基于Nextboard平台和LabVIEW实现数字频带系统仿真

吉淑娇，宋冬杰

(长春大学 电子信息工程学院，长春 130022)

基于Nextboard平台和LabVIEW实现数字频带系统仿真

吉淑娇，宋冬杰

(长春大学 电子信息工程学院，长春 130022)

利用Nextboard平台实现数字频带系统硬件设计，采用LabVIEW进行系统的仿真实验设计，基于虚拟仪器技术实现了数字频带系统调制和解调。实验效果表明可以提高学生创新能力，使所设计实验内容更灵活。

数字频带系统；仿真；调制；解调

0 引言

Nextboard是泛华公司设计的教学实验平台，方便学生在平台上利用实验模块搭建电路，并结合虚拟仪器技术，在平台的软面板上实时显示仿真设计结果，是很不错的培养学生的创新和动手能力教学平台[1]。虚拟仪器技术在教学设计中已经有很广泛的应用[2-3]，本设计结合第三方自主开发的通信原理实验模块，包括信号发生器模块、滤波模块以及扩展模块，实现数字频带系统设计。包括二进制幅值键控(2ASK)的调制和解调；二进制频率键控(2FSK)的调制及解调。这样的实验课程，使学生更直观地了解数字频带系统的信号传递过程，改善传统实验步骤固定、实验设备落后以及学生参与实验程度不高等情况，使学生边实验边融入自己的思想，实时调整参数即可以看到不同情况下的结果，提高对实验课程的兴趣。

1 2ASK调制及解调

1.1 2ASK调制

2ASK调制原理是2ASK幅移键控，即载波的幅度随着调制信号而变化，最简单的形式就是载波在二进制调制信号控制下的通断情况，这种方式称为通-断键控或者开关键控。

利用信号发生器模块和双模开关模块，在Nextboard上搭建2ASK调制的硬件电路，如图2所示，调用LabVIEW的2ASK调制程序，在软面板显示结果，和仿真软件相同。

图1 ASK解调硬件电路图

图2 ASK调制软面板显示结果

在LabVIEW编程环境下，前面板添加“数值输入控件”用来改变输入数字序列，添加两个“波形图”用于显示方波和载波调制后信号；在程序面板添加“任意发生器”模块结合for和while循环，实现2ASK信号仿真，其前面板和程序框如图3和图4所示。

图3 ASK调制信号前面板

图4 ASK调制信号程序面板

1.2 2ASK解调

2ASK解调采用相干解调法，相干解调通过带通滤波器，再和载波相乘，通过低通滤波器输出为解调信号。对于数字信号，逻辑值0和1是用方波而非正弦波表示[4]。

在Nextboard硬件平台上利用搭建的2ASK解调硬件电路如图5所示，用到的模块包括信号发生器、滤波模块以及扩展模块。通过调节扩展模块的增益和频率旋钮解调出2ASK解调结果如图6所示，结果有部分失真，但根据判别规则可以得出原始信号。

图5 2ASK解调硬件电路图

图6 2ASK调制软面板显示结果

在LabVIEW编程环境下，前面板添加两个“数值旋钮”，用于调整“载波相位差”和“本地载波频率”；放置3个“波形图”控件分别显示ASK调制信号、相干解调信号以及解调信号和原序列对比信号，解调后效果良好。程序面板添加“任意发生器”模块以及滤波器函数等实现2ASK信号仿真，相干解调的低通滤波器将信号的高次谐波去掉了一部分，从而使恢复出的信号波形扭曲。由于在经过低通滤波时不可避免地滤除了部分高频分量，因此看到的方波并不完美，可用比较器调节。

其前面板和程序框如图7和图8所示。

图7 2ASK解调信号前面板

图8 2ASK解调信号程序面板

2 2FSK调制及解调

2.1 2FSK调制

2FSK频移键控是二进制频移键控，载波频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。2FSK频移键控信号的产生方法有两种：一种是采用模拟调频来实现，信号的相邻码元之间的相位是连续变化的；第二种是用键控法来实现，相邻码元之间的相位不一定连续。

在Nextboard硬件平台上利用“信号发生模块”和“扩展模块”搭建的2FSK调制硬件电路图如图9所示。实验前将线性编码的开关设置为00，即为NRZ-L模式，将VCO开关切换至低频状态，调节频率旋钮，使波形频率最高，在软面板显示调制结果如图10所示，信号频率不一样，表现出疏密程度不一。

图9 2FSK调制硬件电路图

图10 2FSK调制软面板显示结果

在LabVIEW编程环境下，程序面板采用两个“任意发生器”模块结合两个for循环和case结构等，实现2FSK调制信号仿真，前面板“载波频率”以及两个信号的偏差都可调，前面板和程序框图如图11和图12所示。

图11 FSK 调制信号前面板

图12 FSK调制信号程序面板

2.2 FSK解调

FSK信号的调制方式包含相干解调、非相干解调、正交相乘非相干解调。本仿真实验采用非相干解调。FSK的非相干解调一般采用滤波非相干解调。输入的FSK中频信号分别经过中心频率为f1和f2的带通滤波器，然后分别经过包络检波输出。最后根据包络检波器输出的大小，判断数据比较是1还是0 。

在Nextboard硬件平台上利用模块搭建的FSK解调硬件电路如图13所示。将序列生成切换至00编码方式，调节频率旋钮，2FSK解调结果在软面板显示如图14所示，方波并不完美，可通过比较器调节。

图13 2 FSK解调硬件电路图

图14 2FSK解调软面板显示结果

在LabVIEW编程环境下，前面板放置可调的“调制信号频率”，放置“旋钮”控件用于调整VCO电压的幅值，“载波频率”和“FM频偏”均可调，帮助输出信号达到所需要的效果，如图15所示。程序面板由case结构以及滤波器函数，傅里叶变换函数等组成，连线如图16所示，实现FSK调制信号仿真。

图15 2FSK解调信号前面板

图16 2FSK解调信号程序面板

3 结语

本设计结合硬件电路和软件仿真设计，实现频率系统仿真。实验过程中，学生可灵活修改输入参数，实时观察显示结果，并通过调整硬件电路的跳线，灵活创建需要的硬件电路，在软件平台也可以通过更改“载波频率”、“调制信号频率”等信息，观察系统输出结果，给学生提供了参与和动手的平台，取得很好的教学效果。Nextboard产品具备了模块化、平台化、信息化等特点，这也正是泛华未来高校产品的研发趋势，区别于传统的工程教育产品，它更强调应用中的生动性、交互性、形象性，这也是Nextboard最具创新性的地方，学生可以在这个平台上进行自己的创新设计[5]。

[1] Nextboard.使用手册[M].上海：上海泛华测控系统有限公司，2012.

[2] 吉淑娇.基于LabVIEW的信号分析与处理平台开发[J].长春大学学报，2012,22(2):157-159.

[3] 吉淑娇，姜利.基于LabVIEW的2PSK系统的仿真设计与实现 [J].长春大学学报，2013，23(4):415-417.

[4] 孔令彬,李颖,陈向文.2ASK数字频带传输系统设计[J].电子技术,2010,47 (4):46-47.

[5] 王桔，丁锐.基于Nextboard 实验平台“测控电路”课程教学实验的设计与探索[J].长春大学学报,2016, 26(10):122-124.

责任编辑：程艳艳

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

吉淑娇(1978-)，女，吉林农安人，讲师，博士，主要从事虚拟仪器及数字图像处理等方面研究。

TP391.9

A

1009-3907(2017)04-0004-04