基于Nextboard平臺和LabVIEW實現數字頻帶系統仿真

吉淑嬌，宋冬杰

(長春大學 電子信息工程學院，長春 130022)

基于Nextboard平臺和LabVIEW實現數字頻帶系統仿真

吉淑嬌，宋冬杰

(長春大學 電子信息工程學院，長春 130022)

利用Nextboard平臺實現數字頻帶系統硬件設計，采用LabVIEW進行系統的仿真實驗設計，基于虛擬儀器技術實現了數字頻帶系統調制和解調。實驗效果表明可以提高學生創新能力，使所設計實驗內容更靈活。

數字頻帶系統；仿真；調制；解調

0 引言

Nextboard是泛華公司設計的教學實驗平臺，方便學生在平臺上利用實驗模塊搭建電路，并結合虛擬儀器技術，在平臺的軟面板上實時顯示仿真設計結果，是很不錯的培養學生的創新和動手能力教學平臺[1]。虛擬儀器技術在教學設計中已經有很廣泛的應用[2-3]，本設計結合第三方自主開發的通信原理實驗模塊，包括信號發生器模塊、濾波模塊以及擴展模塊，實現數字頻帶系統設計。包括二進制幅值鍵控(2ASK)的調制和解調；二進制頻率鍵控(2FSK)的調制及解調。這樣的實驗課程，使學生更直觀地了解數字頻帶系統的信號傳遞過程，改善傳統實驗步驟固定、實驗設備落后以及學生參與實驗程度不高等情況，使學生邊實驗邊融入自己的思想，實時調整參數即可以看到不同情況下的結果，提高對實驗課程的興趣。

1 2ASK調制及解調

1.1 2ASK調制

2ASK調制原理是2ASK幅移鍵控，即載波的幅度隨著調制信號而變化，最簡單的形式就是載波在二進制調制信號控制下的通斷情況，這種方式稱為通-斷鍵控或者開關鍵控。

利用信號發生器模塊和雙模開關模塊，在Nextboard上搭建2ASK調制的硬件電路，如圖2所示，調用LabVIEW的2ASK調制程序，在軟面板顯示結果，和仿真軟件相同。

圖1 ASK解調硬件電路圖

圖2 ASK調制軟面板顯示結果

在LabVIEW編程環境下，前面板添加“數值輸入控件”用來改變輸入數字序列，添加兩個“波形圖”用于顯示方波和載波調制后信號；在程序面板添加“任意發生器”模塊結合for和while循環，實現2ASK信號仿真，其前面板和程序框如圖3和圖4所示。

圖3 ASK調制信號前面板

圖4 ASK調制信號程序面板

1.2 2ASK解調

2ASK解調采用相干解調法，相干解調通過帶通濾波器，再和載波相乘，通過低通濾波器輸出為解調信號。對于數字信號，邏輯值0和1是用方波而非正弦波表示[4]。

在Nextboard硬件平臺上利用搭建的2ASK解調硬件電路如圖5所示，用到的模塊包括信號發生器、濾波模塊以及擴展模塊。通過調節擴展模塊的增益和頻率旋鈕解調出2ASK解調結果如圖6所示，結果有部分失真，但根據判別規則可以得出原始信號。

圖5 2ASK解調硬件電路圖

圖6 2ASK調制軟面板顯示結果

在LabVIEW編程環境下，前面板添加兩個“數值旋鈕”，用于調整“載波相位差”和“本地載波頻率”；放置3個“波形圖”控件分別顯示ASK調制信號、相干解調信號以及解調信號和原序列對比信號，解調后效果良好。程序面板添加“任意發生器”模塊以及濾波器函數等實現2ASK信號仿真，相干解調的低通濾波器將信號的高次諧波去掉了一部分，從而使恢復出的信號波形扭曲。由于在經過低通濾波時不可避免地濾除了部分高頻分量，因此看到的方波并不完美，可用比較器調節。

其前面板和程序框如圖7和圖8所示。

圖7 2ASK解調信號前面板

圖8 2ASK解調信號程序面板

2 2FSK調制及解調

2.1 2FSK調制

2FSK頻移鍵控是二進制頻移鍵控，載波頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化。2FSK頻移鍵控信號的產生方法有兩種：一種是采用模擬調頻來實現，信號的相鄰碼元之間的相位是連續變化的；第二種是用鍵控法來實現，相鄰碼元之間的相位不一定連續。

在Nextboard硬件平臺上利用“信號發生模塊”和“擴展模塊”搭建的2FSK調制硬件電路圖如圖9所示。實驗前將線性編碼的開關設置為00，即為NRZ-L模式，將VCO開關切換至低頻狀態，調節頻率旋鈕，使波形頻率最高，在軟面板顯示調制結果如圖10所示，信號頻率不一樣，表現出疏密程度不一。

圖9 2FSK調制硬件電路圖

圖10 2FSK調制軟面板顯示結果

在LabVIEW編程環境下，程序面板采用兩個“任意發生器”模塊結合兩個for循環和case結構等，實現2FSK調制信號仿真，前面板“載波頻率”以及兩個信號的偏差都可調，前面板和程序框圖如圖11和圖12所示。

圖11 FSK 調制信號前面板

圖12 FSK調制信號程序面板

2.2 FSK解調

FSK信號的調制方式包含相干解調、非相干解調、正交相乘非相干解調。本仿真實驗采用非相干解調。FSK的非相干解調一般采用濾波非相干解調。輸入的FSK中頻信號分別經過中心頻率為f1和f2的帶通濾波器，然后分別經過包絡檢波輸出。最后根據包絡檢波器輸出的大小，判斷數據比較是1還是0 。

在Nextboard硬件平臺上利用模塊搭建的FSK解調硬件電路如圖13所示。將序列生成切換至00編碼方式，調節頻率旋鈕，2FSK解調結果在軟面板顯示如圖14所示，方波并不完美，可通過比較器調節。

圖13 2 FSK解調硬件電路圖

圖14 2FSK解調軟面板顯示結果

在LabVIEW編程環境下，前面板放置可調的“調制信號頻率”，放置“旋鈕”控件用于調整VCO電壓的幅值，“載波頻率”和“FM頻偏”均可調，幫助輸出信號達到所需要的效果，如圖15所示。程序面板由case結構以及濾波器函數，傅里葉變換函數等組成，連線如圖16所示，實現FSK調制信號仿真。

圖15 2FSK解調信號前面板

圖16 2FSK解調信號程序面板

3 結語

本設計結合硬件電路和軟件仿真設計，實現頻率系統仿真。實驗過程中，學生可靈活修改輸入參數，實時觀察顯示結果，并通過調整硬件電路的跳線，靈活創建需要的硬件電路，在軟件平臺也可以通過更改“載波頻率”、“調制信號頻率”等信息，觀察系統輸出結果，給學生提供了參與和動手的平臺，取得很好的教學效果。Nextboard產品具備了模塊化、平臺化、信息化等特點，這也正是泛華未來高校產品的研發趨勢，區別于傳統的工程教育產品，它更強調應用中的生動性、交互性、形象性，這也是Nextboard最具創新性的地方，學生可以在這個平臺上進行自己的創新設計[5]。

[1] Nextboard.使用手冊[M].上海：上海泛華測控系統有限公司，2012.

[2] 吉淑嬌.基于LabVIEW的信號分析與處理平臺開發[J].長春大學學報，2012,22(2):157-159.

[3] 吉淑嬌，姜利.基于LabVIEW的2PSK系統的仿真設計與實現 [J].長春大學學報，2013，23(4):415-417.

[4] 孔令彬,李穎,陳向文.2ASK數字頻帶傳輸系統設計[J].電子技術,2010,47 (4):46-47.

[5] 王桔，丁銳.基于Nextboard 實驗平臺“測控電路”課程教學實驗的設計與探索[J].長春大學學報,2016, 26(10):122-124.

責任編輯：程艷艷

Implementation of Simulation of Digital Frequency Band System Based on Nextboard Platform and Lab VIEW

JI Shujiao，SONG Dongjie

(College of Electronic Information Engineering，Changchun University，Changchun 130022，China)

The design for the hardware of digital frequency band system is implemented by using Nextboard platform. The simulation experiment of the system is carried out by LabVIEW. The modulation and demodulation of the digital frequency system is realized on the basis of virtual instrument technology. Experimental results show that the system with more flexible experimental contents can improve students' innovative ability.

digital frequency band system; simulation; modulation; demodulation

2017-01-22

吉淑嬌(1978-)，女，吉林農安人，講師，博士，主要從事虛擬儀器及數字圖像處理等方面研究。

TP391.9

A

1009-3907(2017)04-0004-04