调幅信号产生电路设计【开题报告+文献综述+毕业论文】

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本科毕业论文系列开题报告电子信息工程调幅信号产生电路设计一、课题研究意义及现状调制将原本频谱相同的多个信号搬移到整个可用的电磁波频谱的不同部分。通过调制，多个声音/音乐广播电台可以同时广播，不会彼此发生干扰。如果不经过调制，所有的信号将全部占据同一频段，致使接受端无法从杂乱信号中选择有用信号。调幅电路的功能就是用承载信息的信号去改变载波的振幅。普通振幅调制（AM）和单边带调制（SSB）都是振幅调制的方法。随着电子技术、计算机技术等技术的发展，实现调制的方法越来越多，每种方法都有其优缺点，哪种最佳取决于具体的应用。单边带振幅调制方式早就在有线载波通信中得到了广泛的应用，它在载波电话和短波通信中占有重要的地位。SSB具有节约频带，节省功率，可以实现多路通信以及能充分利用发射机末级发射管的功率，从而增加了通信距离，提高信号传输的性能等优点。但在无线电通信却存在技术上的困难。普通调幅方式在广播和通信系统中，实现调制和解调的收、发信机线路最简单。因此在中短波广播和传统的中、短波无线电通信，广播电视，电视图像信号的传输等方面都有广泛的应用。在系统的某一个部分向领近的另一个部分发送数据的场合下，AM也非常有效。虽然AM具有功率使用率低（和浪费）的缺点，但是功率的低效率使用，换取了调制和解调的方便，使得接收机可以以低廉的价格大量的进入市场。虽然AM的信号很容易产生，但这种方法在很多实际通信系统应用上的缺点也是不容忽视的。为了克服AM方式的各种问题，设计了各种AM的变化形式。抑制载波的双边带调幅就是其中的一种，通过减少载波的方法，达到节省带宽或者提高功率利用率的目的。二、课题研究的主要内容和预期目标本课题主要使用analogdevices公司生产的电压输出四象限乘法器AD835为核心，辅助使用C8051单片机，设计调幅信号产生电路，实现DSB调制和AM调制之间的自由切换，用LCD显示AM信号调制指数。本次设计主要实现以下两个目标： （1）实现AM调制，并且调幅指数可以在0~100%之间变化。（2）实现DSB调制。三、课题研究的方法及措施本系统采用双AD835芯片实现了抑制载波的双边带调幅（DSB）和调幅指数可变的普通振幅调制（AM）信号产生电路，通过软件实现二者之间的自由切换，并可以对AM调制指数进行灵活设定。根据DSB调制和AM调制公式，用一个AD835芯片实现乘积运算，另一个AD835芯片实现乘积与求和运算。通过C8051开发板上的DAC模块输出不同的直流电压，直流电压E与调制信号相乘，直流信号A与前者的乘积相加，实现调制指数调整和调制模式的切换，当直流电压A为0时，DSB功能；当直流电压A为0.5时，实现AM调制，并用LCD显示电路工作状态。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自2010年11月至2011年5月。第一阶段（2周）：完成资料的搜集第二阶段（2周）：完成文献综述，外文翻译以及开题报告。第三阶段（4周）：完成原理图以及电路板图的设计第四阶段（3周）：撰写设计报告与论文初稿。第五阶段（3周）：完成系统，论文修改。第六阶段（2周）：上交论文的最终版并制作答辩使用的PPT。五、参考文献[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2004.[2]胡宴如，耿苏燕等.高频电子线路[M].北京：高等教育出版社，2004.[3]谢自美.电子线路设计实验测试[M].武汉：华中科技大学出版社，2006．[4]MitolaJ.Thesoftwareradioarchitecture[J].IEEECommunication Magazine,1995(5):26-38.[5]谢韦伯.电子通信系统[M].北京：清华大学出版社，2006[6]郝小江，黄昆.基于FFPGA的调制信号设计[J].中国科技核心期刊，2008,27（5）：46-48.[7]林章.一种以相乘器为核心的低电平调幅电路设计[J].福建师范大学福清分校学报，2009,94（5）：35-38.[8]徐锋,徐慧.软件无线电中AM调制解调算法的DSP实现[J].现代电子技术,2005,214(23):65-66.[9]聂伟，刘星，苏伟.基于DSP的AM/FM调制器实验模块的实现[J].北京化工大学学报，2008,35（4）：104-106.[10]博战捷，董辉．AM信号到DSB信号的连续过渡与同步检波[J].吉林大学学报，2005，23（5）：237-240. 毕业论文文献综述电子信息工程调幅信号产生方法综述摘要：调制是各种通信系统的重要基础，也广泛用于广播、电视、雷达、测量仪等电子设备。最简单的调制方式是振幅调制。本文主要介绍了几种方法实现调幅信号的产生以及各种方法的特点。关键词：调幅；二极管；晶体管；FPGA；DSP；MC1496；1.概述模拟调制是各种数字调制的基础[1],广泛用于军事通信、微波中继和模拟移动通信等领域,也是信号与系统、通信原理等专业课程的重要内容。目前产生调幅信号的方法有很多，例如采用DSP，FPGA以及一些专用芯片产生调幅信号，这些方法在无线电通信、广播电视等方面都有应用。2.非线性器件调幅电路此类调幅电路是把调制信号和载波信号同时加在一个非线性元件上（例如晶体二极管或三极管）经非线性变换成新的频率分量，再利用谐振回路选出所需的频率成分。这类调幅电路可以分为二极管调幅电路和晶体管调幅电路等。2.1二极管调幅电路二极管调幅电路（常用的低电平调幅电路）包括单二极管调幅器、平衡二极管调幅器以及环形二极管调幅器，它们的基本原理相同都是实现信号的相乘。单二极管电路，由于工作在线性时变工作状态，因而产生的频率分量大大减少，但在产生的频率分量中，仍然有不少不必要的频率分量。为了进一步减少一些频率分量，设计了平衡二极管调幅电路。随着技术的改良，使用环形二极管调制器可以进一步减少不必要的频率分量且让有用分量的幅度再增加一倍。2.2晶体管调幅[2]晶体管调幅电路常用于中小功率发射机和信号发生器等电子设备中，分为基极调幅、发射极调幅及集电极调幅电路。 图1基极调幅电路基极调幅是高电平调幅，电路的优点是要求低频调制信号功率小，因而低频放大器比较简单。其缺点是工作于欠压状态，集电极效率较低，不能充分利用直流电源的能量。图2集电极调幅电路集电极调幅是高电平调幅。它的调幅特性较好，输出功率大。为了得到高的效率，晶体管应工作在乙类或丙类状态。这种电路的缺点是调制信号必须有较大的推动功率，调幅度也不能太大，否则会产生较大的失真。3.专用芯片实现振幅调制电路在上述的非线性调幅电路中，高电平调幅主要用于形成AM信号，其实现方法有集电极调幅和基极调幅；低电平调幅可以形成DSB、SSB以及FM，其主要实现方法有二极管调制器，两种形式的电路是分开进行分析[3]。在许多文献中，对于普通调幅波当调幅系数ma＞1时，认为调制波形产生严重失真。这是由于采用了高电平调幅电路，在这类电路中，为了提高效率，往往采用工作在乙类或丙类状态的基极或集电极调幅电路，此时调制器只是在载波信号和调制信号均为正值时能完成乘法运算。而采用四像限模拟相乘器低电平调幅电路，能够实现调幅系数为任意值的调幅。MC1496是双平衡四象限的集成模拟乘法器，[4]如图3所示，采用集成模拟相乘器为核心的低电平调幅电路，只要调节电路中其中一个直流参数，就改变了电路的调幅系数，电路就能实现普通调幅波AM 到过调幅波直至双边带调幅波的连续过渡，无论调幅系数大于1、小于1还是无穷大，通过乘积型同步检波电路，就可实现不失真的解调，打破了许多文献中调幅系数不能大于1的界定。同时利用该直流参数可以测试该电路中模拟相乘器增益系数和调幅系数。图3MC1496模拟相乘器调幅电路4.基于DSP和DDS的调制方法[5]系统采用“单片机+CPLD+DSP”的结构。单片机完成人机接口和对DSP系统的管理;DSP实现AM/FM调制/解调功能;单片机和DSP之间通过HPI口采用中断方式通信。如图4所示图4实验模块硬件结构 该模块的优点是载波频率、调制方式、调幅指数和调制频偏均可软件设置。与传统模拟调制相比,它具有更好的系统再现性和稳定性,克服了模拟硬件,信号处理功能的不确定性,用软件调整代替硬件调整利于系统升级。该模块通过DSP的同步串口接收数字基带信号还可以实现各种数字调制。5FPGA和DSP融合实现幅度调制[6]利用Altera公司FPGA的DSP开发工具DSPBuilder对调幅信号进行模块设计，建立如图5所示的幅度调制信号模块模型，产生幅度调制信号，并将其转化为VHDL语言源程序及FPGA的各种文件，避免了使用VHDL语言设计编程的复杂性，可以高效、可靠、方便的产生AM信号，硬件测试和实现快捷，开发效率高，而且调制信号步进精度好，产生的波形不失真，具有一定使用性。图5幅度调制信号（AM）设计模型6结论随着电子技术、计算机技术等技术的发展，实现这一目标的方法越来越多，每种方法都有其优缺点，哪种最佳取决于AM的应用，因此我们要清楚每种方法的特点，这样才可以发挥最好的效果。DSP以其接口简单、方便、精度高、稳定性好、集成方便等优点被广泛应用于软件无线电系统。DSP完全软件可编程,这种灵活性允许实时更新设计,缩短终端产品的重复设计周期;一些在FPGA中实现起来较复杂的算法,在DSP中则很容易解决;DSP与FPGA相比,价格上占有优势,有利于实验平台的建设。将AM信号发生器的设计嵌入到FPGA芯片所构成的系统中，其系统成本并不会增加多少，而购买专用芯片的价格则是前者的很多倍。所以采用FPGA设计AM 信号调制具有很高的性价比。FPGA可以快速进行数字信号处理器的设计,而且又便于修改和扩充其功能,整个设计思路灵活,图形界面简单直观,开发周期短。参考文献[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2004.[2]胡宴如、耿苏燕等.高频电子线路[M].北京：高等教育出版社，2004.[3]博战捷，董辉．AM信号到DSB信号的连续过渡与同步检波[J].吉林大学学报，2005，23（5）：237-240.[4]林章.一种以相乘器为核心的低电平调幅电路设计[J].福建师范大学福清分校学报，2009,94（5）：35-38.[5]聂伟，刘星，苏伟.基于DSP的AM/FM调制器实验模块的实现[J].北京化工大学学报，2008,35（4）：104-106.[6]郝小江，黄昆.基于FFPGA的调制信号设计[J].中国科技核心期刊，2008,27（5）：46-48.[7]徐锋,徐慧.软件无线电中AM调制解调算法的DSP实现[J].现代电子技术,2005,214(23):65-66.[8]褚振勇,翁木云.FPGA设计与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.[9]谢自美．电子线路设计实验测试[M]．武汉：华中科技大学出版社，2006．[10]MitolaJ.Thesoftwareradioarchitecture[J].IEEECommunicationMagazine,1995(5):26-38.[11]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2002. 本科毕业设计（20届）调幅信号产生电路设计 摘要在幅度调制中,根据已调信号的频谱分量不同,可分为普通调幅(AM)、抑制载波的双边带调幅(DSB)、抑制载波的单边带调幅(SSB)等。本文使用双AD835芯片实现抑制载波的双边带调幅（DSB）和调幅指数可变的普通振幅调制（AM）信号产生电路，通过软件实现二者之间的自由切换，并可以对AM调制指数进行灵活设定。根据DSB调制和AM调制公式，用一个AD835芯片实现乘积运算，另一个AD835芯片实现乘积与求和运算。通过C8051开发板上的DAC模块输出不同的直流电压，直流电压E与调制信号相乘，直流信号A与前者的乘积相加，实现调制指数调整和调制模式的切换。当直流电压A为0时，实现DSB模式；当直流电压A为1时，实现AM模式，并用LCD显示电路工作状态。关键词：调幅信号；AD835；AM；DSB；调制 AbstractInamplitudemodulation,accordingtothealreadyadjustablesignalspectrumcomponentisdifferent,canbedividedintoordinarymodulation(AM),themodulationofinhibitcarrierbilateralbelt(DSB),inhibitcarriersinglesidebandmodulation(SSB).ThisexperimentusingtwoAD835chip,torealizeDSBmodulationandAMmodulationproducecircuit.Throughthesoftwaretorealizebetweenbothfreeswitching,AndAMmodulationindexcanbeflexiblesettings.AccordingtotheAMmodulationandDSBmodulationformula,UseaAD835chiprealizemultiplication,AnotherAD835chiprealizemultiplicationandsummationoperations.ThroughtheC8051developmentboardtheDACdifferentdirectvoltageoutputmodule,directvoltageEandmodulationsignalmultiplication,directsignalAandformermultiplicationaddingtogether,Realizemodulationindexadjustmentandmodulationpatternofswitching.whendirectvoltageAiszero,realizeDSBmode.WhendirectvoltageAisnotzero,realizeAMmode,anduseLCDdisplaycircuitworkingstate.Keywords:Amplitudemodulatedsignal;AD835;AM;DSB;modulate 目录1引言12　总体设计32.1振幅调制的工作原理32.1.1普通调幅波(AM)52.1.2抑制载波的双边带调幅（DSB）62.2实现AM/DSB调制的数学模型62.3系统总体方案设计73硬件设计83.1AD835芯片83.2单片机模块103.3液晶显示模块113.4小结124软件设计134.1主程序部分134.2初始化部分134.2.1系统时钟初始化134.2.2端口初始化154.2.3DAC的初始化154.3液晶显示165制作和调试185.1制作过程185.2硬件调试186　结论19致谢21参考文献22 1引言近些年，随着电子技术、计算机技术等技术的发展，调幅技术已经广泛用于军事通信、微波中继、模拟移动通信、无线电通信、广播电视等领域,也是信号与系统、通信原理等专业课程的重要内容[1]。目前实现调制的方法越来越多，例如采用DSP，FPGA以及一些专用芯片产生调幅信号，每种方法都有其优缺点。调制类型按载波可分为：用正弦高频信号作为载波的正弦波调制或称为连续波调制，用脉冲串构成一组数字信号作为载波的脉冲调制[2]。对于连续波调制，已调信号由振幅A、频率ω和相位φ三个参数构成。改变三个参数中的任何一个都可能携带同样的信息。因此，连续波调制可分为调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）。调相和调频有密切的关系。调相时，同时有调频伴随发生；调频时，也同时有调相伴随发生，不过两者的变化规律不同[3]。实际使用时很少采用调相制，它主要是用来作为得到调频的一种方法。调幅主要用于广播、载波通信、无线电台、数传、传真、电视广播等领域。调频主要用于微波中继、卫星和移动通信。调相是一种中间的调制方式。对于脉冲调制，通常也分为两种方式：用连续型的调制信号去改变脉冲参数的脉冲模拟调制和用连续调制信号的数字化形式（通过模数转化）去形成一系列脉冲组的脉冲编码调制（脉冲数字调制）[4]。脉冲模拟调制可分为脉幅调制PAM、脉宽调制PDM（PWM）、脉位调制PPM。脉幅调制用于中间调制方式，遥测等地方。脉宽调制用于中间调制方式、一点对多点微波通信等方面。脉位调制用于遥测、光纤传输等方面。脉冲数字调制可分为脉码调制PCM、增量调制△M和各种语言、图像的新的编码方式DPCM、LPC等。脉码调制主要用于市话、卫星、空间通信。增量调制用于军用和民用通信。各种语言、图像的新的编码方式用于对图像、语音的编码。通过调制，可以同时广播多个声音/音乐广播电台，彼此不会发生干扰。如果不经过调制，所有的信号将占据同一频段，使接受端无法从杂乱信号中选择有用信号[5] 。在广播和通信系统中，普通调幅方式是最简单的实现调制和解调的收、发信机线路。因此在中短波广播和传统的中、短波无线电通信，广播电视，电视图像信号的传输等方面都有广泛的应用。在系统的某一个部分向领近的另一个部分发送数据的场合下，AM也非常有效。虽然AM具有功率使用率低（和浪费）的缺点，但是功率的低效率使用，换取了调制和解调的方便，使得接收机可以以低廉的价格大量的进入市场[6]。为了克服AM方式的各种问题，设计了各种AM的变化形式。抑制载波的双边带调幅就是其中的一种，通过减少载波的方法，达到节省带宽或者提高功率利用率的目的。本文的主要研究内容是调幅信号产生电路设计,其具体要求如下：（1）实现DSB调制和AM调制之间的自由切换。（2）通过C8051开发板上的DAC模块控制增益指数的变化。（3）用LCD显示AM信号的调制指数。 2　总体设计振幅调制是用调制信号去控制载波的振幅,使其随调制信号线性变化,而保持载波的频率不变[7]。在幅度调制中,根据所取出已调信号的频谱分量不同,分为普通调幅(AM)、抑制载波的双边带调幅(DSB)、抑制载波的单边带调幅(SSB)。目前调幅信号产生的方法有多种多样，主要有以下几种：非线性器件调幅电路、基于DSP和DDS的调制电路、FPGA和DSP融合实现幅度调制等。非线性调幅电路中，产生AM调制（属于高电平调幅）和DSB调制（属于低电平调幅）两种形式的电路是分开进行分析[8]，不能使用一个电路实现AM和DSB之间的转变，浪费资源。基于DSP和DDS的调制电路的优点是载波频率、调制方式、调幅指数和调制频偏均可软件设置。与传统模拟调制相比,它具有更好的系统再现性和稳定性,克服了模拟硬件,信号处理功能的不确定性,用软件调整代替硬件调整利于系统升级[9]。采用FPGA和DSP融合这种方法实现调幅，避免了使用VHDL语言设计编程的复杂性，可以高效、可靠、方便的产生AM信号，硬件测试和实现快捷，开发效率高，而且调制信号步进精度好，产生的波形失真小，具有一定实用性[10]。本次实验采用的是采用另外一种方式实现振幅调制。使用两个AD835芯片就可以实现AM和DSB的转化，操作简单，功能丰富，调幅指数使用软件控制，范围广易于实现。2.1振幅调制的工作原理设调制信号是一个角频率为Ω的单音频余弦信号电压，用它去调制角频率为的等幅高频信号（载波）电压，可得到两种振幅调制信号电压：普通调幅信号（AM）：和抑制载波的双边带信号（DSB）：[11] 2-1AM信号的波形和频谱图2-1所示为AM信号的波形和频谱，从图中可知波形特征：(1)调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致。（2）调幅波频率（即变化快慢）与载波频率一致。2-2DSB信号的波形和频谱图2-2所示为DSB信号的波形和频谱，从图中可知波形特征：（1）DSB信号的包络正比于调制信号的绝对值 （2）DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。（3）DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于AM波。 从AM和DSB的数学表达式中可以看出，这些调幅信号都是由调制电压和高频等幅电压相乘的结果.因此，只需将调制信号电压和高频等幅电压送入乘法器的两个输入端相乘，就可以在输出端得到所需要的已调制信号电压.2.1.1普通调幅波(AM)假设要传送的低频信号电压为一单一音频的低频电压，它的瞬时值表达式为（2-1）式中，是低频信号电压振幅；Ω为低频信号的角频率。假设载波电压的瞬时值表达式为（2-2）式中，是载波电压振幅，为载波电压的角频率。在用(t)对(t)进行调幅时，高频调幅信号的振幅在载波振幅的基础上，随低频信号(t)而变化，它的幅度为[7]（2-3）K是取决于调幅电路的比例常数。因此，高频调幅信号可以用下式表示[12]：（2-4）式中（2-5）ma表示载波振荡的振幅受低频信号调幅后的振幅变化过程。通常把ma称为调幅指数或调幅度，用来表明振幅调制的深度。当ma=0时，为载波电压未受低频信号调幅的载波状态，即未调幅。当ma=1时，此时为最大调幅（百分之百）。当ma>1时，为过调幅，波形产生严重失真。通常情况01时的情况没做研究，所以内容上一些不足之处，有待在以后的工作学习中进一步改进实现。 参考文献[1]冯玉珉,通信系统原理[M].北京：清华大学出版社，2004.[2]沈保锁，侯春萍.现代通信原理[M].北京：国防工业出版社，2009.[3]高吉祥.高频电子线路[M].第2版.北京：电子工业出版社，2007.[4]谢自美．电子线路设计实验测试[M].武汉：华中科技大学出版社，2006．[5]郭宗光，邹立君.信号的幅度调制原理[J].大庆师范学院学报，2005，25（4）：52-55.[6]MitolaJ.Thesoftwareradioarchitecture[J].IEEECommunicationMagazine,1995(5)[7]胡宴如，耿苏燕等.高频电子线路[M].北京：高等教育出版社，2004.[8]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2004.[9]聂伟，刘星，苏伟.基于DSP的AM/FM调制器实验模块的实现[J].北京化工大学学报，2008,35（4）：104-106.[10]褚振勇,翁木云.FPGA设计与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.[11]博战捷，董辉．AM信号到DSB信号的连续过渡与同步检波[J].吉林大学学报，2005，23（5）：237-240.[12]邬国扬，顾涵铮，周雪娇等.高频电路原理[M].浙江：浙江大学出版社，2006.[13]高吉祥,易凡.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社,2005. [14]胡广书.数字信号处理[M].2版.北京:清华大学出版社,2005.