通信原理实验指导书Word格式文档下载.docx

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1．了解多种时钟信号的产生方法。

2．掌握用数字电路产生伪随机序列码的实现方法。

3．了解PCM编码中的收、发帧同步信号的产生过程。

二、预习要求

阅读本实验原理部分内容，理解信号发生器系统的原理，熟悉各芯片的功能。

三、实验仪器仪表

1．THKTXZ-1型通信系统原理综合实验箱；

2．双踪示波器；

3．繁用表。

四、实验电路工作原理

时钟信号乃是其它各其它各级电路的重要组成部分，在通信电路及其它电路中，若没有时钟信号，则电路基本工作条件得不到满足而无法工作。

因此，我们在做电子与通信原理各项实验时，必须先对所有的时钟信号加以了解、熟悉，以便能顺利地进行后面的各项实验。

（一）电路组成

信号发生器电路是供给实验箱各实验系统的各种时钟信号和其它有用信号与测试信号，实验电原理框图见图1-1所示：

图1-1信号发生器原理框图

图1-2是信号发生器电原理图，由以下电路组成：

1．内时钟信号源；

2．多级分频及脉冲编码调制（PCMCODEC）系统收、发帧同步信号产生电路；

3．伪随机序列码产生电路；

4．简易正弦信号发生器电路。

（二）电路工作原理

1．内时钟信号源

内时钟信号源电路由晶振J101（4.096MHz）、电阻R101和R102、电容C101、非门U101：

A和U101：

B、U106：

B组成，若电路加电工作后，在U101：

A的输出端输出一个比较理想的方波信号，输出振荡频率为4.096MHz，经过D触发器进行二分频，输出为2.048MHz方波信号，输出送到信号转接开关K101的1脚。

2．三级基准信号分频电路及PCM编码调制收发帧同步信号产生电路

该电路的输入时钟信号为2.048MHz的方波，即测量点TP101端，三级基准信号分频电路及PCM编码调制收发帧同步信号均由可预置四位二进制计数器（带直接清零）组成三级分频电路组成，逐步分频变成8KHz窄脉冲。

图1-3信号发生电路输出波形图

U102、U103、U104（74LS161）的第二引脚为各级时钟输入端，输入时钟为2.048MHz、128KHz、8KHz。

数据输入端P3、P2、P1、P0均接地，为低电平。

这样每次均从零开始计数，当计数到16个脉冲后，其15引脚为进位输出端，输出一个被除16的128KHz、8KHz窄脉冲信号。

各级的Q0、Q1、Q2、Q3输出均为2分频输出波形。

由第一级分频电路产生的128KHz窄脉冲和由第二级分频电路产生的8KHz窄脉冲进行与非后输出，即为PCM编译码器中的收、发分帧同步信号，波形如图1-3所示。

3．伪随机码发生器电路

众所周知，伪随机序列，也称作m序列，它的显着特点是：

（a）随机特性（b）预先可确定性（c）可重复实现。

从而在实际通信领域中得到广泛应用。

本书的电子与通信原理实验系统中的通信系统综合实验以及其它单元实验等，都用到伪随机码发生器，主要是作为数据源，用来产生伪随机序列。

本实验电路采用的是一种带有两个反馈抽头线圈的3级反馈移位寄存器。

其原理如图1-4所示。

若设初始状态为111（Q2Q1Q0=111），则在CP时

图1-4只有两个反馈抽头的伪随机序列码发生器图1-5状态转移图

表1-1

CPU时钟

移位次数

转移状态

Q2

Q1

Q0

假设初始状态

1

第一次移位后所得到的状态

第2次移位后所得的状态

第3次移位后所得的状态

第4次移位后所得的状态

第5次移位后所得的状态

第6次移位后所得的状态

第7次移位后所得的状态

图1-6是本实验系统中伪随机序列码发生器的实际电原理图。

从图中可知，这是由三级D触发器和异或门组成的3级反馈移存器。

在测量点TP108处的码型序列为1110010周期性序列。

该电路为了连续产生序列波形，防止全零状态出现，则将三级D触发器的Q端分别连接到非门U108：

A（74LS10）的三个输入端，与非门的输出端接到D触发器U105：

A（74LS74）的第四端（该端为置“1”），这样，一旦出现三级D触发器的输出端（Q端）出现全零状态时，或三级D触发器的Q端为全“1”状态。

这时与非门的输出端立即输出低电平，使D触发器U105：

A的Q端输出置“1”，电路又恢复正常工作，即电路不可能回到Q2Q1Q0=000状态。

从而保证状态转移图在7个非0状态下循环。

该电路的工作时钟有32MHz、2KHz两种工作方式可供选择，由CPU中央集中控制单元进行控制，使输出不同速率的伪随机序列码序列。

4．简易正弦波信号发生器

图1-7是简易正弦信号发生器电路图，其实是一个截止频率为ωH二阶低通滤波器和一个截止频率为ωL的二阶高通滤波器组合而成。

其二阶高通滤波器由U004：

D、C102、C103、W101、R103、R105、R104组成。

其二阶低通滤波器由U004：

C、R106、R107、R108、R109、C105、C104组成。

其通带范围为：

ωL≤ω≤ωH

图1-67位周期序列伪随机码电原理图

可根据低通滤波器和高通滤波器的计算方法得到其通频带频率范围约为300Hz~3.4KHz

其通频带的增益约为8dB。

然而在实际电路中，这些参数可能与该理论计算值有些差异。

图1-7简易正弦信号发生器电路图

五、实验内容

1．用内时钟信号源产生的信号作为总时钟输入，分别分析各级电路，并测出各测量点波形。

2．分析伪随机码发生器的工作原理并画出输出波形。

六、实验步骤及注意事项

1．接通交流电流，按下开关K2、K100，相对应的指示发光二极管D6、D101亮，使电路工作。

在观察简易正弦波信号时，还应按下K1、K4相对应的指示发光二极管，D5、D8亮。

2．注意信号转接开关K101、K102的作用，即

K101：

内时钟信号源的选择开关；

K102：

简易信号源频率选择开关；

K1021-2：

送入2KHz方波信号；

K1022-3：

送入1KHz方波信号；

K1024-5：

送入4KHz方波信号；

3．分析该实验电路的电原理图，并理解其工作过程。

4．伪随机码时钟和伪随机码PN都受CPU控制，应结合CPU操作内容来观察。

5．在分析和测试伪随机码发生器的输出波形时，注意观察并记录时钟速率不同时的输出波形。

6．在测试正弦波信号发生器输出波形时，注意调节W101、W102两个电位器，观察输出信号波形的变化。

7．在分析和测试PCM编译码电路中使用的8KHz窄脉冲作收、发分帧同步信号时，先分析该电路的各点工作波形与时序关系。

然后画出波形图，并用示波器对各个测试点进行测试，并作详细的分析验证。

电路中的U109：

A、B、C、D、（74LS04）四个反相器的作用是对该128KHz窄脉冲进行延时，使输出的8KHz分帧同步信号更加稳定、可靠，消除毛刺，其波形如图1-8所示。

（a）不加四极反相器（无延时）的输出波形

（b）加四级反相延时器时（延时）的输出波形

图1-88KHz分频同步信号输出波形

七、讨论思考题

1．实验电路中的内时钟信号源产生和由两级非门、晶振、电阻电容元件

组成反馈式振荡器。

能否用其它形式的电路产生时钟信号，举例说明。

2．时钟信号的分频电路能否用其它方法产生，要求电路尽量简要、清楚。

有哪些方法？

画出原理图。

3．伪随机序列发生器中，如果在Q2与Q1级间再加上一级移存器QS，试分析该电路的工作过程并画出输出波形。

见图1-10所示。

图1-10增加QS时的伪随机码序列发生器电路

4．理解并分析正弦波测试信号发生器电路后，试再用其它方法产生正弦波信号。

举例说明，并画出电路图。

八、实验报告要求

1．分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。

2．根据实验测试记录，画出各测量点的波形图。

3．对实验讨论思考题加以分析，并作出原理图与工作波形图。

4．写出本实验的心得体会，对本实验有什么要求与意见提出来。

实验二中央集中控制器系统单元实验

1．了解单元微型计算机在通信电路系统中的应用。

2．了解该系统单元对其它实验系统中的管理、控制与检测过程。

3．熟悉键盘操作方法。

二、实验预习要求

预习《MCS-51系列单片微型计算机原理及其应用》等相应材料。

中央集中控制器是该综合实验系统中的中心控制部分，它控制着各部分实验电路的工作，采用MCS-51单片计算机技术，对全部系统实现集中管理与控制，学生上机作某项实验或综合实验时，由辅助键盘进行操作，可选择各种方式的实验，实验过程中，系统能自动检测，通过数码管指示，即可了解实验系统的全部工作状态。

图2-1是中央集中控制器电路框图，图2-2是中央集中控制器原理图。

图2-1中央集中控制电路框图

（二）电路基本工作原理

1．键盘输入电路

在扩展AT89C51单片计算机系统时，除了配置扩展外部存储器外，也要对I/O口的扩展进行考虑，这主要使单片机能按照要求工作，就必须将必要的命令和数据输入到单片机中，这就需要配置一定的输入设备。

在本实验系统中，输入设备选用的是键盘，键盘是单片计算机中一个很关键的部件，它能实现向单片计算机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段，其键盘与AT89C51单片计算系统接口电路框图如图2-3所示。

图2-3　键盘与AT89C51单片计算机系统的电路框图

图2-4是键盘输入原理电路，由图2-3与图2-4可看出，共有14个功能键，它们与各实验单元及代码的对应关系如下：

键名实验单元代码

“CLK”键信号发生器单元——“1”

“PAM”键脉冲振幅调制单元——“2”

“PCM”键脉冲编码调制单元——“3”

“ΔM-T”键增量调制器编码单元——“4”

“ΔM-R”键增量调制器译码单元——“5”

“FSK”键FSK调制解调单元——“6”

“VCO”键基本锁相环频率合成器单元——“7”

“PSK”键DPSK调制解调单元——“8”

“EYE”键眼图实验——“9”

“SYN”键综合实验系统单元——“0”

“FH”键基本锁相环与频率合成器单元——“FH”

“RST”键中央集中控制器系统单元——“P”

“STAT”键中央集中控制器系统单元——“STAT”

“STOP”键中央集中控制器系统单元——“STOP”

图2-4键盘输入原理图

1）在做某项实验时，首先按“复位”键，数码管循环显示“P”后，显示全部“零”，表示此时CPU已全部“清零”。

然后按下“开始”键，CPU扫描到该键并记忆，数码管显示“STAT”，然后再依次扫描其它键盘的输入情况，此时再键入此项实验的代码键，则CPU扫描到该键有输入，