通信原理实验指导书简Word文档下载推荐.docx

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可完成本实验箱的自环单工通信实验，也可完成两台实验箱间的双工通信实验。

16、频移键控FSK（ASK）解调模块

完成频移键控FSK解调实验，ASK解调实验。

17、相移键控BPSK（DPSK）调制模块

完成相移键控BPSK（DPSK）调制实验。

可对方波，伪随机码，及计算机数据等信号进行调制输出；

18、相移键控BPSK（DPSK）解调模块

完成相移键控BPSK（DPSK）解调实验。

实验一CPLD可编程数字信号发生器实验

一、实验目的

1．熟悉各种时钟信号的特点及波形；

2．熟悉各种数字信号的特点及波形。

二、实验仪器

1.RZ8621D实验箱1台

2.20M双踪示波器1台

三、实验电路的工作原理

（一）、CPLD可编程模块二电路的功能及电路组成

图1-1是CPLD可编程模块的电路图。

CPLD可编程模块（芯片位号：

U101）用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和数字信号。

它由CPLD可编程器件ALTERA公司的EPM240（EPM7128或者是Xilinx公司的XC95108）、下载接口电路（J101）和一块晶振（JZ101）组成。

晶振用来产生16.384MHz系统内的主时钟。

本实验要求参加实验者了解这些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，才可通过CPLD可编程器件的二次开发（本实验箱提供专门的开发模块）生成这些信号，理论联系实践，提高实际操作能力。

（二）、各种信号的功用及波形

1．12脚输入16.384MHz主时钟，方波。

由晶振JZ101产生的16.384MHz时钟，经电阻R111，从12脚送入U101进行整形，然后分频、产生各种信号输出。

2．27脚，输出2.048MHz时钟，方波。

3．100脚，输出1.024MHz时钟，方波。

4．6脚，输出64KHz时钟，方波。

5．2脚，输出32KHz时钟，方波。

6．1脚，输出16KHz时钟，方波。

7.33脚，输出32KHz伪随机码。

8.5脚，输出2KHz伪随机码。

9.69脚，输出8KHz的窄脉冲同步信号，供PCM

（一）编码模块用（时隙可变）。

10．70脚，输出8KHz的窄脉冲同步信号，供PCM

（二）编码模块用（时隙可变）。

8KHz的窄脉冲同步信号,可通过编程来改变它们的时序和脉冲宽度，学生可通过薄膜键盘选择，供PCM

（一）模块、PCM

（二）模块使用

电原理示意图见如图1－1所示，由CPLD芯片U101、下载接口电路J101、一块晶振JZ101及外围一些电容电阻组成（有兴趣的同学，可以到网上搜索相关原器件的详细资料）。

本实验平台中所有数字信号都是由同一个信号源JZ101分频产生，所以频率相同或者频率成倍数关系的数字信号，都有相对固定的相位关系。

图1-1CPLD可编程模块电路示意图

四、实验内容

1．熟悉CPLD可编程数字信号发生器各测量点信号波形。

2．查阅CPLD可编程技术的相关资料，了解这些信号产生的方法。

五、实验步骤

1．打开电源总开关，电源指示灯亮，系统开始工作。

2．用示波器测出下面所列各测量点波形，并对每一测量点的波形加以分析。

GND为接地点，测量各点波形时示波器探头的地线夹子应先接地。

各测量点波形如图1－2所示，具体说明如下：

以下信号均由CPLD可编程器件EPM240芯片编程产生并送往各测量点。

TP301：

1024KHz的时钟信号，作为PSK调制模块中产生载频信号用。

TP901：

32KHz的时钟信号，作为FSK调制模块中产生载频信号用。

TP602：

方波信号，作为抽样定理模块中抽样时钟用。

可由薄膜键盘选择“抽样定理模块”中不同的抽样时钟信号（默认为2KHz方波）。

TP503:

8KHz的窄脉冲同步信号,可通过薄膜键盘选择不同时隙。

32KB/S伪随机码

8Hz窄脉冲

32KHz方波

1024KHz方波

测量时将示波器通道1的探头放在TP509上（固定0时隙和脉冲宽度），将通道2的探头放在TP503上，调整通道1为触发通道，通过薄膜键盘选择“PCM编译码模块”中不同选项，对比两路波形可以看到8KHz的窄脉冲同步信号不同的时序关系和脉冲宽度。

TP110：

15位的伪随机序列码，码元速率为32Kb/S，码型为111100010011010，可对比TP901的32KHz的时钟信号读出它的码型序列。

该波形用来输岀到PSK调制等模块单元，作为数字基带信号。

TP905：

K901开关的1-2脚短接，15位的伪随机序列码，码元速率为2Kb/S，码型为111100010011010，可对比TP001的2KHz的时钟信号读出它的码型序列。

该波形用来输岀到FSK调制模块单元，作为FSK调制的数字基带信号（默认2KHzPN），也可通过薄膜键盘选择2KHz方波。

本实验平台中CPLD可编程器件EPM240芯片产生的信号还有很多，学生可在以后实验过程中逐步遇到。

图1-2CPLD可编程模块产生的部分信号波形示意图

五、实验报告要求

1．分析各种时钟信号及数字信号产生的方法，叙述其功用。

2．画出各种时钟信号及数字信号的波形。

3．了解CPLD可编程技术方面的知识。

实验二各种模拟信号源实验

一、实验目的：

1．熟悉各种模拟信号的产生方法及其用途；

2．观察分析各种模拟信号波形的特点。

2.20M双踪示波器1台

3.铆孔线1根

4.小平口螺丝刀1只

5.电话单机1台（选用）

三、电路工作原理

模拟信号源电路用来产生实验所需的各种音频信号：

同步正弦波信号、非同步简易信号、话音信号、音乐信号，白噪声等。

（一）同步信号源（同步正弦波发生器）

1．功用

同步信号源用来产生与编码数字信号同步的2KHz正弦波信号，可作为抽样定理PAM、增量调制CVSD编码、PCM编码实验的输入音频信号。

在没有数字存贮示波器的条件下，用它作为编码实验的输入信号，可在普通示波器上观察到稳定的编码数字信号波形。

2．电路原理

图2-1为同步正弦信号发生器的电路图。

它由2KHz方波信号产生器（图2-1中SC2K表示）、低通滤波器和输出放大电路三部分组成。

2KHz方波信号（SC2K）由CPLD可编程器件U101内的逻辑电路通过编程产生。

TP001为其测量点。

U001A及周边的阻容网络组成一个截止频率为ωL的低通滤波器，用以滤除各次谐波,只输出一个2KHz正弦波，TP002“同步输出”铜铆孔为其输出点。

2K正弦波通过铜铆孔输出可供PAM、PCM、CVSD（

M）模块使用。

W001用来改变输出同步正弦波的幅度。

（二）非同步信号源

非同步信号源是一个简易信号发生器，它可产生频率为0.3～4KHz频率可调的正弦波信号、三角波信号和方波信号，输出幅度为0～10V（一般使用范围0～4V）连续可调（注：

可改变某些器件参数调整频率、幅度的输出范围）。

可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用做PAM、PCM、CVSD（

M）模块的音频信号源，信号波形见图2-7所示。

2．工作原理

非同步信号源的电路图如图2-2所示。

它由集成函数发生器ICL8038（或者XR2206，这里不做介绍）和一些外围电路组成。

ICL8038是大规模集成电路，它的内部电路主要有矩形波、三角波或正弦波发生器电路，正弦波由管脚2输出，三角波由管脚3输出，矩形波管脚9输出。

管脚8为频率调节（简称调频）电压输入端。

振荡频率与调频电压成正比，其线性度约为0.5%（详细用法可到网上查找）。

一般情况下，正弦波信号（频率在0.3～3.4KHz间）易于观察和分析，且完全满足本平台通信原理实验的需要，所以我们建议使用正弦波输出作为非同步信号源。

信号形式可由K002选择输出，调节W003可使其振荡频率在0.3～3.4KHz间变化，幅度由W002调节（可在0～4V间无失真变化），占空比由W004调节。

TP003“非同步输出”铜铆孔为其输出点。

非同步正弦波通过铜铆孔输出可供PAM、PCM、CVSD（

图2-1同步正弦信号发生器电路图

（三）音乐信号产生电路

音乐信号产生电路用来产生音乐信号送往音频终端电路，以检查话音信道的开通情况及通话质量。

音乐信号产生电路见图2-3。

音乐信号由U004音乐片厚膜集成电路产生。

该片的1脚为电源端，2脚为控制端，3脚为输出端，4脚为公共地端。

VCC经R018、D003向U004的1脚提供3.3V电源电压，当2脚通过SW001接触开关触发输入控制电压+3.3V时，音乐片即有音乐信号从第3脚输出，经TP005“音乐输出”铜铆孔送往各实验模块。

（四）外加模拟信号输入电路

在一些特殊情况下，简易正弦波信号形式不能满足实验要求，就要用外加信号源提供所需信号。

例如要定量地测试通信话路的频率特性时需要使用频率、电平与输出阻抗都很稳定的频率范围很宽的音频测试信号，这就需要外接音频信号产生器或函数信号发生器。

外加模拟信号输入电路为它们提供了连接到实验的接口电路。

外加模拟信号加入S02接口，转接后由P01铜铆孔“外加模拟输出”输出送往各实验模块。

（五）模拟电话输入电路

图2-4是专用电话集成电路组成的电话模块电路。

J01是电话机的水晶头接口，D001为摘机检测显示，U003是PBL38710/1专用电话集成电路。

它的工作原理是：

当对电话机的送话器讲话时，该话音信号从PBL38710/1的TIPX和RINGX引脚输入，经U003内部话音信号传输处理后从第19引脚（VTX）输出。

由VTX引脚来的模拟电话输出信号经“电话模拟发”TP004T铜铆孔送出，可作为语音信号输出用

当接收对方的话音时，送入U003第16引脚（RSN）的对方模拟电话输入信号可由“电话模拟收”TP004R铜铆孔送入。

有时输入信号需要先经过右下脚的“音频功放”，再由TP007处通过铆孔线连接送入铜铆孔TP004R（功放电原理图，如图2-5）。

（六）音频功放电路

如图2-5,U005为NE555芯片。

在接收端，各种信号经过连接线接入TP006“输入”后，进入功放电路。

信号幅度可由W005进行调节，最后由扬声器输出，其测量铆孔为TP107。

在TP007处用示波器观察话音输出波形，通过喇叭听话音，感性判断该系统对话音信号的传输质量。

图2-2非同步正弦波信号发生器电路图

图2-3音乐信号产生电路图

图2-4电话模块电原理图

图2-5音频功放电原理图

四、实验内容

1．用示波器在相应测试点上测量并熟悉各点波形：

同步正弦波信号、非同步简易信号、电话语音输出信号、音乐信号及外加模拟信号输入电路等。

2．熟悉上述各种信号的产生方法，并了解信号流程。

1．打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮。

2．用示波器测量TP001、TP002、TP003、TP004T、TP004R、TP005等各点波形。

3．将各模拟信号由相应铜铆孔输出，通过连接线接入TP006铜铆孔，此时模拟信号可由喇叭输出（K001的1-2连通），学生可直观地感受各模拟信号间的差别

4．模拟信号源模块有关器件接口介绍

TP002：

同步正弦波输出，频率2KHZ，幅度可调（一般峰峰值2V）。

TP003：

非同步信号输出，一般使用范围0.3～3.4KHZ，幅度可调（一般峰峰值2V）。

TP005：

音乐信号输出，SW001触发后产生。

TP004T：

模拟电话信号发。

TP004R：

模拟电话信号收。

TP006：

功放输入。

TP007：

功放放大后输出。

TP108：

高斯白噪声。

SW001：

音乐信号触发按钮（有些无需触发）。

K002：

非同步信号形式选择。

S01：

外加数字信号输入。

S02：

外加模拟信号输入。

S03：

误码测试时钟输出接口。

S04：

误码测试数据输入接口。

SW03：

误码测试时钟模块选择，1-2：

FSK，2-3：

PSK。

电位器调节

W001：

同步正弦波信号幅度调节。

W002：

非同步信号幅度调节。

W003：

非同步信号频率调节。

W004：

非同步信号直流分量调节（一般调节支流分量为0）。

W005：

功放放大幅度调节。

W101：

噪声幅度调节。

六、各测量点波形

TP001：

2KHz方波，由EPM240芯片编程产生。

TP002：

与TP001工作时钟同步输出的2KHz的正弦波信号。

TP003：

0.3~3.4KHz的非同步信号，可通过K002选择正弦波、三角波和方波，通过W003来改变频率，通过W002来改变其幅度。

TP004T：

电话电路送往各编码器模块的模拟话音信号。

作为电话电路的去话信号。

作为电话电路的来话信号输入接口。

音乐电路模块输出音乐信号，通过SW001触发产生。

P01：

外加模拟信号输出。

外加模拟信号由S02接口加入本实验箱，再由P01“外加模拟输出”铜铆孔输出送往各实验模块。

高斯白噪声，噪声幅度由W101调节。

本模块产生的原理这里就不做详细介绍。

七、实验报告要求

1．画出各测量点波形，并进行分析。

2．画出各模拟信号源的电路框图，叙述其工作原理。

3．记录实验过程中遇到的问题并进行分析。

实验三抽样定理与PAM调制解调实验

1.通过对模拟信号抽样的实验,加深对抽样定理的理解；

2.通过PAM调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点；

3.通过对电路组成、波形和所测数据的分析，了解PAM调制方式的优缺点。

1.RZ8621D实验箱1台

2.20M双踪示波器1台

3.铆孔线2根

4.小平口螺丝刀1只

三、实验电路工作原理

抽样定理的大意是，如果对一个频带有限的时间连续的模拟信号抽样，当抽样速率达到一定数值时，那么根据它的抽样值就能重建原信号。

也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需传输按抽样定理得到的抽样值即可。

因此，抽样定理是模拟信号数字化的理论依据。

通常，按照基带信号改变脉冲参量（幅度、宽度和位置）的不同，把脉冲调制分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM）。

虽然这三种信号在时间上都是离散的，但受调参量是连续的，因此也都属于模拟调制。

关于PDM和PPM，国外在上世纪70年代研究结果表明其实用性不强，而国内根本就没研究和使用过，所以这里我们就不做介绍。

本实验平台仅介绍脉冲幅度调制，因为它是脉冲编码调制的基础。

抽样定理和脉冲幅度调制实验系统框图如图3-1所示，电原理图如如图3-2所示，由输入电路、高速电子开关电路、脉冲发生电路、解调滤波电路、功放输出电路等五部分组成。

图3-1脉冲振幅调制电路原理框图

图3-2抽样定理及PAM电原理示意图

1.抽样定理实验；

2.脉冲幅度调制（PAM）及系统实验。

五、实验步骤及注意事项

抽样定理及PAM通信系统实验步骤

用连接线将模拟信号送入TP601，用示波器在TP601处观察，以该点信号输出幅度不失真时为好，如有削顶失真则减小相应信号源的输出幅度。

通过薄膜键盘选择不同频率的抽样脉冲有8K时钟、16K时钟、8KHz窄脉冲。

（1）在一定频率的模拟信号下，薄膜键盘选择不同的抽样时钟，用示波器观测TP601～TP604各点波形，并做详细记录、绘图。

抽样过程波形示意图（如图3-3）

（2）在一定频率的抽样时钟下fs，调节模拟信号源的频率f。

即改变抽样时钟与模拟信号间的频率关系，使fs＜2f或2f＜fs，用示波器两通道同时观测TP601和TP604两点输出的波形，调节信号频率，以判断和验证抽样定理在系统中的正确性，同时做详细记录和绘图，记下在系统通信状态下的奈奎斯特频率。

并分析比较。

（3）在TP604处可用示波器观察抽样信号滤波还原后输出波形，或者通过喇叭听话音，感性判断该系统对话音信号的传输质量。

PAM通信系统，也就是说可以在信道中直接传输抽样后的信号，但由于它们抗干扰能力差，目前很少实用。

它已被性能良好的脉冲编码调制（PCM）所取代。

六、测量点说明

TP601：

模拟信号输入，信号幅度不宜过大。

若幅度过大，抽样信号的波形就会失真，因此需调整送入的模拟信号的幅度（幅度在2V左右）。

方法是：

调整相应的模拟信号源输出幅度。

TP602：

抽样时钟波形输出。

其抽样时钟波形的频率由薄膜键盘选择输入，有8K方波，16K方波，8K窄脉冲。

TP603：

抽样信号输出。

抽样信号失真时调节电位器W601。

TP604：

模拟信号还原输出。

TP601

TP602

TP603

TP604

图3-3抽样过程波形示意图

1.列出所测各点的波形、频率、电压等有关数据。

2.根据实验参数，验证抽样定理。

3.（选作）请设计另一种抽样电路，并说明其实现过程。

实验四脉冲编码调制PCM与时分复用实验

—、实验目的

1.加深对PCM编码过程的理解；

2.熟悉PCM编、译码专用集成芯片的功能和使用方法；

3.了解PCM系统的工作过程；

4.掌握时分多路复用的工作过程；

5.用同步正弦波信号观察A律PCM八比特编码的实验。

3.铆孔线5根

（一）PCM基本工作原理

脉冲调制就是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中传输。

脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，量化、编码的过程。

所谓抽样，就是在抽样脉冲来到的时刻提取对模拟信号在该时刻的瞬时值，抽样把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

抽样速率的下限是由抽样定理确定的。

在该实验中，抽样速率采用8Kbit/s。

所谓量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。

一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。

所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。

然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。

PCM的原理如图4-1所示。

话音信号先经防混叠低通滤波器，进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码后转换成二进制码。

对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有28=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。

为解决均匀量化时小信号量化误差大、音质差的问题，在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，而在大信号时分层疏、量化间隔大。

在实际中广泛使用的是两种对数形式的压缩特性：

A律和律。

A律PCM用于欧洲和我国，律用于北美和日本。

它们的编码规律如图4-3所示。

图中给出了信号抽样编码字与输入电压的关系，其中编码方式

（1）为符号/幅度数据格式，Bit7表示符号位，Bit6～0表示幅度大小；

（2）为A律压缩数据格式，它是

（1）的ADI（偶位反相）码；

（3）为律压缩数据格式，它是由

（1）的Bit6～0反相而得到，通常为避免00000000码出现，将其变成零抑制码00000010。

对压缩器而言，其输入输出归一化特性表

图4-1PCM的原理框图

图4-2A律与律的压缩特性

图4-3PCM编码方式

示式为:

A律:

μ律:

（二）PCM编译码电路

PCM编译码电路TP3067芯片介绍，详见所附光盘TP3067芯片文件。

1.编译码器的简单介绍

模拟信号经过编译码器时，在编码电路中，它要经过取样、量化、编码，如图4-4（a）所示。

到底在什么时候被取样，在什么时候输出PCM码则由A/D控制来决定，同样PCM码被接收到译码电路后经过译码、低通滤波、放大，最后输出模拟信号，把这两部分集成在一个芯片上就是一个单路编译码器，它只能为一个用户服务，即在同一时刻只能为一个用户进行A/D及D/A变换。

编码器把模拟信号变换成数字信号的规律一般有二种，一种是μ律十五折线变换法，它一般用在PCM24路系统中，另一种是A律十三折线非线性交换法，它一般应用于PCM30/32路系统中，这是一种比较常用的变换法.模拟信号经取样后就进行A律十三折线变换，最后变成8位PCM码，在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去，这个时序号是由A/D控制电路来决定的，而在其它时隙时编码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧里只有一个由它自己的A/D控制电路决定的时隙里输出8位PCM码，同样在一个PCM帧里，它的译码电路也只能在一个由它自己的D/A控制电路决定的时序里，从外部接收8位PCM码。

其实单路编译码器的发送时序和接收时序还是可由外部电路来控制的，编译码器的发送时序由A/D控制电路来控制。

我们定义为FSx（发送时隙）和FSr（接收时隙），要求FSx和FSr是周期性的，并且它的周期和PCM的周期要相同，都为125μS，这样，每来一个FSx，其编码器（Codec）就输出一个PCM码，每来一个FSr，其编码器Codec就从外部输入一个PCM码。

图4-4（b）是PCM的译码电路方框图，工作过程同图4-4（a）相反，因此就不再讨论了。

图4-4（a