系统设计实践与创新

摘要：

本设计报告主要介绍了数字调制解调通信实验系统的实验过程，该系统由发送机电路、信道电路、接收机电路三个部分组成。3阶M序列经DDS调制后作为发送机信号，经过信道电路，通过包络检波的非相干解调的方法解调出原始信号，同时将解调信号作为FPGA的输入，用于提取位同步时钟信号。本报告详细阐述了整个系统的设计思路、设计过程、实验结果以及小组的学习心得。

关键词：调制解调，带通滤波器，包络检波，数字锁相环，位同步提取

ABSTRACT

This design report mainly introduces the experimental process of digital modulation and demodulation communication experiment system. The system consists of

transmitter circuit, channel circuit and receiver circuit. The third order M sequence is modulated by the DDS as the transmitter signal, and the channel signal is demodulated by the uncoupled demodulation method. The demodulated signal is used as the input of the FPGA for extracting the bit synchronous clock signal. This report details the design of the entire system, design process, experimental

results and the group's learning experience.

KEYWORDS：modulated-demodulated, band-pass filter, envelope detection, digital phase locked loop, Syn-BitClk

目录

1. 概述6

编写说明6

名词定义6

硬件开发环境7

软件开发环境7

缩略语8

2. 系统总述9

系统组成[1]9

系统的主要功能9

发送机模块[1]10

信道模块[1]10

接收机模块[1]11

3. 发送机电路设计12

主要功能和设计指标12

主要功能12

设计指标[1]12

DDS简介[2]12

设计实现13

M序列的产生13

差分编码的产生14

信号的调制15

测试的结果16

4. 信道电路的设计19

主要功能和设计指标19

主要功能19

设计指标[1]19

设计基本原理20

主要电路和参数设计21

输入阻抗匹配及输出阻抗匹配电路21 BPFC的电路及参数21

测试结果22

问题及解决方案22

5. 接收机电路的设计23

2ASK的接收机电路设计23

主要功能和设计指标23

接收机电路框图24

主要电路及参数设计24

位同步提取26

数字锁相环位同步时钟的恢复原理[4]26程序编写28

眼图28

眼图观测28

测试结果29

6. 任意波波形的定制[5] 30

技术背景30

实验要求30

波形制作过程30

7. 致谢34

8. 参考文献35

9. 附录A 测试和分析36

测试的项目和方法36

测试资源39

测试的结果和分析39

10. 附录B课程学习心得和意见建议40

11. 附录C各模块与全系统实物图42

12. 附录D程序清单44

MSP430G2553程序44

FPGA位同步提取程序51

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1.概述

编写说明

本报告为2016-2017学年第二学期上海交通大学电子信息与电气工程学院《系统设计实践与创新[2]》课程设计第56组的报告。本报告阐述了数字调制解调通信实验系统的硬件和软件设计，开发环境，调制过程及功能指标。具体包括了3阶M序列的产生，信号的调制，传输信道的设计，解调恢复基带信号，位

同步时钟的还原以及自行编写波形文件。

本报告旨在全面记录实验小组的设计思路和操作过程，总结经验与心得，供指导老师在检查评分时参考，亦可作为与同学交流沟通的书面材料。

本报告适合电子相关专业人士以及有一定理论基础的业余电子设计爱好者阅读，以及未来修读本课程的

同学参考。

名词定义

M序列：即De Brujin序列，又叫做伪随机序列、伪噪声（RN）码或伪随机码。由n级移位寄存器所能

产生的周期最长的序列，是目前广泛应用的一种伪随机序列。

ASK：振幅键控，利用数字信号控制载波的通断。

FSK：移频键控，利用数字信号控制载波的频率。

PSK：移相键控，利用数字信号控制载波的相位。

无源带通滤波器：由电阻、电容、电感等无源元件构成的电路，允许下截止频率到上截止频率间的信号

以较小的衰减通过，而对其他频率的信号有抑制作用。

Q值：滤波器的品质因数，Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好。

包络检波器：利用检波二极管非线性提取信号的包络。

阻抗匹配：信号传输过程中负载阻抗和信源阻抗之间的特定配合关系。

眼图：示波器屏幕上所显示的数字通信符号，有许多波形部分重叠而成，其形状类似“眼睛”的图形。

从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。

锁相环：是一种利用反馈控制原理实现的频率及相位的同步技术，其作用是将电路输出的时钟与其外部

的参考时钟保持同步。当参考时钟的频率或相位发生改变时，锁相环会检测到这种变化，并且通过其内

部的反馈系统来调节输出频率，直到二者重新同步。

位同步：所谓同步，就是要求通信的收发方在时间基准上保持一致，包括在开始时间、位边界、重复频

率等上的一致。位同步的目的是使每个码元得到最佳的解调和判决

信道：通信的通道，是信号传输的媒介。

DDS：直接数字式频率合成器。

硬件开发环境

实验过程中，用到的硬件开发工具见表1：