通信原理课程设计.docx
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通信原理课程设计
目录
一、PAM调制器基本原理1
二、PAM调制器的设计原理和框图3
2.1PAM调制器设计原理3
2.2PAM调制器总原理框图3
三、各单元电路设计4
3.1方波发生器4
3.2二分频5
3.3波形变换:
7
3.4反相器:
8
3.5脉冲放大9
3.6取样门10
四、系统仿真12
4.1SystemView仿真简述12
4.2系统仿真步骤12
4.3仿真器件参数设置13
4.4系统仿真图与波形:
13
五、心得体会16
附录一17
附录二18
一、PAM调制器基本原理:
1.1幅度调制原理:
脉冲振幅调制（PAM）是脉冲调制中最常用的一种调制方式，它是把模拟信号变为一系列在时间上离散的窄脉冲，这些窄脉冲的幅度随模拟信号瞬时值的变化而变化，从PAM信号的幅度来看仍然是连续的，因此，这种信号仍属模拟信号的范畴。
PAM是抽样定理的一个运用，抽样定理指出，一个频带受限的信号m（t），如果它的最高频率为fh，则可以唯一地由频率等于或大于2fh的样值系列所决定。
在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。
并且，可以从抽样信号中无失真地恢复出原始信号。
抽样定理的原理框图如下图1.1所示
输入信号
图1.1抽样定理的原理框图
二、PAM调制器的设计原理和框图：
2.1PAM调制器设计原理
通常人们谈论的调制技术是采用的连续振荡波形（正弦型信号）作为载波的，然而，正弦型信号并非是唯一的载波形式。
在时间上离散的脉冲串，同样可以作为载波，这时的调制是用基带信号去改变脉冲的某些参数而达到的，常吧这种调制称为脉冲调制。
通常，按基带信号改变脉冲参数（幅度、宽度、时间位置）的不同，把脉冲调制分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM或PWM）和脉冲位置调制（PPM）。
上述脉冲调制的特点是已调信号在时间上虽然是离散的，但脉冲参数的变化是连续的（模拟的），即他们可以取允许范围内的任意值，因此称为脉冲模拟调制。
所谓脉冲振幅调制（PAM），是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。
如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则前面所得的取样信号，实际上就是PAM信号。
不过那是一种理想情况。
由于理想取样信号的频谱占据了从-∞到∞的整个带宽，不可能产生真正的理想冲激，因此实际上并不可能实现理想取样。
使用非理想取样，信号也能无失真的恢复。
因此取样通常使用有限宽度的窄脉冲来实现。
一个频带受限信号m（t），如果它的最高频率为fH（即m（t）的频谱中没有fH以上的分量），可以唯一地由频率fs等于或大于2fH的样值序列所决定。
因此，对于一个最高频率为3400Hz的语音信号m（t），可以用频率fs大于或等于6800Hz的样值序列来表示。
实际上考虑到低通滤波器特性不可能理想，对最高频率为3400Hz的语音信号，通常采用8KHz抽样频率，这样可以留出1200Hz的防卫带。
2.2PAM调制器总原理框图
PAM调制器总原理框图如下图2-1所示：
采用一个多谐振荡器作为方波发生器，产生一个频率为16KHz的方波信好；经过一个由D触发器组成的二分频电路，将信号频率变为8KHz；取样通常使用有限宽度的窄脉冲来实现，采用单稳态触发器调节脉冲宽度，得到一个8KHz的窄脉冲；利用三极管的放大特性放大脉冲信号；场效应管具有开关特性，用方波信号控制场效应管的G级对语音信号进行取样，输出一个PAM信号。
语音信号
图2-1PAM调制器设计框图
三、各单元电路设计：
3.1方波发生器:
多谐振荡器（AstableMultivibrator）实际上是方波发生器，是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。
由于矩形波中除基波外还包含了许多高次谐波分量。
因此，习惯上又将矩形波振荡器又称为多谐振荡器。
如图3-1所示：
图3-1多谐振荡器
工作原理：
设电路的初态为vO1=1,vO2=0，这种状态下不可能持久维持，因为vO1的高电平必然通过vO1→R→C→vO2向C充电，使vI1不断上升，当vI1＞VT时，G1输出低电平，G2输出高电平，即vO1=0，vO2=1。
这个状态也不能持久，因为vO2的高电平必然通过vO2→C→R→vO1使电容C放电，使vI1逐步减少，当vI1＜VT时，G1输出高电平，即又回到vO1=1，vO2=0的状态，周而复始产生方波。
图3-2方波的产生
3.2二分频:
在各种复杂的数字电路中，不但需要对二值信号进行算术运算和逻辑运算，还经常需要将这些信号和运算结果保存起来。
为此，需要使用具有记忆功能的基本逻辑单位。
能够储存一位二值信号的基本单元电路统称为触发器。
触发器的电路结果形式有多种，他们的触发方式和逻辑功能也各不相同。
D
Q
Q*
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
表3-1
凡在时钟信号作用下逻辑功能符合表3-1特性表所规定的逻辑功能者，无论触发方式如何，均称为D触发器。
在此次课程设计中利用D触发器实现二分频，如下图3-3所示，D触发器的状态方程为：
Qn+1=D。
其状态的更新发生在CP脉冲的边沿，74LS74（CC4013），74LS175（CC4042）等均为上升沿触发，故又称之为上升沿触发器的边沿触发器，触发器的状态只取决于时针到来前D端的状态。
图3-3双D触发器
原理：
时钟信号CLK为16K的方波信号，D触发器为边沿触发器，将反相输出端“Q反”与D端连接在一起，由CLK输入信号，当时钟信号在下降沿时开始工作，当D输入1时，Q反输出为0，同时反馈给D，此时Q反为1再反馈给D，则Q为1输出，其利用反馈，当输入两次是输出一次，从而达到分频效果，输出端Q输出的信号即为二分频信号。
图3-4二分频电路的输入波形和输出波形
二分频电路的输入波形和输出波形如图3-4所示。
图3-5利用D触发器实现二分频电路
3.3波形变换:
单稳态电路只有一个稳定状态。
在外界触发脉冲的作用下，电路从稳态翻转到暂态，在暂态维持一段时间之后，又返回稳态，并在输出端产生一个矩形脉冲。
单稳电路采用555定时器构成的单稳态电路，其单稳电路如图2.3.1所示。
3.5脉冲放大:
双极结型三极管（BJT）是由两个PN结组成的三端有源器件，分NPN和PNP两张类型，它的三个端子分别称为发射极e、基极b和集电极c。
由于硅材料的热稳定性好，因而硅BJT得到广泛应用。
BJT是一种三端器件，内部含有两个离得很近的背靠背排列的PN结（发射极和集电极）。
两个PN结上加上不同极性、不同大小的偏置电压时，半导体三极管呈现不同的特性和功能。
BJT是放大电路最重要的组成之一。
放大电路的功能是将微弱的电信信号不失真地放大到需要得的数值。
为了增强微弱的电信号，几乎每个电子系统中都要用到放大电路。
脉冲放大原理如图3-9所示，当输入信号Si（t）为高电平时，三极管D1导通，
输出信号Sf（t）输出电压为+5V；当输入信号Si（t）为低电平时，三极管D1截止，通过RC电路，使得输出信号Sf（t）输出电压为-9V。
从而实现了信号的放大。
图3-9脉冲放大
3.6取样门:
场效应管（FET）是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。
这种器件不仅兼有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点，因而获得了广泛的应用，特别是MOSFET在大规模和超大规模集成电路中占有重要的地位。
FET有两种主要类型：
金属—氧化物—半导体场效应（MOSFET）和结型场效应管（JFET）。
由于MOSFET制造工艺的成熟使他的体积可以做到很小，从而可以制造高密度的超大规模集成（VLSI）电路和大容量的可编程器件货存储器。
结型场效应管中的结可以是一个普通的PN结，构成通常所说的JFET；也可是一个肖特基（Schottky）势垒珊结，构成一个金属—半导体场效应管，即MESFET。
MESFET可用在高速或高频电路中，如微波放大电路。
BJT是电流控制器件，有两种载流子参与导电，属于双极性器件；而FET是电压控制电流器件，只依靠一种载流子导电，因而属于单极性器件。
虽然两种器件的控制原理有所不同，但通过类比可发现，组成电路的形式极为相似。
MOS场效应管是数字电路最常用的器件，在合适的出入信号作用下，具有开关特性。
此次课程设计就是利用MOS场效应管的开关特性来对语音信号进行取样。
原理如图3-9所示：
图3-10场效应管
MOS场效应管的漏极（D）接语音信号，栅极（G）接取样脉冲，源极（S）为输出。
根据图3-11可知，当UGSUP时,ID不为0，管子导通。
利用RC电路控制取样门，输出得到PAM信号。
图3-11MOS场效应管的转移特性
四、系统仿真:
4.1SystemView仿真简述:
本次课程设计采用SystemView来进行仿真。
PAM系统仿真采用systemview软件进行仿真。
SystemView软件介绍：
1、SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真分析的可视化软件工具。
它界面友好，使用方便。
2、SystemView是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。
它可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。
3、SystemView以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。
使用SystemView你只需要关心项目的设计思想和过程，而不必花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。
用户只需使用鼠标器点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试，而不必学习复杂的计算机程序编制，也不必担心程序中是否存在编程错误
4.2系统仿真步骤：
1.系统框图初步确定仿真所要求的元器件在Systemview连好仿真图，并进行仿真。
2.对初步仿真的结果进行核查，并找出比较合适的参数。
3.找出比较合适的波形，并记录好各元器件的参数。
4.3仿真器件参数设置:
仿真器件参数设置如下图4-1所示：
4.4系统仿真图与波形:
系统仿真图如下图4-2所示：
图4-2系统仿真图
输入信号源波形如图4-3所示
图4-3输入信号源波形
图4-3为示波器6所示图形，该图形为语音信号。
由原理图可得语音信号为高斯白噪声通过一个0.3K到3.4K的带通滤波器产生。
抽样后的信号波形如图4-4所示:
图4-4抽样后的信号波形
图4-4为示波器7（Sink7）所示图形，该图形为PAM信号，语音信号通过放大后通过8KHz的抽样信号进行抽样最后可以得到PAM信号。
抽样恢复后的信号波形如图4-5所示：
图4-5抽样恢复后的信号波形
图4-5为示波器6（Sink6）所示图形，该图形为还原的语音信号，语音信号通过乘法器后，将得到的信号通过放大器在将其通过低频滤波器便得到其还原的语音信号。
抽样脉冲波形如图4-6所示：
图4-6为示波器1（Sink1）所示图形，该图形为8KHz的语音信号，通过一个方波信号源可产生得。
图4-6抽样脉冲波形图
五、心得体会
进入大学以来也做过很多课程设计了，这是通信原理的课程设计，所以又是一个区别于其他的课程的课程设计。
要想把它做好就得用心去做，不仅在态度上要严谨，还要抱着一颗求真的心。
这一次的课程设计不仅使我更加深刻的学习了模拟调制系统和抽样定理等方面的知识，同时也熟悉了systemview与protell等软件。
在设计的过程中免不了要查阅各种资料，向老师和同学请教一些问题，在查阅资料和向老师同学请教问题的过程中使我受益匪浅，有些问题看似容易的，解决起来却很困难，尤其是你要熟透它的原理，只有弄懂了原理才好解决由它引发的问题。
其次这次课程设计拓宽了我的知识面，比如以前不知道为什场效应管会被称做场效应管，还有N沟道与P沟道的一些区别，通过在这次课程设计中查了一些资料，于是了解了许多元器件的名称都是有科学依据的，可以根据元器件的名称来推知他们的一些原理及用途，从而可以更好的使用它们。
总的来说，这次课程设计让我受益匪浅，不仅学到了不少新的知识，而且还学会了更好地与同学交流合作。
在此我要感谢我的指导老师和同学。
时逢腊月，又是一年春节到来时，提前祝熊老师新年快乐！
猪年大吉！
●
附录一总设计电路原理图
●附录二评分表
应用技术学院课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案合理性与创造性（10%）
开发板焊接及其调试完成情况*（10%）
硬件设计或软件编程完成情况（20%）
硬件测试或软件调试结果*（10%）
设计说明书质量（20%）
答辩情况（10%）
完成任务情况（10%）
独立工作能力（10%）
出勤情况（10%）
综合评分
指导教师签名：
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日期：
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注：
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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