通信原理实验指导书简.docx

通信原理实验指导书简.docx

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通信原理实验指导书简

1、液晶显示模块

显示实验模块及其工作方式以供选择。

2、键盘控制模块

（1）选择实验模块及其工作方式。

（2）学生可自己编制数字信号输入，进行编码或调制实验。

3、模拟信号源模块

提供同步正弦波、非同步信号（正弦波、三角波、方波）、音乐信号等模拟信号,可通过连接线发送到各终端编码模块。

5、数字信号源模块

（1）CPLD可编程逻辑器件，编程输出各种数字信号；

（2）通过计算机输入数字数据信号；

（3）薄膜键盘键入编制数字信号；

（4）EPM240芯片，学生二次开发编程输出各种数字信号、控制信号等。

6、噪声源模块

提供白噪声信号，可加入到调制信道中模仿信道噪声干扰。

7、抽样定理与PAM实验系统

完成抽样定理的验证实验，及PAM通信系统实验。

注：

提供多种频率的方波及窄脉冲信号抽样。

8、PCM编译码系统模块

完成PCM的编码、译码实验；

完成两路PCM编码数字信号时分复用/解复用实验。

注：

可改变时分复用的时隙位置，时分可复用路数及进行时分数据交换，加深学生对时分复用概念的理解。

11、AMI/HDB3编译码系统模块

完成AMI编译码功能、HDB3编译码功能。

注：

提供对全“1”、全“0”、伪随机码、手工编制数字信号等进行编码译码。

14、VCO数字频率合成器模块

完成对1KHz、2KHz和外加数字信号的倍频输出。

15、频移键控FSK（ASK）调制模块

完成频移键控FSK调制实验,ASK调制实验。

注：

可对方波，伪随机码，计算机数据等信号的调制输出；

可对已调信号进行放大或衰减输出；

可在已调信号中加入噪声，模拟信道干扰；

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。

注：

可对方波，伪随机码，及计算机数据等信号进行调制输出；

可对已调信号进行放大或衰减输出；

可在已调信号中加入噪声，模拟信道干扰；

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。

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

（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）。

注：

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。

实验一

（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。

二、实验仪器

1.RZ8621D实验箱1台

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

1．功用

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（

M）模块使用。

图2-1同步正弦信号发生器电路图

（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。

2．工作原理

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。

五、实验步骤

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。

TP004R：

作为电话电路的来话信号输入接口。

TP005：

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。

TP108：

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。

实验二FSK（ASK）调制解调实验

一、实验目的

1.掌握FSK（ASK）调制的工作原理及电路组成；

2.掌握利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。

二、实验仪器

1.RZ8621D实验箱1台

2.20M双踪示波器1台

3.小平口螺丝刀1只

三、实验电路工作原理

图9-1FSK调制解调电原理框图

数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。

由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗群时延性能较强，因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。

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。

数字幅度调制ASK本实验箱没有做成专门的ASK单元，因为只接通FSK调制单元电路中相加开关K902的“对1调制”信号，即为ASK调制。

（一）FSK调制电路工作原理

FSK调制解调电原理框图，如图9-1所示；图9-2是它的调制电路电原理图。

输入的基带信号分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=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，两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U902A与U901B（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。

解调电路电原理图如图9-3所示。

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的一个载频如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，那末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MC14046。

压控振荡器的中心频率设计在32KHz。

图9-3中R924、R925、CA901主要用来确定压控振荡器的振荡频率。

R929、C916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。



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。

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，使它对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。

关于FSK调制原理波形见图9-4所示。

四、实验内容

测试FSK调制解调电路TP901—TP910各测量点波形，并作详细分析。

1．按下实验箱右测电源开关，电源指示灯亮。

2．跳线开关设置：

K901：

1－2：

码元速率为2KB/s的111100010011010伪随机码或2KHz方波，由薄膜键盘选择输入；

2－3：

PC数据。

K902：

1-2和3-4均相连时，调制波形叠加合成开关。

K903：

1－2：

在已调信号中加入噪音（模仿实际通信中的信道噪声,可在噪声模块中TP108处测得噪声波形，W101调节噪声幅度,幅度不宜过大）；

2－3：

不加入噪音（或者跳线拔掉不连）。

SW01：

1－2：

FSK自环；

2－3：

断开FSK自环，FSK可通过MODEM接口实现两个实验平台间的双工通信（此实验将在后续章节中完成）。

3．电位器调节：

W901：

调节32KHz正弦波幅度大小。

W902：

调节16KHz正弦波幅度大小。

W903：

调节FSK已调信号幅度大小。

W904：

调节解调电路压控振荡器时钟的中心频率。

4．调节W904电位器使压控振荡器工作在32KHz（16KHz行不行？

）。

5．注意：

当基带信号的码元速率与载频信号的频率相差太近时,FSK解调端输出测量点TP910输出应为不稳定的输出波形。

6．接通开关SW01的1-2脚（自环）或2-3脚（断开自环），输入FSK信号给解调电路，注意观察“1”、“0”码内所含载波的数目。

7．观察FSK解调输出TP908～TP910波形，并作记录，并同时观察FSK调制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有失真。

FSK频移键控原理波形示意图（如图9-4）。

图9-2FSK调制电路电原理图

图9-3FSK解调电路电原理图

FSK频移键控原理波形图（如图9-4）

v

v

v

v

TP903

TP904

TP905

TP907/908

TP909

TP910

对“1”调制

对“0”调制

图9-4FSK频移键控原理波形图

五.测量点说明

TP901：

32KHz方波信号，由U101芯片（EPM7128）编程产生。

TP902：

16KHz方波信号，由U101芯片（EPM7128）编程产生。

TP903：

32KHz载波信号，可调节电位器W901改变幅度

TP904：

16KHz载波信号，可调节电位器W902改变幅度

TP905：

作为数字基带信码信号输入，由开关K901决定。

K901的1与2相连：

码元速率为2KHz的111100010011010码或2KHz方波由薄膜键盘选择输入；

K901的2与3相连：

PC数据输入。

TP906：

FSK调制信号输出，此测量点需使用双踪对比测量，另一踪（触发）测量TP905。

K902的1-2相连、3-4断开时，TP906为32KHz载波FSK调制信号输出；

K902的1-2断开、3-4相连时，TP906为16KHz载波FSK调制信号输出；

K902的1-2和3-4均相连时，TP906为FSK调制信号叠加输出。

TP907：

衰减或放大的FSK调制信号输出。

K903的1-2脚相连时，在调制信号中加入噪声，电位器W101调整噪声幅度（可在TP108处测得波形），模拟实际通信中的信道传输。

TP908：

FSK解调信号输入。

SW01的1－2脚相连时：

FSK自环，即同一平台上调制解调；

SW01的2－3相连时：

FSK自环断开，FSK可通过MODEM接口实现两个实验平台间的双工通信。

TP909：

FSK解调电路中压控振荡器输出时钟的中心频率，正常工作时应为32KHz左右，频偏不应大于2KHz，若有偏差，可调节电位器W904。

TP910：

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，数字基带信号的频率与载频的频率应满足4F≤fc2的关系，否则它们的频谱重叠，FSK解调电路解调不出此时的数字基带信码信号。

六、实验报告要求

1.若输入数字信号为序列：

01001000110111，画出FSK、ASK各主要测试点波形。

2.写出改变4046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响?

3.分析其输出数字基带信号序列与发送数字基带信号序列相比有否产生延迟，什么情况下会出现解调输出的数字基带信号序列反向的问题?

实验三二相BPSK（DPSK）调制解调实验

一、实验目的

1.掌握二相BPSK（DPSK）调制解调的工作原理及电路组成；

2.了解载频信号的产生方法；

3.掌握二相绝对码与相对码的码变换方法。

二、实验仪器

1.RZ8621D实验箱1台

2.20M双踪示波器1台

3.小平口螺丝刀1只

三、实验电路工作原理

（一）调制实验：

在本实验中，绝对移相键控（PSK）是采用直接调相法来实现的，也就是用输入的基带信号直接控制已输入载波相位的变化来实现相移键控。

PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它具有优越的抗干扰噪声性能及较高的频带利用率。

因此，PSK在许多场合下得到了十分广泛的应用。

本实验中PSK调制模块原理框图（如图10-1）。

从图10-1可见，二相PSK（DPSK）载波为1.024MHz，数字基带信号有32Kbit/s伪随机码、2KHz方波、CVSD编码信号、PC数据等。

1.载波倒相器

模拟信号的倒相通常采用运放来实现。

电路由U301B等组成，来自1.024MHz载波信号输入到U301的反相输入端6脚，在输出端即可得到一个