ASK調(diào)制與解調(diào)電路設(shè)計資料

1、電力系統(tǒng)自動化課程設(shè)計任務(wù)書題 目ASK調(diào)制與解調(diào)電路設(shè)計及仿真學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)班級設(shè)計內(nèi)容與要求一、 設(shè)計內(nèi)容1. 對電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動信息傳輸系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行理論分析和研究。2. 熟悉數(shù)字調(diào)幅技術(shù)的有關(guān)原理和實現(xiàn)方法。3. 設(shè)計ASK調(diào)制解調(diào)電路。4. 熟悉ORCAD軟件的應(yīng)用，學(xué)習(xí)元件庫使用、原理圖的建立以及應(yīng)用原理圖進(jìn)行仿真的基本方法。5. 撰寫設(shè)計報告，報告要求有以下內(nèi)容：1) 畫出所設(shè)計電路的原理圖。2) 對電路中各功能環(huán)節(jié)的工作原理進(jìn)行分析。3) 針對所設(shè)計的電路，說明各種器件參數(shù)選擇的理由。4) 畫出各個環(huán)節(jié)的波形圖，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，驗證設(shè)計的正確性。5) 總結(jié)電路調(diào)試過程所

2、遇到的問題及解決方法。6) 課程設(shè)計的結(jié)論。二、 設(shè)計要求1. 掌握電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動信息傳輸?shù)幕具^程。2. 掌握電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動信息過程中ASK數(shù)字調(diào)幅與解調(diào)的基本原理。3. 學(xué)習(xí)使用ORCAD進(jìn)行仿真的基本方法。4. 設(shè)計ASK調(diào)制解調(diào)的仿真電路，并在PSPICE環(huán)境進(jìn)行仿真驗證，觀察各環(huán)節(jié)的波形，并能做出正確分析。起止時間2008 年 12 月 21日 至 2008 年 12 月 26 日指導(dǎo)教師簽名年 月 日系（教研室）主任簽名年 月 日學(xué)生簽名年 月 日目錄一 背景描述二 設(shè)計內(nèi)容三 工作原理四 電路設(shè)計及參數(shù)設(shè)置五 仿真及波形分析六 設(shè)計總結(jié)七 參考文獻(xiàn)一. 背景描述： 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動技術(shù)是

3、為電力系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測、控制技術(shù)。由于電能生產(chǎn)的特點，能源中心和負(fù)荷中心一般相距甚遠(yuǎn)，電力系統(tǒng)分布在很廣的地域，其中發(fā)電廠、變電所、電力調(diào)度中心和用戶之間的距離近則幾十公里，遠(yuǎn)則幾百公里甚至數(shù)千公里。要管理和監(jiān)控分布甚廣的眾多廠、所、站和設(shè)備、元器件的運行工況，已不能用通常的機(jī)械聯(lián)系或電聯(lián)系來傳遞控制信息或反饋的數(shù)據(jù)，必須借助于一種技術(shù)手段，這就是遠(yuǎn)動技術(shù)。它將各個廠、所、站的運行工況（包括開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備的運行參數(shù)等）轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男盘栃问?，加上保護(hù)措施以防止傳輸過程中的外界干擾，經(jīng)過調(diào)制后，由專門的信息通道傳送到調(diào)度所。在調(diào)度所的中心站經(jīng)過反調(diào)制，還原為原來對應(yīng)于廠、所、站工況的一

4、些信號再顯示出來，供給調(diào)度人員監(jiān)控之用。調(diào)度人員的一些控制命令也可以通過類似過程傳送到遠(yuǎn)方廠、所、站，驅(qū)動被控對象。這一過程實際上涉及遙測、遙信、遙調(diào)、遙控，所以，遠(yuǎn)動技術(shù)是四遙的結(jié)合。二.設(shè)計內(nèi)容：1. 對電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動信息傳輸系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行理論分析和研究。2. 熟悉數(shù)字調(diào)幅技術(shù)的有關(guān)原理和實現(xiàn)方法。3. 設(shè)計ASK調(diào)制解調(diào)電路。4. 熟悉ORCAD軟件的應(yīng)用，學(xué)習(xí)元件庫使用、原理圖的建立以及應(yīng)用原理圖進(jìn)行仿真的基本方法。三. 工作原理：1. 數(shù)字調(diào)幅技術(shù)的原理和實現(xiàn)方法（1）數(shù)字調(diào)制的概念用二進(jìn)制（多進(jìn)制）數(shù)字信號作為調(diào)制信號，去控制載波某些參量的變化，這種把基帶數(shù)字信號變換成頻帶數(shù)字信

5、號的過程稱為數(shù)字調(diào)制，反之，稱為數(shù)字解調(diào)。（2）數(shù)字調(diào)制的分類在二進(jìn)制時分為：振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）。其中，ASK 屬于線性調(diào)制，F(xiàn)SK、PSK 屬于非線性調(diào)制。（3）數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（4）ASK調(diào)制波形與方框圖：2.二進(jìn)制幅移鍵控(ASK)（1）ASK 信號的產(chǎn)生圖為 ASK 信號的產(chǎn)生原理一個二進(jìn)制的ASK 信號可視為一個單極性脈沖序列與一個高頻載波的乘積，即ASK 的時域表達(dá)式為：也可寫成：（2）ASK 信號的功率譜特性ASK 信號的自相關(guān)函數(shù)為：（3）ASK 信號的功率譜密度為:式中, ps ( f )為基帶信號S(t)的功率譜密度當(dāng)0、1 等

6、概出現(xiàn)時，單極性基帶信號功率譜密度為:則2ASK 信號的功率譜密度為:ASK 信號譜,形狀為 ps ( f ),雙邊帶加載頻譜線 pE ( f )ASK 信號傳輸帶寬（取主瓣寬度）帶寬利用率（4）ASK 信號的解調(diào)方式解調(diào)也可以分成相干解調(diào)與非相干解調(diào)兩類。其中相干解調(diào)要求接收端提供相干載波。非相干解調(diào)，就是在接收端不需要相干載波，而根據(jù)已調(diào)信號本身的特點來解調(diào)a. 非相干解調(diào)的原理框圖和波形圖（包絡(luò)檢波法）b.相干解調(diào)的原理框圖和波形圖（同步檢測法）四ASK 調(diào)制解調(diào)的仿真電路的設(shè)計及參數(shù)設(shè)置1.ASK 信號產(chǎn)生電路設(shè)計本次設(shè)計中采用模擬法，其中V1，V2都采用方波作為數(shù)字基帶信號.V1設(shè)置

7、其低電平V2=0V,高電平V1=2V，延遲時間TD=0ms,上升時間TR=O.0001ms,下降時間TF=O.0001ms,脈沖寬度PW=1ms,脈沖周期PER=2ms .V2設(shè)置其低電平V2=0V,高電平V1=1V，延遲時間TD=0us,上升時間TR=O.00001us,下降時間TF=O.00001us,脈沖寬度PW=5us,脈沖周期PER=10us .此過程為信號的調(diào)制過程，調(diào)制是將某種低頻信號（如音頻信號）“加載”到為了便于傳輸?shù)母哳l信號的過程。本設(shè)計采用模擬乘法器實現(xiàn)對信號的調(diào)制。用模擬乘法器實現(xiàn)幅度調(diào)制的原理框圖如下圖：帶通濾波器音頻信號 單邊帶信號輸出載波信號 以調(diào)幅廣播信號為例，

8、將音頻信 =t 與高頻載波信號=t分別接入模擬乘法器的兩個輸入端，則輸出電壓為 =2Ktt =Kt+t由于被調(diào)制的低頻信號并非單一頻率而是某一頻段的信號，如音頻信號的頻率為20Hz20KHz。所以乘法器的輸出電壓是以調(diào)制頻率為中心的兩段頻段，簡稱便帶。（）為上邊帶；（）為下邊帶。在乘法器的輸出端接一個帶通濾波器可濾除其中的一個邊帶，而保留另一個邊帶發(fā)送。 =Kt2.ASK 信號解調(diào)電路設(shè)計本次設(shè)計中采用相干解調(diào)法，由常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM ）信號的頻譜可知，如果將已調(diào)信號的頻譜搬回到原點位置，即可得到原始的調(diào)制信號頻譜，從而恢復(fù)出原始信號。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時的相乘運算來實現(xiàn)。因此 V

9、1、V2 相乘后所得 2ASK 信號再與 V3方波信號相乘即可實現(xiàn) ASK 信號的解調(diào)。電路如左圖所示：其中V3采用方波信號，設(shè)置其低電平V2=0V,高電平V1=1V，延遲時間TD=0us,上升時間TR=O.00001us,下降時間TF=O.00001us,脈沖寬度PW=5us,脈沖周期PER=10us .此過程為信號的解調(diào)過程，解調(diào)是調(diào)制的逆變換，即從調(diào)制過程的高頻信號中提取原低頻信號的過程。本設(shè)計采用模擬乘法器實現(xiàn)對信號的解調(diào)。用模擬乘法器實現(xiàn)幅度解調(diào)的原理框圖如下圖：低通濾波器載波信號 音頻信號調(diào)幅信號解調(diào)是調(diào)制的逆過程，同樣是利用乘法器來實現(xiàn)將音頻信號從調(diào)幅波中分離出來。乘法器的兩個輸

10、入端分別接入調(diào)幅波（下邊帶） = 及與調(diào)制時的載波信號同頻同相的載波信號=t,則可以得到輸出信號為 =Kt+t通過低通濾波器濾除其中的高頻分量，則可以得到輸出電壓幅值與原信號（=t）略有不同，但頻率都為的低頻信號。3.濾波電路環(huán)節(jié)設(shè)計本設(shè)計采用一階濾波電路，由于采用了脈沖周期：PER=10us（f=1/10us=100kHz） 的高頻方波載波信號，故此處所用濾波器的時間常數(shù)=1/f=10us ，因此先選定電阻 R1=5k ,與之對應(yīng)選擇電容 C1=0.002uF,即可滿足此時間常數(shù)要求。4.比較電路環(huán)節(jié)設(shè)計其中 LM324 與 R2、R3 構(gòu)成一個反向器，LM324 工作的正端電壓設(shè)置為5Vd

11、c。其電路如下圖所示5.電壓判決電路環(huán)節(jié)設(shè)計該處電壓抽樣判決器中負(fù)端工作電壓由 V6 處的 5Vdc 經(jīng) R4、R5構(gòu)成的電壓取樣電路取得 1Vdc 與 LM324 的正端輸入電壓信號比較，當(dāng)輸入信號大于 1Vdc 時，LM324 輸出為高電平，否則為低電平。從而將原低頻調(diào)制信號解調(diào)還原出來。電路如下圖所示 6.ASK 調(diào)制解調(diào)仿真電路綜合設(shè)計綜合上述各個電路環(huán)節(jié)，最后得 ASK 調(diào)制解調(diào)的仿真電路如下圖所示：0405030102R63k21R51k21R44k21V65VdcVCC000U9ALM324+3-2V+4V-11OUT1V2TD = 0usTF = 0.00001usPW = 5

12、usPER = 10usV1 = 1VTR = 0.00001usV2 = 0VV3TD = 0usTF = 0.00001usPW = 5usPER = 10usV1 = 1VTR = 0.00001usV2 = 0VVVVVVV1TD = 0msTF = 0.0001msPW = 1msPER = 2msV1 = 2VTR = 0.0001msV2 = 0V000R15k21U7-2+3OUT6V+7V-4R21k21R31k21C10.002u12V40VdcV55Vdc0000五PSPICE 環(huán)境下仿真波形及波形分析1.電路圖標(biāo)記各點在pspice環(huán)境下的仿真波形：上圖為01處波形（圖

13、1）上圖為02處波形（圖2） 上圖為03處波形（圖3）上圖為04處波形（圖4） 上圖為05處波形（圖5）2.波形分析：通過觀察各個關(guān)鍵點的波形可知，01處的波形就是所要產(chǎn)生的2ASK 信號波形，即調(diào)制波形。02處的波形就是將上述2ASK 信號相干解調(diào)后所得波形，即解調(diào)波形。03處波形就是經(jīng)濾波處理后所得波形，04處的波形就是電壓判決器電路工作的工作基準(zhǔn)電壓波形，05處的波形就是解調(diào)還原出的調(diào)制信號波形，各觀測點波形均為預(yù)期波形，說明仿真結(jié)果達(dá)到了設(shè)計要求，該設(shè)計具有可實用性。3.結(jié)論用一個乘法器將數(shù)字基帶信號和載波信號相乘即可產(chǎn)生2ASK 信號，再將此 2ASK信號與一個同樣的高頻載波信號相乘

14、即可將此 2ASK 信號實現(xiàn)相干解調(diào)，2ASK 信號通過濾波器濾除殘余高頻信號后，送到電壓抽樣判決器然后獲得解調(diào)輸出，其中抽樣判決對于提高數(shù)字信號的接收性能十分必要。六設(shè)計總結(jié) 本次課程設(shè)計，是對平時所學(xué)知識的檢驗和擴(kuò)展，是一個較好的理論接觸實際的機(jī)會。在完成本次課程設(shè)計的過程中，遇到的難題也是比較多的，例如，在使用orcad軟件進(jìn)行電路的設(shè)計和調(diào)試過程中，軟件中的電子原件的型號選擇，原件的參數(shù)設(shè)置，仿真時間的設(shè)定。但是經(jīng)過向老師和同學(xué)的請教以及查閱相關(guān)書籍資料，順利完成了課程設(shè)計任務(wù)，鍛煉了我獨立解決問題的能力。 通過本次課程設(shè)計，不僅鍛煉了我的計算機(jī)應(yīng)用能力，使我對orcad軟件的基本應(yīng)用有了進(jìn)一步的理解與認(rèn)識，對軟件的操作也更為熟練，也使我