2024年4月11日发(作者：千富)
实验十六 FSK调制解调实验
【实验目的】
加深理解FSK调制工作原理及电路组成。
加深理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。
【实验环境】
双踪示波器
通信原理实验箱
【实验原理】
（一） FSK调制电路工作原理
CLK
电路
TP909
32KHz方波
1
K901
16KHz方波
1
TP902
2
TP901
2
TP903
32KH选频
输出时钟
D/A
D/A
模
拟
TP904
开
关
相
加
器
TP907TP908
12
K903
FSK调制输出
FSK
解调
（4046
锁相环
解调）
整
TP910
形
输
出
K902
TP906
伪
随
机
7404
码
输
出
1
2
开
关
3
K904
门
2KHz伪随机码
TP905
8KHz方波
CPU中央集中控制处理器单元
图1 FSK调制电原理框图
72
1
2
3
4
5
+
1
2
V
T
P
9
0
1
E
9
0
1
4
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u
F
W
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1
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3
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F
1
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1
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6
.
8
m
H
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0
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2
0
C
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0
1
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0
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9
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4
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7
4
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B
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4
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0
3
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6
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0
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9
0
5
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2
K
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1
:
A
4
0
6
6
+
1
2
V
图2 FSK调制电路原理图
R
9
0
7
3
3
K
B
G
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0
3
9
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1
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0
3
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2
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U
9
0
1
:
B
4
0
6
6
R
9
2
1
3
K
B
数字调频又可称作移频键控(FSK)，它是利用载频频率变化来传递数字信息。
这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输系
统中得到了较为广泛的应用。本实验电路中，载频频率经过本实验电路分频而得到
的两个不同频率的载频信号，则为相位连续的数字调频信号。图1为 FSK调制器
原理框图。图2为 FSK调制器电路图。
由图2可知，输入的基带信号由转换开关K904转接后分成两路，一路控制
32KHz的载频，另一路经倒相去控制 16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟
开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为"0"时，模拟开
关1关闭，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到已调的FSK
信号。
电路中的两路载频(f1,f2)由内时钟信号发生器产生，经过开关K9Ol，K902送
入。两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U9Ol:A与U90l:B(4066)。
(二) FSK解调电路工作原理
FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到
了越来越广泛的应用。FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，
只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频f1上，对应输出高电平，而对
另一载频f2失锁，对应输出低电平，那么在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调
的基带信号序列。
FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MCl4046。MCl4046集成电路内有两
个数字式鉴相器(PDI、PDII)、一个压控振荡器(VCO)，还有输入放大电路等，环路
低通滤波器接在集成电路的外部，引脚排列图见3所示，引脚功能说明见表1所示
图3 MC14046引脚排列图
74
稳定状态指示
PC1OUT
相位比较输入
VCO输出
禁止振荡
C1a
C1b
Vss
1
2
3
4
5
6
7
8
16
15
14
13
12
11
10
9
V
CC
对Vss有齐纳二极管稳压(+6V)
信号输入
PC2OUT
R2
R1
SFOUT
VCO控制
表1：引脚功能说明
引脚
1
2
3
4
5
6
7
符号
PD
O3
PD
O1
PD
I2
VCO
O
INH
CI
CI
GND
功 能
相位比较器2输出的相位差信号，为上升沿控制逻辑。
相位比较器1输出的相位差信号，它采用异或门结构，即鉴相特
性为PD
O1
=PD
I1
⊕PD
I2
。
相位比较器输入信号，通常PD为来自VCO的参考信号。
压控振荡器的输出信号。
控制信号输入，若INH为低电平，则允许VCO工作和源极跟随器
输出；若INH为高电平，则相反，电路处于降功耗状态。
与第7引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。
与第6引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。
接地。
压控振荡器的输入信号。在锁相环路中，通常VCO来自相位差低
通滤波器输出，以平均电压控制VCO
I
的振荡频率，其输出直接(或
经分频后)作为参考信号加到相位比较器的输入端。
源极跟随器输出。
外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。
外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。
相位比较器输出的三态相位差信号，它采用PD
I1
、PD
I2
上升沿控制
逻辑。
相位比较器输入信号，PD
I1
输入允许将0.1V左右的小信号或方波
信号在内部放大并再经过整形电路后，输出至相位比较器。
内部独立的齐纳稳压二极管负极，其稳压值V≈5～8V，若与TTL
电路匹配时，可以用来作为辅助电源用。
正电源，通常选+5V，或+10V，+15V。
8
9 VCO
I
10
11
12
13
14
SF
O
R1
R2
PD
O2
PD
I1
15
16
V
I
V
DD
FSK解调器框图如图4所示，解调器电路图如图5所示。
压控振荡器的中心频率设计在32KHz。图5中R1、R2、C1，主要用来确定压
控振荡器的振荡频率。R3、C2构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能
指标的要求。从要求环路能快速捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些;
从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足
75
捕捉时间前提下，尽量减小环路低通滤波器的带宽。
当锁相环锁定时，环路对输入FSK信号中的32KHz载波处于跟踪状态，32KHz
载波(正弦波)经输入整形电路后变成矩形载波。此时鉴相器PDII输出端（13脚)为
低电平，锁定指示输出(1脚)为高电平，鉴相器PDI输出(2脚)为低电平，PDI输出
和锁定指示输出经或非门U903:A(74LS32)和U904:B(74LS04)后输出为低电平，再
经积分电路和非门U904:C(74LS04)输出为高电平。再经过U904:D(74LS04)整形电
路反相后从输出信号插座S902输出。
当输入信号为16KHz时，环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏，鉴
相器输入端的两个比较信号存在频差，经鉴相器PDI后输出一串无规则矩形脉冲，
而锁定指示(第1引脚)输出为低电平，PDI输出和锁定指示输出经或非门U903:A与
U904:B后，输出仍为无规则矩形脉冲，这些矩形脉冲经积分器和非门U904:C后输
出为低电平。
可见，环路对32KHz载频锁定时输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低
电平。只要适当选择环路参数，便它对32KHz锁定，对16KHz失锁，则在解调器
输出端就得到解调输出的基带信号序列。
图4 FSK解调电原理框图
76
121110
4
6
7
3
1
FSK信号
3
4
FSK IN
14
2
K903
鉴相
PD1
2
包络检波
判决输出
解调出
鉴相
PD2
1
13
压 控
振荡器
VCO
9
振荡
电容
低通滤波器
LF
－
3
射随
5
自CPU控制
外接频率控制电路
P
C
1
V
C
I
N
I
N
H
P
C
2
21
3
41
6
1
0
1
5
1
4
2
Vcc
2
3
4
T
P
9
0
9
R
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1
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5
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1
K
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2
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4
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3
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C
P
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9
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C
7
4
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4
5
6
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1
0
T
P
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0
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0
4
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D
7
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L
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4
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3
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9
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3
3
P
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1
1
1
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N
3
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N
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图5 FSK解调电路原理图
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C
A
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0
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D
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R
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c
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0
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R
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1
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0
K
R
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2
2
1
K
C
C
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0
3
1
5
3
D
9
0
1
L
E
D
B
【实验步骤】
1. 检查确认板上无错误接线及杂物。
2. 设置跳线开关: K9Ol2-3、K9O22-3
若K9041-2，则2KHz的伪随机码，码序列为 1110010
若K9042-3，则8KHz的方波，码序列为 1100
当做FSK的解调实验时设置跳线开关K9O31-2、K9041-2。
3. 打开电源开关，检查电源电压。按下按键开关:K01、K02、K900。
按下“开始”与“FSK”功能按键。
4. 在CA901上插电容，使锁相环中的压控振荡器工作在32KHz，电容在
1800pf～ 2200pf之间。
5. 测试FSK调制电路TP9Ol——TP906各测量点波形，注意观察“1”、“0”码
内所含载波的数目。
6．观察FSK解调输出TP907——TP909 波形，并作记录。同时比较TP903与
TP909两者波形，观察是否有失真。
图6 元件位置
78
【实验记录】
1、 实验小组及其成员
小组名称
成员
（班级-学号）
3、实验数据记录和分析
画出实验过程中各测量点的波形图，注意各点相位关系。
FSK调制原理波形图
79
（a）TP903 32KHz载波输入
（b）TP902 16KHz载波输入 （c）TP903 8KHz信码
80
（d）TP904 32KHz载波输出 （e）TP905 16KHz载波输
（f）TP906 合路后的FSK调制输出 （g）TP909 FSK解调信号输出
测量点说明:
TP901：作为fc1 = 32KHz载频信号，由K901的1与2相连。可调节电位器
W901来改变幅度。
TP902：作为fc1 = 16KHz载频信号，由K902的1与2相连。可调节电位器
W902来改变幅度。
TP903：作为F = 2KHz或8KHz的数字基带信码信号输入，由开关K904决定。
K904的1与2相连：码元速率为2KHz的1110010码，K904的2与3相连：码元
速率为8KHz的0101010码。
TP904 32KHz载波输出
TP905 16KHz载波输出
TP906：FSK调制信号输出。送到FSK解调电路的输入开关K903的1脚。
TP907：FSK解调信号输入。由FSK解调电路的输入开关K903的1与2脚接
入。
TP908：FSK解调电路工作时钟，正常工作时应为32KHz左右，频偏不大于
2KHz，若有偏差，可调节电位器W903或W904和改变CA901的电容值。
1
TP909：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同TP905。
注：在FSK解调时， K904只能是1与2相连，即解调出码元速率为2KHz的
1110010码。
K904的2与3脚不能相连，否则FSK解调电路解调不出此时的数字基带信码
信号，因为此时F = 8KHz，fc2 = 16KHz，所以不满足4F ≤fc1的关系，因为此时
它们的频谱重叠了。所以在此项实验做完后，应注意把开关K904设置成1与2相
连接的位置上。
【实验结论】
二进制频移键控记作2FSK。2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号
“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改
变是瞬间完成的。假设s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列，e(t)即是2FSK信号，
2FSK信号的波形示例如下图所示。
【思考题】
1.写出改变MC14046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响?
答：根据MC14046锁项环的工作特点，以及各引脚的功能作用，运用到本电路设计
中要求锁定32KHz的频率，R1、R2、C1，主要用来确定压控振荡器的振荡频率。
R3、C2构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。从要求
环路能快速捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些;从提高环路的跟踪特性来
看，低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足捕捉时间前提下，尽量减小
环路低通滤波器的带宽。
2.
在FSK调制电路中的两个滑动变阻器有什么作用？
答：在FSK调制电路中的两个滑动变阻器可以调节输出波形的幅度，使得前后两极射
随电路能匹配。
2
2024年4月11日发(作者：千富)
实验十六 FSK调制解调实验
【实验目的】
加深理解FSK调制工作原理及电路组成。
加深理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。
【实验环境】
双踪示波器
通信原理实验箱
【实验原理】
（一） FSK调制电路工作原理
CLK
电路
TP909
32KHz方波
1
K901
16KHz方波
1
TP902
2
TP901
2
TP903
32KH选频
输出时钟
D/A
D/A
模
拟
TP904
开
关
相
加
器
TP907TP908
12
K903
FSK调制输出
FSK
解调
（4046
锁相环
解调）
整
TP910
形
输
出
K902
TP906
伪
随
机
7404
码
输
出
1
2
开
关
3
K904
门
2KHz伪随机码
TP905
8KHz方波
CPU中央集中控制处理器单元
图1 FSK调制电原理框图
72
1
2
3
4
5
+
1
2
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图2 FSK调制电路原理图
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u
F
T
P
9
0
2
C
1
6
K
K
9
0
2
3
P
I
N
P
N
2
K
D
K
1
0
1
2
3
K
9
0
4
3
P
I
N
R
9
1
2
6
2
0
U
9
0
1
:
B
4
0
6
6
R
9
2
1
3
K
B
数字调频又可称作移频键控(FSK)，它是利用载频频率变化来传递数字信息。
这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输系
统中得到了较为广泛的应用。本实验电路中，载频频率经过本实验电路分频而得到
的两个不同频率的载频信号，则为相位连续的数字调频信号。图1为 FSK调制器
原理框图。图2为 FSK调制器电路图。
由图2可知，输入的基带信号由转换开关K904转接后分成两路，一路控制
32KHz的载频，另一路经倒相去控制 16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟
开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为"0"时，模拟开
关1关闭，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到已调的FSK
信号。
电路中的两路载频(f1,f2)由内时钟信号发生器产生，经过开关K9Ol，K902送
入。两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U9Ol:A与U90l:B(4066)。
(二) FSK解调电路工作原理
FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到
了越来越广泛的应用。FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，
只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频f1上，对应输出高电平，而对
另一载频f2失锁，对应输出低电平，那么在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调
的基带信号序列。
FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MCl4046。MCl4046集成电路内有两
个数字式鉴相器(PDI、PDII)、一个压控振荡器(VCO)，还有输入放大电路等，环路
低通滤波器接在集成电路的外部，引脚排列图见3所示，引脚功能说明见表1所示
图3 MC14046引脚排列图
74
稳定状态指示
PC1OUT
相位比较输入
VCO输出
禁止振荡
C1a
C1b
Vss
1
2
3
4
5
6
7
8
16
15
14
13
12
11
10
9
V
CC
对Vss有齐纳二极管稳压(+6V)
信号输入
PC2OUT
R2
R1
SFOUT
VCO控制
表1：引脚功能说明
引脚
1
2
3
4
5
6
7
符号
PD
O3
PD
O1
PD
I2
VCO
O
INH
CI
CI
GND
功 能
相位比较器2输出的相位差信号，为上升沿控制逻辑。
相位比较器1输出的相位差信号，它采用异或门结构，即鉴相特
性为PD
O1
=PD
I1
⊕PD
I2
。
相位比较器输入信号，通常PD为来自VCO的参考信号。
压控振荡器的输出信号。
控制信号输入，若INH为低电平，则允许VCO工作和源极跟随器
输出；若INH为高电平，则相反，电路处于降功耗状态。
与第7引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。
与第6引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。
接地。
压控振荡器的输入信号。在锁相环路中，通常VCO来自相位差低
通滤波器输出，以平均电压控制VCO
I
的振荡频率，其输出直接(或
经分频后)作为参考信号加到相位比较器的输入端。
源极跟随器输出。
外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。
外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。
相位比较器输出的三态相位差信号，它采用PD
I1
、PD
I2
上升沿控制
逻辑。
相位比较器输入信号，PD
I1
输入允许将0.1V左右的小信号或方波
信号在内部放大并再经过整形电路后，输出至相位比较器。
内部独立的齐纳稳压二极管负极，其稳压值V≈5～8V，若与TTL
电路匹配时，可以用来作为辅助电源用。
正电源，通常选+5V，或+10V，+15V。
8
9 VCO
I
10
11
12
13
14
SF
O
R1
R2
PD
O2
PD
I1
15
16
V
I
V
DD
FSK解调器框图如图4所示，解调器电路图如图5所示。
压控振荡器的中心频率设计在32KHz。图5中R1、R2、C1，主要用来确定压
控振荡器的振荡频率。R3、C2构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能
指标的要求。从要求环路能快速捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些;
从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足
75
捕捉时间前提下，尽量减小环路低通滤波器的带宽。
当锁相环锁定时，环路对输入FSK信号中的32KHz载波处于跟踪状态，32KHz
载波(正弦波)经输入整形电路后变成矩形载波。此时鉴相器PDII输出端（13脚)为
低电平，锁定指示输出(1脚)为高电平，鉴相器PDI输出(2脚)为低电平，PDI输出
和锁定指示输出经或非门U903:A(74LS32)和U904:B(74LS04)后输出为低电平，再
经积分电路和非门U904:C(74LS04)输出为高电平。再经过U904:D(74LS04)整形电
路反相后从输出信号插座S902输出。
当输入信号为16KHz时，环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏，鉴
相器输入端的两个比较信号存在频差，经鉴相器PDI后输出一串无规则矩形脉冲，
而锁定指示(第1引脚)输出为低电平，PDI输出和锁定指示输出经或非门U903:A与
U904:B后，输出仍为无规则矩形脉冲，这些矩形脉冲经积分器和非门U904:C后输
出为低电平。
可见，环路对32KHz载频锁定时输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低
电平。只要适当选择环路参数，便它对32KHz锁定，对16KHz失锁，则在解调器
输出端就得到解调输出的基带信号序列。
图4 FSK解调电原理框图
76
121110
4
6
7
3
1
FSK信号
3
4
FSK IN
14
2
K903
鉴相
PD1
2
包络检波
判决输出
解调出
鉴相
PD2
1
13
压 控
振荡器
VCO
9
振荡
电容
低通滤波器
LF
－
3
射随
5
自CPU控制
外接频率控制电路
P
C
1
V
C
I
N
I
N
H
P
C
2
21
3
41
6
1
0
1
5
1
4
2
Vcc
2
3
4
T
P
9
0
9
R
9
1
5
5
.
1
K
U
9
0
2
4
0
4
6
U
9
0
3
:
A
7
4
L
S
3
2
U
9
0
4
:
B
7
4
L
S
0
4
3
3
4
P
C
P
U
9
0
4
:
C
7
4
L
S
0
4
5
6
9
1
5
D
T
P
9
1
0
T
P
9
0
8
U
9
0
4
:
D
7
4
L
S
0
4
8
1
3
K
9
0
3
3
P
I
N
1
1
1
1
4
A
I
N
3
B
I
N
95
E
9
0
7
1
0
0
u
F
R
9
1
9
5
.
1
K
2
U
9
0
4
:
F
7
4
L
S
0
4
1
2
3
T
P
9
0
8
C
9
0
4
3
3
3
K
9
0
0
P
A
R
9
2
0
1
0
K
+
5
V
8
7
6
5
1
2
3
4
图5 FSK解调电路原理图
77
C
A
9
0
1
D
I
P
8
1
1
1
2
R
1
R
2
V
c
c
S
F
Z
E
N
67
C
A
C
B
V
C
O
U
T
F
S
K
+
5
C
9
0
5
1
0
4
C
9
0
6
1
0
4
R
9
1
3
1
0
K
R
9
1
0
3
K
R
9
1
4
1
0
K
R
9
1
6
1
0
K
W
9
0
3
1
0
3
W
9
0
4
1
0
3
R
9
1
7
1
0
K
R
9
2
2
1
K
C
C
9
0
3
1
5
3
D
9
0
1
L
E
D
B
【实验步骤】
1. 检查确认板上无错误接线及杂物。
2. 设置跳线开关: K9Ol2-3、K9O22-3
若K9041-2，则2KHz的伪随机码，码序列为 1110010
若K9042-3，则8KHz的方波，码序列为 1100
当做FSK的解调实验时设置跳线开关K9O31-2、K9041-2。
3. 打开电源开关，检查电源电压。按下按键开关:K01、K02、K900。
按下“开始”与“FSK”功能按键。
4. 在CA901上插电容，使锁相环中的压控振荡器工作在32KHz，电容在
1800pf～ 2200pf之间。
5. 测试FSK调制电路TP9Ol——TP906各测量点波形，注意观察“1”、“0”码
内所含载波的数目。
6．观察FSK解调输出TP907——TP909 波形，并作记录。同时比较TP903与
TP909两者波形，观察是否有失真。
图6 元件位置
78
【实验记录】
1、 实验小组及其成员
小组名称
成员
（班级-学号）
3、实验数据记录和分析
画出实验过程中各测量点的波形图，注意各点相位关系。
FSK调制原理波形图
79
（a）TP903 32KHz载波输入
（b）TP902 16KHz载波输入 （c）TP903 8KHz信码
80
（d）TP904 32KHz载波输出 （e）TP905 16KHz载波输
（f）TP906 合路后的FSK调制输出 （g）TP909 FSK解调信号输出
测量点说明:
TP901：作为fc1 = 32KHz载频信号，由K901的1与2相连。可调节电位器
W901来改变幅度。
TP902：作为fc1 = 16KHz载频信号，由K902的1与2相连。可调节电位器
W902来改变幅度。
TP903：作为F = 2KHz或8KHz的数字基带信码信号输入，由开关K904决定。
K904的1与2相连：码元速率为2KHz的1110010码，K904的2与3相连：码元
速率为8KHz的0101010码。
TP904 32KHz载波输出
TP905 16KHz载波输出
TP906：FSK调制信号输出。送到FSK解调电路的输入开关K903的1脚。
TP907：FSK解调信号输入。由FSK解调电路的输入开关K903的1与2脚接
入。
TP908：FSK解调电路工作时钟，正常工作时应为32KHz左右，频偏不大于
2KHz，若有偏差，可调节电位器W903或W904和改变CA901的电容值。
1
TP909：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同TP905。
注：在FSK解调时， K904只能是1与2相连，即解调出码元速率为2KHz的
1110010码。
K904的2与3脚不能相连，否则FSK解调电路解调不出此时的数字基带信码
信号，因为此时F = 8KHz，fc2 = 16KHz，所以不满足4F ≤fc1的关系，因为此时
它们的频谱重叠了。所以在此项实验做完后，应注意把开关K904设置成1与2相
连接的位置上。
【实验结论】
二进制频移键控记作2FSK。2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号
“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改
变是瞬间完成的。假设s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列，e(t)即是2FSK信号，
2FSK信号的波形示例如下图所示。
【思考题】
1.写出改变MC14046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响?
答：根据MC14046锁项环的工作特点，以及各引脚的功能作用，运用到本电路设计
中要求锁定32KHz的频率，R1、R2、C1，主要用来确定压控振荡器的振荡频率。
R3、C2构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。从要求
环路能快速捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些;从提高环路的跟踪特性来
看，低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足捕捉时间前提下，尽量减小
环路低通滤波器的带宽。
2.
在FSK调制电路中的两个滑动变阻器有什么作用？
答：在FSK调制电路中的两个滑动变阻器可以调节输出波形的幅度，使得前后两极射
随电路能匹配。
2