1、個人收集整理勿做商業用途封面個人收集整理勿做商業用途作者： Pan Hongliang僅供個人學習電力系統自動化課程設計任務書題 目ASK 調制與解調電路設計及仿真個人收集整理勿做商業用途專業班學生姓名學號級設計內容與要求一、設計內容1. 對電力系統遠動信息傳輸系統的主要環節進行理論分析和研究。2. 熟悉數字調幅技術的有關原理和實現方法。3. 設計 ASK 調制解調電路。4. 熟悉 ORCAD 軟件的應用，學習元件庫使用、原理圖的建立以及應用原理圖進行仿真的基本方法。5. 撰寫設計報告，報告要求有以下內容：1) 畫出所設計電路的原理圖。2) 對電路中各功能環節的工作原理進行分析。3) 針對所設

2、計的電路，說明各種器件參數選擇的理由。4) 畫出各個環節的波形圖，并對仿真結果進行分析，驗證設計的正確性。5) 總結電路調試過程所遇到的問題及解決方法。6) 課程設計的結論。二、設計要求1. 掌握電力系統遠動信息傳輸的基本過程。2. 掌握電力系統遠動信息過程中ASK 數字調幅與解調的基本原理。3. 學習使用 ORCAD 進行仿真的基本方法。4.設計 ASK 調制解調的仿真電路，并在PSPICE 環境進行仿真驗證，觀察各環節的波形，并能做出正確分析。起止時間2008 年 12月 21日至2008 年 12 月 26日指導教師簽名年月日系（教研室） 主任簽名年月日學生簽名年月日目錄一背景描述 ,二

3、設計內容 ,三工作原理 ,個人收集整理勿做商業用途四電路設計及參數設置 ,五仿真及波形分析 ,六設計總結 ,七參考文獻 ,一 .背景描述：電力系統遠動技術是為電力系統調度服務的遠距離監測、 控制技術。由于電能生產的特點， 能源中心和負荷中心一般相距甚遠，電力系統分布在很廣的地域，其中發電廠、變電所、電力調度中心和用戶之間的距離近則幾十公里， 遠則幾百公里甚至數千公里。 要管理和監控分布甚廣的眾多廠、所、站和設備、元器件的運行工況，已不能用通常的機械聯系或電聯系來傳遞控制信息或反饋的數據， 必須借助于一種技術手段，這就是遠動技術。 它將各個廠、所、站的運行工況（包括開關狀態、設備的運行參數等）轉

4、換成便于傳輸的信號形式，加上保護措施以防止傳輸過程中的外界干擾， 經過調制后， 由專門的信息通道傳送到調度所。 在調度所的中心站經過反調制， 還原為原來對應于廠、所、站工況的一些信號再顯示出來，供給調度人員監控之用。調度人員的一些控制命令也可以通過類似過程傳送到遠方廠、 所、站，驅動被控對象。這一過程實際上涉及遙測、 遙信、遙調、遙控，所以，遠動技術是四遙的結合。二 .設計內容：1. 對電力系統遠動信息傳輸系統的主要環節進行理論分析和研究。個人收集整理勿做商業用途2. 熟悉數字調幅技術的有關原理和實現方法。3. 設計 ASK 調制解調電路。4. 熟悉 ORCAD 軟件的應用，學習元件庫使用、原

5、理圖的建立以及應用原理圖進行仿真的基本方法。三 . 工作原理：1. 數字調幅技術的原理和實現方法（ 1）數字調制的概念用二進制（多進制）數字信號作為調制信號，去控制載波某些參量的變化，這種把基帶數字信號變換成頻帶數字信號的過程稱為數字調制，反之，稱為數字解調。（2）數字調制的分類在二進制時分為：振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）。其中， ASK 屬于線性調制， FSK、PSK 屬于非線性調制。（ 3）數字調制系統的基本結構（ 4）ASK 調制波形與方框圖：2. 二進制幅移鍵控 (ASK)（1）ASK 信號的產生圖為 ASK 信號的產生原理一個二進制的 ASK 信號可視為

6、一個單極性脈沖序列與一個高頻個人收集整理勿做商業用途載波的乘積，即 ASK 的時域表達式為：也可寫成：（ 2）ASK 信號的功率譜特性 ASK 信號的自相關函數為：（ 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 0、1 等概出現時，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 信號的解調方式解調也可以分成相干解調與非相干解調兩類。 其中相干解調要求接收端提供相干載波。非相干解調，就是在接

7、收端不需要相干載波，而根據已調信號本身的特點來解調個人收集整理勿做商業用途a. 非相干解調的原理框圖和波形圖（包絡檢波法）b.相干解調的原理框圖和波形圖（同步檢測法）四 ASK 調制解調的仿真電路的設計及參數設置1.ASK 信號產生電路設計本次設計中采用模擬法，其中V1，V2都采用方波作為數字基帶信號 .V1設置其低電平 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 設置其低電平V2=0V,高電平 V1=1V，延遲時間TD=0us,上升時間 TR=O.00001

8、us,下降時間TF=O.00001us,脈沖寬度 PW=5us,脈沖周期 PER=10us .此過程為信號的調制過程， 調制是將某種低頻信號 （如音頻信號）“加載”到為了便于傳輸的高頻信號的過程。 本設計采用模擬乘法器實現對信號的調制。個人收集整理勿做商業用途用模擬乘法器實現幅度調制的原理框圖如下圖：音頻信號帶通濾波器單邊帶信號輸出載波信號號以調幅廣播信號為例，將音頻信=t=t 分別接入模擬乘法器的兩個輸入端，與高頻載波信則輸出電壓為=2Ktt=Kt+t由于被調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制頻率為中心的兩段頻段，

9、 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送。=Kt2.ASK 信號解調電路設計本次設計中采用相干解調法， 由常規雙邊帶調幅（ AM）信號的頻譜可知，如果將已調信號的頻譜搬回到原點位置，即可得到原始的調制信號頻譜，從而恢復出原始信號。解調中的頻譜搬移同樣可用調制個人收集整理勿做商業用途時的相乘運算來實現。 因此 V1 、V2 相乘后所得2ASK 信號再與V3 方波信號相乘即可實現ASK 信號的解調。電路如左圖所示：其中 V3 采用方波信號，設置其低電平V2=0V,高電平V1=1V，延遲時間TD=0us,上 升 時 間TR=O

10、.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過程，解調是調制的逆變換，即從調制過程的高頻信號中提取原低頻信號的過程。本設計采用模擬乘法器實現對信號的解調。用模擬乘法器實現幅度解調的原理框圖如下圖：載波信號低通濾波器音頻信號調幅信號解調是調制的逆過程， 同樣是利用乘法器來實現將音頻信號從調幅波中分離出來。乘法器的兩個輸入端分別接入調幅波（下邊帶）=及與調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個人收集整理勿做商業用途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（

11、= t）略有不同，但頻率都為 的低頻信號。3.濾波電路環節設計本設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 =1/f=10us ，因此先選定電阻 R1=5k ,與之對應選擇電容C1=0.002uF,即可滿足此時間常數要求。4.比較電路環節設計其中 LM324 與 R2、R3 構成一個反向器， LM324 工作的正端電壓設置為 5Vdc。其電路如下圖所示5.電壓判決電路環節設計該處電壓抽樣判決器中負端工作電壓由V6處的5Vdc經 R4、R5構成的電壓取樣電路取得1Vdc與LM324的正端輸入電壓

12、信號比較，當輸入信號大于 1Vdc 時， LM324 輸出為高電平，否則為低電平。從而將原低頻調制信號解調還原出來。電路如下圖所示6.ASK 調制解調仿真電路綜合設計綜合上述各個電路環節， 最后得 ASK 調制解調的仿真電路如下圖所示：個人收集整理勿做商業用途VCCR3R4122121kR54kVV5 5Vdc1k0104V65Vdc020R6R2U773k10122-V+4011kU9AV+OUT+63R1123+403VOUT15kV-2VV-11V-V02V4LM324052 0.002u0VdcC11V1=2VV1V1=1VV200V2=0VV2=0V0TD = 0msTD = 0us

13、V1=1VV3TR = 0.0001msTR = 0.00001usV2=0VTF = 0.0001msTF = 0.00001usTD = 0usPW = 1msPW = 5usTR = 0.00001usPER = 2msPER = 10usTF = 0.00001usPW = 5usPER = 10us000五 PSPICE環境下仿真波形及波形分析1. 電路圖標記各點在 pspice 環境下的仿真波形：上圖為 01 處波形（圖 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：通過觀察各個關鍵點的波

14、形可知，01處的波形就是所要產生的2ASK信號波形，即調制波形。 02處的波形就是將上述 2ASK 信號相干解調后所得波形，即解調波形。 03處波形就是經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電壓波形，05處的波形就是解調還原出的調制信號波形，各觀測點波形均為預期波形，說明個人收集整理勿做商業用途仿真結果達到了設計要求，該設計具有可實用性。3. 結論用一個乘法器將數字基帶信號和載波信號相乘即可產生2ASK信號，再將此2ASK 信號與一個同樣的高頻載波信號相乘即可將此2ASK信號實現相干解調， 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輸

15、出，其中抽樣判決對于提高數字信號的接收性能十分必要。六設計總結本次課程設計，是對平時所學知識的檢驗和擴展，是一個較好的理論接觸實際的機會。 在完成本次課程設計的過程中，遇到的難題也是比較多的，例如，在使用 orcad 軟件進行電路的設計和調試過程中，軟件中的電子原件的型號選擇，原件的參數設置，仿真時間的設定。但是經過向老師和同學的請教以及查閱相關書籍資料，順利完成了課程設計任務，鍛煉了我獨立解決問題的能力。通過本次課程設計，不僅鍛煉了我的計算機應用能力，使我對orcad軟件的基本應用有了進一步的理解與認識，對軟件的操作也更為熟練，也使我懂得了要將平時的理論知識應用到實際中去并非易事，是需要很多

16、的努力的， 除此之外，還讓我明白了如何積極主動的學習以及自我學習的一些方法，培養了自我學習的興趣。七參考文獻全能ORCAD混合電路仿真-鄭光欽 -中國鐵道出版社個人收集整理勿做商業用途- 2000通信原理教材-樊昌信等 -國防工業出版社- 2001高頻電子線路-黃亞平 -機械工業出版社- 2007電網調度自動化與配電自動化技術- 王士政 - 中國水利水電出版社- 2006模擬電子技術基礎 -楊拴科 -高等教育出版社- 2003個人收集整理勿做商業用途版權申明本文部分內容，包括文字、圖片、以及設計等在網上搜集整理。版權為潘宏亮個人所有This articleincludessome parts,

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