化。 2. 信号还原:信号还原是将频率解调后的信号进行滤波,去除噪声和不需要的频率成分,从而得到最终的音频信号。这个过程可以通过一个低通滤波器来实现,将解调后的信号滤波,只保留音频信号的频率成分。 通过以上步骤,我们可以将原始的音频信号通过FM调制传输到接收端,并通过解调过程将其恢复为原始的音频信号。 总结: 本文介绍了FM调制的基本原理和实现过程。FM调制是一种常用

FM调制解调原理

错误!未定义书签。 频率调制信号的表示式为:()cos[()]t m c S t A t kfm d ωττ-∞ =+ ⎰ 其中,kf 为调 频灵敏度,m(t)为调制信号。从公式出发即可完成频率调制的程序. 调频信号的解调方法通常是采用鉴频法。方框图如图所示 其中鉴频器包括微分电路和包络检波. 在模拟信号的调频程序中,先对输入参量的个数做出判断,少于则运行默认的。然后对信号进行调制,这里采样的调制信号是最简单的正弦信号,当然也可以为其他信号。调制过程中,积分是根据积分的定义编写的一段程序.在对已调信号进行解调前加入了噪声。解调过程中的微分同样的根据定义编写的,当然也可以采用MATLAB 里自带的函数diff 。在经过包络检波后对幅值做出了一定的修正。 下图是调频信号的时域频域波形。经过调频之后的信号频谱不仅发生了频谱搬移还增加了频率分量。

下图绿色的是小信噪比条件下的解调波形,可以发现信噪比对解调的影响. 而在语音信号的调频中,积分采用cumsum来完成,微分采用diff。因为经过调试发现,采用根据定义编写的程序由于循环运行需要很多时间。另外,在经过微分器后,包络检波和低通这段和幅度调制的非相干解调一样,所以也可以在经过微分后调用AM包络检波的程序。对于调频信号来说,都会存在门限效应,使之在小

信噪比情况下无法恢复出原来的调制信号。所以语音信号的调制解调是在很大信噪比情况下。

下面是语音信号调制解调的时域频域图。观看频谱可以看到调制信号的频谱相对于输入信号,发生了频谱搬移,还有在fc处多了一个冲激. 另外还有一个需要注意的问题,读入语音信号时所输入的路径必须和存放语音信号的路径相同。否则无法打开。 参考文献: [1]樊昌信,曹丽娜。通信原理。国防工业出版社。2006。9 [2] Santosh, the LNM IIT Jaipur (India)。santosh_am_fm.m.2002.4 [3]陈丽丹。FM调制解调系统设计与仿真

(完整版)FM调制与解调

FM调制与解调系统 一、目的 FM在通信系统中的使用非常广泛。FM广泛应用于高保真音乐广播、电视伴音信号的传输、卫星通信和蜂窝电话系统等。 本设计主要是利用MATLAB集成环境下的M文件,编写程序来实现FM调制与解调过程,并分别绘制出基带信号,载波信号,已调信号的时域波形;再进一步分别绘制出相干解调后解调基带信号的时域波形。该设计使用系统开发平台为Windows XP ,程序运行平台使用Windows XP,程序设计语言采用MATLAB,运行程序完成对FM调制和解调结果的观察。通过该本次设计,达到了实现FM信号调制和解调系统的仿真目的。 二、工作原理与计算 通信系统的作用就是将信息从信息源发送到一个或多个目的地。对于任何个通信系统,均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成(如图1所示)。 图1 通信系统一般模型 信息源的作用是把各种信息转换成原始信号,发送设备的作用产生适合传输的信号,信息源和发送设备统称为发送端。发送端将信息直接转换得到的较低频率的原始电信号称为基带信号。通常基带信号

不宜直接在信道中传输。因此,在通信系统的发送端需将基带信号的频谱搬移(调制)到适合信道传输的频率范围内进行传输。这就是调制的过程。信号通过信道传输后,具有将信号放大和反变换功能的接收端将已调制的信号搬移(解调)到原来的频率范围,这就是解调的过程。 调制过程是一个频谱搬移的过程,它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来,并且不失真地恢复出原始基带信号。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。 2.1 FM调制原理 调制在通信系统中具有十分重要的作用。一方面,通过调制可以把基带信号的频谱搬移到所希望的位置上去,从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号。另一方面,通过调制可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力,同时,它还和传输效率有关。具体地讲,不同的调制方式产生的已调信号的带宽不同,因此调制影响传输带宽的利用率。可见,调制方式往往决定一个通信系统的性能 2.2 FM解调原理 调制信号的解调分为相干解调和非相干解调两种。相干解调仅仅适用于窄带调频信号,且需同步信号,故应用范围受限;而非相干解调不需同步信号,且对于NBFM信号和WBFM信号均适用,因此是FM 系统的主要解调方式。。

通信原理试验13模拟调制解调试验FM

实验十三模拟调制解调实验〔FMD 实验内容 1.模拟调制〔FM〕实验 2.模拟解调〔FM〕实验 、实验目的 1.掌握变容二极管调频电路的工作原理及调频调制特性及其测量方法. 2.熟悉相位鉴频器的根本工作原理. 3. 了解鉴频特性曲线〔S曲线〕的正确调整方法. 二、实验电路工作原理 〔一〕模拟调制实验 1.变容二极管工作原理 调频即为载波的瞬时频率受调制信号的限制.其频率的变化量与调制信号成线性关系.常用变容二极管实现调频. 变容二极管调频电路如图8-1所示.从J2处参加调制信号,使变容二极管的瞬时反向 偏置电压在静态反向偏置电压的根底上按调制信号的规律变化,从而使振荡频率也随调制 电压的规律变化,此时从J1处输出为调频波〔FM〕.C15为变容二级管的高频通路,L1为 音频信号提供低频通路,L1和C23又可阻止高频振荡进入调制信号源. 图8-1变容二极管调频

f t f 图8-2示当变容二极管在低频简谐波调制信号作用情况下,电容和振荡频率的变化示 意图.在〔a〕中,U0是加到二极管的直流电压,当u=U0时,电容值为C0o uQ是调制电压,当UQ为正半周时,变容二极管负极电位升高,即反向偏压增大;变容二极管的电容 减小;当UQ为负半周时,变容二极管负极电位降低,即反向偏压减小,变容二极管的电 容增大.在图〔b〕中,对应于静止状态,变容二极管的电容为C o,此时振荡频率为f o.

一、,1 由于f ———,所以电容小时,振荡频率高,而电容大时,振荡频率低.从图〔a〕 2 . LC 中可以看到,由于C-u曲线的非线性,虽然调制电压是一个简谐波,但电容随时间的变化是非简谐波形, 但是由于f 一二,f和C的关系也是非线性. 不难看出,C-u和f-C 2 LC 的非线性关系起着抵消作用,即得到f-u的关系趋于线性〔见图〔c〕〕. 2.变容二极管调频器获得线性调制的条件 设回路电感为L,回路的电容是变容二极管的电容 变容二极管相串联或并联电容的影响〕,那么振荡频率为 频率振荡应该与调制电压成线性关系,用数学表示为 1 上一式可得Au ——,将上式两边平方并移项可得 2 .. LC C 〔暂时不考虑杂散电容及其它与 1 ——.为了获得线性调制, 2. LC Au ,式中A是一个常数.由以 _12 C 2__『Bu 2,这 〔2 〕2LA2u2 即是变容二极管调频器获得线性调制的条件. 时,振荡频率就与调制电压成正比. 这就是说, 当电容C与电压u的平方成反比 3.调频灵敏度 调频灵敏度S f定义为每单位调制电压所产生的频偏. 设回路电容的C-u曲线可表示为C Bu n,式中B为子结构即电路串、并固定 电容有关的参数.将上式代入振荡频率的表示式 1,一 ~i=中,可得,LC 调制灵敏度 S f _n ,LB S f n u 设变容二极管在调制电压为零时的直流电压为U0,相应的回路电容量为C0,振荡频率为,1… f o 1=,就有 2 . LC o

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