通信原理信号源实验报告材料.docx
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通信原理信号源实验报告材料
信号源实验实验报告
（本实验包括CPLD可编程数字信号发生器实验和模拟信号源实验，共两个实验。
）
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。
3、熟悉各种模拟信号的产生方法及其用途。
4、观察分析各种模拟信号波形的特点。
二、实验内容
1、熟悉CPLD可编程信号发生器各测量点波形。
2、测量并分析各测量点波形及数据。
3、学习CPLD可编程器件的编程操作。
4、测量并分析各测量点波形及数据。
5、熟悉几种模拟信号的产生方法，了解信号的来源、变换过程和使用方法。
三、实验器材
1、信号源模块一块
2、连接线若干
3、20M双踪示波器一台
四、实验原理
（一）CPLD可编程数字信号发生器实验实验原理
CPLD可编程模块用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和各种数字信号。
它由CPLD可编程器件ALTERA公司的EPM240T100C5、下载接口电路和一块晶振组成。
晶振JZ1用来产生系统内的32.768MHz主时钟。
1、CPLD数字信号发生器
包含以下五部分：
1）时钟信号产生电路
将晶振产生的32.768MHZ时钟送入CPLD内计数器进行分频，生成实验所需的时钟信号。
通过拨码开关S4和S5来改变时钟频率。
有两组时钟输出，输出点为“CLK1”和“CLK2”，S4控制“CLK1”输出时钟的频率，S5控制“CLK2”输出时钟的频率。
2）伪随机序列产生电路
通常产生伪随机序列的电路为一反馈移存器。
它又可分为线性反馈移存器和非线性反馈移存器两类。
由线性反馈移存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移存器序列，通常简称为m序列。
以15位m序列为例，说明m序列产生原理。
在图1-1中示出一个4级反馈移存器。
若其初始状态为（
）＝（1,1,1,1），则在移位一次时
和
模2相加产生新的输入
，新的状态变为（
）＝（0,1,1,1），这样移位15次后又回到初始状态（1,1,1,1）。
不难看出，若初始状态为全“0”,即“0,0,0,0”，则移位后得到的仍然为全“0”状态。
这就意味着在这种反馈寄存器中应避免出现全“0”状态，不然移位寄存器的状态将不会改变。
因为4级移存器共有24=16种可能的不同状态。
除全“0”状态外，剩下15种状态可用，即由任何4级反馈移存器产生的序列的周期最长为15。
图1-115位m序列产生
信号源产生一个15位的m序列，由“PN”端口输出，可根据需要生成不同频率的伪随机码，码型为111100010011010，频率由S4控制，对应关系如表1-2所示。
3）帧同步信号产生电路
信号源产生8K帧同步信号，用作脉冲编码调制的帧同步输入，由“FS”输出。
4）NRZ码复用电路以及码选信号产生电路
码选信号产生电路：
主要用于8选1电路的码选信号；NRZ码复用电路：
将三路八位串行信号送入CPLD，进行固定速率时分复用，复用输出一路24位NRZ码，输出端口为“NRZ”，码速率由拨码开关S5控制，对应关系见表1-2。
5）终端接收解复用电路
将NRZ码（从“NRZIN”输入）、位同步时钟（从“BS”输入）和帧同步信号（从“FSIN”输入）送入CPLD，进行解复用，将串行码转换为并行码，输出到终端光条（U6和U4）显示。
2、24位NRZ码产生电路
本单元产生NRZ信号，信号速率根据输入时钟不同自行选择，帧结构如图1-2所示。
帧长为24位，其中首位无定义（本实验系统将首位固定为0），第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。
此NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号。
光条（U1、U2和U3）对应位亮状态表示信号1，灭状态表示信号0。
图1-2帧结构
1）并行码产生器
由手动拨码开关S1、S2、S3控制产生帧同步码和16路数据位，每组发光二极管的前八位对应8个数据位。
拨码开关拨上为1，拨下为0。
2）八选一电路
采用8路数据选择器74LS151，其管脚定义如图1-3所示。
真值表如表1-1所示。
表1-174LS151真值表
C
B
A
STR
Y
L
L
L
L
D0
L
L
H
L
D1
L
H
L
L
D2
L
H
H
L
D3
H
L
L
L
D4
H
L
H
L
D5
H
H
L
L
D6
H
H
H
L
D7
×
×
×
H
L
图1-374LS151管脚定义
74LS151为互补输出的8选1数据选择器，数据选择端（地址端）为C、B、A，按二进制译码，从8个输入数据D0～D7中选择一个需要的数据。
STR为选通端，低电平有效。
本信号源采用三组8选1电路，U12，U13，U15的地址信号输入端A、B、C分别接CPLD输出的74151_A、74151_B、74151_C信号，它们的8个数据信号输入端D0～D7分别与S1,S2,S3输出的8个并行信号相连。
由表1-1可以分析出U12，U13，U15输出信号都是以8位为周期的串行信号。
（二）模拟信号源实验实验原理
模拟信号源电路用来产生实验所需的各种低频信号：
同步正弦波信号、非同步信号和音乐信号。
（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，可用在PAM抽样定理、增量调制、PCM编码实验，作为模拟输入信号。
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（图中省略了）、同相放大器和低通滤波器三部分组成。
图2-1同步正弦波产生电路
2KHz的方波信号由CPLD可编程器件U8内的逻辑电路通过编程产生。
“2K同步正弦波”为其测量点。
U19A及周边的电阻组成一个的同相放大电路，起到隔离和放大作用，。
U19C及周边的阻容网络组成一个截止频率为2K的二阶低通滤波器，滤除方波信号里的高次谐波和杂波，得到正弦波信号。
调节W1改变同相放大器的放大增益，从而改变输出正弦波的幅度（0～5V）。
（二）非同步信号源
非同步信号源利用混合信号SoC型8位单片机C8051F330，采用DDS（直接数字频率合成）技术产生。
通过波形选择器S6选择输出波形，对应发光二极管亮。
它可产生频率为180Hz~18KHz的正弦波、180Hz~10KHz的三角波和250Hz~250KHz的方波信号。
按键S7、S8分别可对各波形频率进行增减调整。
非同步信号输出幅度为0~4V，通过调节W4改变输出信号幅度。
可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用作增量调制、脉冲编码调制实验的模拟输入信号。
图2-2非同步信号发生器电路图
（三）音乐信号产生电路
1、功用
音乐信号产生电路用来产生音乐信号，作模拟输入信号检查话音信道的开通情况及通话质量。
2、工作原理
图2-3音乐信号产生电路
音乐信号产生电路见图2-3。
音乐信号由U21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R34、D4向U21的1脚提供3.3V电源电压，当2脚通过K1输入控制电压+3.3V时，音乐片即有音乐信号从第3脚输出，经低通滤波器输出，输出端口为“音乐输出”
（四）载波产生电路
1、功用
载波产生电路用来产生数字调制所需的正弦波信号，频率有64KHz和128KHz两种。
2、工作原理
64K载波产生电路如图2-4所示，128K载波产生电路如图2-5所示
64KHz（128KHz）的方波信号由CPLD可编程器件U8内的逻辑电路通过编程产生。
“64K同步正弦波”（“64K”同步正弦波）为其测量点。
U17A（U18A）及周边的电阻组成一个的同相放大电路，起到隔离和放大作用。
U17D（U18D）及周边的阻容网络组成一个截止频率为64K（128KHz）的二阶低通滤波器，滤除方波信号里的高次谐波和杂波，得到正弦波信号。
调节W2（W3）改变同相放大器的放大增益，从而改变输出正弦波的幅度（0～5V）。
图2-464K载波产生电路
图2-5128K载波产生电路
五、实验结果
1.观测时钟信号输出波形。
拨码开关
时钟
拨码开关
时钟
0000
32.768M
1000
128K
0001
16.384M
1001
64K
0010
8.192M
1010
32K
0011
4.096M
1011
16K
0100
2.048M
1100
8K
0101
1.024M
1101
4K
0110
512K
1110
2K
0111
256K
1111
1K
根据上面表格进行测量：
2.用示波器观测帧同步信号输出波形
3.用示波器观测伪随机信号输出波形
4.观测NRZ码输出波形
1）将拨码开关S1，S2，S3设置为“011100101100110010101010”，S5设为“1010”，用示波器观测“NRZ”输出波形。
2）保持码型不变，改变码速率（改变S5设置值），用示波器观测“NRZ”输出波形。
3）保持码速率不变，改变码型（改变S1、S2、S3设置值），用示波器观测“NRZ”输出波形。
1、用示波器测量“2K同步正弦波”、“64K同步正弦波”、“128K同步正弦波”各点输出的正弦波波形，对应的电位器W1，W2，W3可分别改变各正弦波的幅度。
2、用示波器测量“非同步信号源”输出波形。
1）按键S6选择为“正弦波”，改变W4，调节信号幅度（调节范围为0～4V），用示波器观察输出波形。
2）保持信号幅度为3V，改变S7、S8，调节信号频率（调节范围为180Hz~18KHz），用示波器观察输出波形。
3）将波形分别选择为三角波、方波，重复上面两个步骤。
3、将控制开关K1设为“ON”，令音乐片加上控制信号，产生音乐信号输出，用示波器在“音乐输出”端口观察音乐信号输出波形。
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