ASK调制与解调电路设计及仿真实现
目录一． 背景描述…………………………
二． 设计内容…………………………
三． 工作原理…………………………
四． 电路设计及参数设置……………
五． 仿真及波形分析…………………
六． 总结………………………………
七． 参考文献…………………………
一. 背景描述：
电力系统远动技术是为电力系统调度服务的远距离监测、控制技术。由于电能生产的特点，能源中心和负荷中心一般相距甚远，电力系统分布在很广的地域，其中发电厂、变电所、电力调度中心和用户之间的距离近则几十公里，远则几百公里甚至数千公里。要管理和监控分布甚广的众多厂、所、站和设备、元器件的运行工况，已不能用通常的机械联系或电联系来传递控制信息或反馈的数据，必须借助于一种技术手段，这就是远动技术。它将各个厂、所、站的运行工况（包括开关状态、设备的运行参数等）转换成便于传输的信号形式，加上保护措施以防止传输过程中的外界干扰，经过调制后，由专门的信息通道传送到调度所。在调度所的中心站经过反调制，还原为原来对应于厂、所、站工况的一些信号再显示出来，供给调度人员监控之用。调度人员的一些控制命令也可以通过类似过程传送到远方厂、所、站，驱动被控对象。这一过程实际上涉及遥测、遥信、遥调、遥控，所以，远动技术是四遥的结合。
二.设计内容：
1. 对电力系统远动信息传输系统的主要环节进行理论分析和研究。
2. 熟悉数字调幅技术的有关原理和实现方法。
3. 设计ASK调制解调电路。
4. 熟悉ORCAD软件的应用，学习元件库使用、原理图的建立以及应用原理图进行仿真的基本方法。
三. 工作原理：
1. 数字调幅技术的原理和实现方法
（1）数字调制的概念
用二进制（多进制）数字信号作为调制信号，去控制载波某些参量的变化，这种把基带数字信号变换成频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。
（2）数字调制的分类
在二进制时分为：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。其中，ASK 属于线性调制，FSK、PSK 属于非线性调制。
（3）数字调制系统的基本结构
（4）ASK调制波形与方框图：
2.二进制幅移键控(ASK)
（1）ASK 信号的产生
图为 ASK 信号的产生原理
一个二进制的ASK 信号可视为一个单极性脉冲序列与一个高频载波的乘积，即ASK 的时域表达式为：
也可写成：
（2）ASK 信号的功率谱特性
ASK 信号的自相关函数为：
（3）ASK 信号的功率谱密度为:
式中, ps ( f )为基带信号S(t)的功率谱密度
当0、1 等概出现时，单极性基带信号功率谱密度为:
则2ASK 信号的功率谱密度为:
ASK 信号谱,形状为 ps ( f ),双边带加载频谱线 pE ( f )
ASK 信号传输带宽 （取主瓣宽度）
带宽利用率
（4）ASK 信号的解调方式
解调也可以分成相干解调与非相干解调两类。其中相干解调要求接收端提供相干载波。非相干解调，就是在接收端不需要相干载波，而根据已调信号本身的特点来解调
a. 非相干解调的原理框图和波形图（包络检波法）
b.相干解调的原理框图和波形图（同步检测法）
四．ASK 调制解调的仿真电路的设计及参数设置
1.ASK 信号产生电路设计
本次设计中采用模拟法，其中V1，V2都采用方波作为数字基带信号.
V1设置其低电平V2=0V,高电平V1=2V，延迟时间TD=0ms,上升时间TR=O.0001ms,下降时间TF=O.0001ms,脉冲宽度PW=1ms,脉冲周期PER=2ms .
V2设置其低电平V2=0V,高电平V1=1V，延迟时间TD=0us,上升
时间TR=O.00001us,下降时间TF=O.00001us,脉冲宽度PW=5us,脉冲周期PER=10us .
此过程为信号的调制过程，调制是将某种低频信号（如音频信号）“加载”到为了便于传输的高频信号的过程。本设计采用模拟乘法器实现对信号的调制。
用模拟乘法器实现幅度调制的原理框图如下图：
音频信号
单边带信号输出
载波信号
以调幅广播信号为例，将音频信= t 与高频载波信号 = t分别接入模拟乘法器的两个输入端，则输出电压为
=2K t t
=K [ t+ t]
由于被调制的低频信号并非单一频率 而是某一频段的信号，如音频信号的频率为20Hz~20KHz。所以乘法器的输出电压是以调制频率 为中心的两段频段，简称便带。（ ）为上边带；（ ）为下边带。在乘法器的输出端接一个带通滤波器可滤除其中的一个边带，而
保留另一个边带发送。
=K t
2.ASK 信号解调电路设计
本次设计中采用相干解调法，由常规双边带调幅（AM ）信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。因此 V1、V2 相乘后所得 2ASK 信号再与 V3方波信号相乘即可实现 ASK 信号的解调。电路如左图所示：
其中V3采用方波信号，设置其低电平V2=0V,高电平V1=1V，延迟时间TD=0us,上升时间TR=O.00001us,下降时间TF=O.00001us,脉冲宽度PW=5us,脉冲周期PER=10us .
此过程为信号的解调过程，解调是调制的逆变换，即从调制过程的高频信号中提取原低频信号的过程。本设计采用模拟乘法器实现对信号的解调。
用模拟乘法器实现幅度解调的原理框图如下图：
载波信号
音频信号
调幅信号
解调是调制的逆过程，同样是利用乘法器来实现将音频信号从调幅波中分离出来。乘法器的两个输入端分别接入调幅波（下边带） =及与调制时的载波信号同频同相的载波信号 = t,则可以得到输出信号为
=K [ t+ t]
通过低通滤波器滤除其中的高频分量，则可以得到输出电压幅值与原信号（ = t）略有不同，但频率都为 的低频信号。
3.滤波电路环节设计
本设计采用一阶滤波电路，由于采用了脉冲周期：PER=10us（f=1/10us=100kHz） 的高频方波载波信号，故此处所用滤波器的时间常数 =1/f=10us，因此先选定电阻 R1=5k,与之对应选择电容 C1=0.002uF,即可满足此时间常数要求。
4.比较电路环节设计
其中 LM324 与 R2、R3 构成一个反向器，LM324 工作的正端电压设置为5Vdc。其电路如下图所示
5.电压判决电路环节设计
该处电压抽样判决器中负端工作电压由 V6 处的 5Vdc 经 R4、R5构成的电压取样电路取得 1Vdc 与 LM324 的正端输入电压信号比较，当输入信号大于 1Vdc 时，LM324 输出为高电平，否则为低电平。从而将原低频调制信号解调还原出来。电路如下图所示
6.ASK 调制解调仿真电路综合设计
综合上述各个电路环节，最后得 ASK 调制解调的仿真电路如下图所示：
五．PSPICE 环境下仿真波形及波形分析
1.电路图标记各点在pspice环境下的仿真波形：
上图为01处波形（图1）
上图为02处波形（图2）
上图为03处波形（图3）
上图为04处波形（图4）
上图为05处波形（图5）
2.波形分析：
通过观察各个关键点的波形可知，01处的波形就是所要产生的2ASK 信号波形，即调制波形。02处的波形就是将上述2ASK 信号相干解调后所得波形，即解调波形。03处波形就是经滤波处理后所得波形，04处的波形就是电压判决器电路工作的工作基准电压波形，05处的波形就是解调还原出的调制信号波形，各观测点波形均为预期波形，说明仿真结果达到了设计要求，该设计具有可实用性。
3.结论
用一个乘法器将数字基带信号和载波信号相乘即可产生2ASK 信号，再将此 2ASK信号与一个同样的高频载波信号相乘即可将此 2ASK
信号实现相干解调，2ASK 信号通过滤波器滤除残余高频信号后，送到电压抽样判决器然后获得解调输出，其中抽样判决对于提高数字信号的接收性能十分必要。
六．设计总结
本次课程设计，是对平时所学知识的检验和扩展，是一个较好的理论接触实际的机会。在完成本次课程设计的过程中，遇到的难题也是比较多的，例如，在使用orcad软件进行电路的设计和调试过程中，软件中的电子原件的型号选择，原件的参数设置，仿真时间的设定。但是经过向老师和同学的请教以及查阅相关书籍资料，顺利完成了课程设计任务，锻炼了我独立解决问题的能力。
通过本次课程设计，不仅锻炼了我的计算机应用能力，使我对orcad软件的基本应用有了进一步的理解与认识，对软件的操作也更为熟练，也使我懂得了要将平时的理论知识应用到实际中去并非易事，是需要很多的努力的，除此之外，还让我明白了如何积极主动的学习以及自我学习的一些方法，培养了自我学习的兴趣。 这方面的资料很少～有价值的不多。 没有图{:sad:}
页:
[1]