羅黔春 黃淑燕 張禹 吳雙程 吳輝革

（1.福建江夏學(xué)院電子信息科學(xué)學(xué)院 福建省福州市 350108 2.福州福大海矽微電子有限公司 福建省福州市 350108）

1 前言

伴隨著全球化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高等教育加大了普及。高校學(xué)生增多，提高了人們的知識(shí)水平同時(shí)產(chǎn)生了一些問(wèn)題，例如實(shí)驗(yàn)箱不足等[1-2]，以組為單位的實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)難以保障人人參與，且實(shí)驗(yàn)箱的老舊使得學(xué)生的積極性不強(qiáng)，對(duì)于老師開(kāi)展課程不利。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文針對(duì)高等院校電子電路實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求，使用Lab VIEW 軟件，設(shè)計(jì)一種FM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。首先分析了FM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的基本原理，接著利用Lab VIEW 設(shè)計(jì)FM 調(diào)制系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)設(shè)定的模擬信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，幫助學(xué)生理解模擬調(diào)制解調(diào)的原理。

圖1：相干解調(diào)

圖2：非相干解調(diào)

圖3：調(diào)制VI 設(shè)計(jì)

圖4：解調(diào)VI 設(shè)計(jì)

2 基本原理及應(yīng)用

Lab VIEW 程序被稱為“虛擬儀器程序”（簡(jiǎn)稱VI），它包括三個(gè)部分：前面板、框圖程序、圖標(biāo)/接線端口[3]。Lab VIEW 采用圖形化編程方式，不僅界面簡(jiǎn)潔直觀，而且支持多線程、界面設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)獨(dú)立分開(kāi)，在調(diào)試時(shí)無(wú)需對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)試。

調(diào)制是改變高頻載波信號(hào)特征來(lái)傳遞低頻信息的過(guò)程，解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，與調(diào)制相輔相成[4]。

正交調(diào)制是調(diào)制方式的一種，常見(jiàn)的正交調(diào)制有：正交振幅調(diào)制、正交頻分復(fù)用調(diào)制等。本設(shè)計(jì)采用的正交振幅調(diào)制，在兩個(gè)正交載波上進(jìn)行幅度調(diào)制，是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式。與其他調(diào)制技術(shù)相比，其充分利用了帶寬，抗噪聲性能比較強(qiáng)。

常用的FM 的解調(diào)方法有相干解調(diào)與非相干解調(diào)。相干解調(diào)也被稱作同步檢波，原理框圖如圖1所示，由帶通、低通和微分器構(gòu)成。非相干解調(diào)，也稱為包絡(luò)檢測(cè)技術(shù)，由限幅器、鑒頻器和低通濾波器組成，其原理如圖2所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖5：系統(tǒng)主VI

為了連續(xù)地觀察波形情況，先添加一個(gè)While 循環(huán)結(jié)構(gòu)，從“信號(hào)與處理選項(xiàng)”中的波形生成面板添加所需要的信號(hào)，再添加兩個(gè)相位差為90 度的載波，分別通過(guò)sin 和cos 函數(shù)與基帶信號(hào)相乘后相減得出調(diào)制信號(hào)，后接頻譜測(cè)量來(lái)顯示頻域，如圖3所示。

圖6：系統(tǒng)仿真結(jié)果

3.2 解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于相干解調(diào)僅適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單也容易實(shí)現(xiàn)，所以本文采用非相干解調(diào)。非相關(guān)解調(diào)基于Hilbert 變換來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有過(guò)程簡(jiǎn)潔、明了等有點(diǎn)，因而成為一種應(yīng)用最廣泛的數(shù)學(xué)方法[5]。設(shè)有窄帶信號(hào)其中fs 是載波頻率，a(t)是x(t)的包絡(luò)，φ(t)是x(t)的相位調(diào)制信號(hào)。因?yàn)閤(t)是窄帶信號(hào)，所以a(t)也是窄帶信號(hào)，可設(shè)為其中fm 為信號(hào)a(t)的頻率分量，γm為fm 的各初相角。對(duì)x(t)進(jìn)行Hilbert 變換，并求解解析信號(hào)，得到：

首先將調(diào)制VI 的輸出信號(hào)進(jìn)行快速希爾伯特變換，然后通過(guò)實(shí)部虛部函數(shù)和極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)兩個(gè)函數(shù)得到包絡(luò)，再用交流和直流估計(jì)函數(shù)濾除其中的直流分量就能夠得到解調(diào)信號(hào)，如圖4所示。

3.3 主VI的設(shè)計(jì)及其仿真

Lab VIEW 能夠同時(shí)設(shè)計(jì)多個(gè)程序，并且互不干擾，子VI 能夠被其他VI 調(diào)用。將設(shè)計(jì)好的調(diào)制VI 和解調(diào)VI 結(jié)合為一個(gè)完整的系統(tǒng)，再接上各種參數(shù)設(shè)置端口和波形顯示圖表系統(tǒng)，如圖5所示。

在進(jìn)行系統(tǒng)仿真前，需要先對(duì)輸入信號(hào)以及測(cè)量參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置系統(tǒng)中的各個(gè)參數(shù)如載波頻率、基帶頻率、調(diào)頻靈敏度，運(yùn)行結(jié)果如圖6所示，由圖中的基帶信號(hào)與調(diào)制信號(hào)的波形圖可知，該系統(tǒng)FM 調(diào)制后產(chǎn)生的波形與原理相符合。