通信原理实验指导书测控讲解.docx
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通信原理实验指导书测控讲解
实验1抽样定理及其应用实验
一、实验目的
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．学习PAM调制硬件实现电路，掌握调整测试方法。
二、实验仪器
1．PAM脉冲调幅模块，位号：
H
2．时钟与基带数据发生模块，位号：
G
3．20M双踪示波器1台
4．频率计1台
5．小平口螺丝刀1只
6．信号连接线3根
三、实验原理
抽样定理告诉我们：
如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地还原原信号。
这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。
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。
抽样定理实验电路框图，如图1-1所示。
图1-1抽样的实验过程结构示意图
本实验中需要用到以下5个功能模块。
1．非同步函数信号或同步正弦波发生器模块：
它提供各种有限带宽的时间连续的模拟信号，并经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”，作为脉冲幅度调制器的调制信号。
P03/P04测试点可用于调制信号的连接和测量；另外，如果实验室配备了电话单机，也可以使用用户电话模块，这样验证实验效果更直接、更形象，P05/P07测试点可用于语音信号的连接和测量。
2．抽样脉冲形成电路模块：
它提供有限高度，不同宽度和频率的的抽样脉冲序列，并经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”，作为脉冲幅度调制器的抽样脉冲。
P09测试点可用于抽样脉冲的连接和测量。
该模块提供的抽样脉冲有同步和非同步两种，同步的抽样脉冲是频率为8KHz，占空比为50%或近似50%的矩形脉冲；非同步的抽样脉冲由555定时器产生，其频率通过W05连续可调。
3．PAM脉冲调幅模块：
它采用模拟开关CD4066实现脉冲幅度调制。
抽样脉冲序列为高电平时，模拟开关导通，有调制信号输出；抽样脉冲序列为低电平，模拟开关断开，无信号输出。
因此，本模块实现的是自然抽样。
在32TP01测试点可以测量到已调信号波形。
调制信号和抽样脉冲都需要外接连线输入。
已调信号经过PAM模拟信道（模拟实际信道的惰性）的传输，从32P03铆孔输出，它可能会产生波形失真。
PAM模拟信道电路示意图如图5-2所示，32W01（R1）电位器可改变模拟信道的传输特性，当R1C1=R2C2时，PAM已调信号理论上无失真。
4．接收滤波器与功放模块：
接收滤波器是数字低通滤波器，它的作用是恢复原调制信号。
数字低通滤波器的截止频率受工作时钟控制，它由4SW02的置位确定。
铆孔P14是接收滤波器与功放的输入端，实验时需用外接导线将32P03与P14连接。
5．时钟与基带数据发生模块：
它提供系统工作时钟和接收数字低通滤波器工作时钟。
接收数字低通滤波器截止频率的设置由该模块中微型连排拨动开关4SW02置位确定。
图5-2PAM信道仿真电路示意图
最后强调说明：
实际应用的抽样脉冲和信号恢复与理想情况有一定区别。
理想抽样的抽样脉冲应该是冲击脉冲序列，在实际应用中，这是不可能实现的。
因此一般是用高度有限、宽度较窄的窄脉冲代替，本实验中提供的抽样脉冲，是频率为8KHz，占空比为50%或近似50%的矩形脉冲或由555定时器产生的频率连续可调的脉冲。
。
另外，实际应用中使信号恢复的滤波器不可能是理想的。
当滤波器特性不是理想低通时，抽样频率不能就等于被抽样信号频率的2倍，否则会使信号失真。
考虑到实际滤波器的特性，抽样频率要求选得较高。
由于PAM通信系统的抗干扰能力差，目前很少实用。
它已被性能良好的脉冲编码调制（PCM）所取代。
四、实验设置
1．模拟信号源
K01：
非同步函数信号类型选择，正弦波、三角波、方波。
W01：
非同步函数信号的直流电平调节，调节范围至少为0～2V，视信号幅度而定，一般调节为0V。
W02：
非同步函数信号的频率调节，一般使用频率值范围为1～4KHZ。
W03：
非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。
P03：
非同步函数信号的输出连接铆孔。
W04:
同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。
P04：
同步正弦波信号的输出连接铆孔。
J02A：
用户电话A的电话水晶头接口。
P05:
用户电话A语音信号发送输出铆孔。
P06:
用户电话A语音信号接收输入铆孔。
J02B：
用户电话B的电话水晶头接口。
P07:
用户电话B语音信号发送输出铆孔。
P08:
用户电话B语音信号接收输入铆孔。
2．抽样脉冲形成模块
W05：
抽样脉冲频率调节电位器。
K02：
选择开关，“555”档，即输出555定时器产生的矩形脉冲。
“C8”档，即输出与系统时钟同源的8KHZ的同步时钟。
P09：
抽样脉冲输出铆孔。
3．PAM脉冲调幅模块
32P01：
模拟信号输入连接铆孔。
32P02：
抽样脉冲信号输入连接铆孔。
32TP01：
输出的抽样后信号测试点。
32P03：
经仿真信道传输后信号的输出连接铆孔。
32W01：
仿真信道的特性调节电位器。
4．接收端滤波器与功放模块
4SW02：
低通滤波器截止频率设置，设置为“01010”：
3.4K；设置为“01011”：
6K；设置为“01100”：
12K。
K04：
小喇叭开关。
ON，接通喇叭；OFF，断开喇叭。
W09：
音频功率放大器输出功率的调节电位器，放大后信号可在电位器旁边的测试过孔测量。
P14：
外加模拟信号输入连接铆孔。
P15：
经滤波器滤波后信号输出铆孔。
五、实验内容及步骤
1．插入有关实验模块：
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“PAM脉冲幅度调制模块”，插到底板“G、H”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。
注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。
2．信号线连接：
用专用导线将P03、32P01；P09、32P02；32P03、P14连接（注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔）。
3．加电：
打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。
若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。
4．输入模拟信号观察：
模拟信号发生器产生的模拟信号送入抽样模块的32P01点，用示波器在32P01处观察，该点正弦信号幅度约2V，且波形不失真。
5．取样脉冲观察：
示波器接在32P02上，拨动抽样脉冲形成电路的开关K02，当K02置于C8位，示波器显示8K同步的抽样脉冲当K02置于C555位，示波器显示非同步的抽样脉冲，其频率通过W05连续可调。
6．取样信号观察：
示波器接在32TP01上，可观察PAM取样信号，示波器接在32P03上，调节“PAM脉冲幅度调制”上的32W01可改变PAM信号传输信道的特性，PAM取样信号波形会发生改变。
7．取样恢复信号观察：
PAM解调用的低通滤波器电路（接收端滤波放大模块，信号从P14输入）共设有三组参数，其截止频率分别为3.4KHZ、6KHZ、12KHZ。
根据被抽样的信号频率，通过拨码器4SW02可设置的滤波器参数。
根据下面建议自己设计实验步骤，进行取样恢复信号观察实验。
（1）在一定频率的模拟信号（一般2KHZ）下，设置低通滤波器3.4KHZ截止频率。
调节不同的抽样时钟，用示波器观测各点波形，验证抽样定理，并做详细记录、绘图。
注意，PAM传输模块的32TP01、32P03测试点波形调节近似，即不失真为准。
（2）在一定频率的抽样时钟（一般8KHZ）下fs，调节模拟信号源的频率f（一般小于4KHZ），即保持抽样时钟与模拟信号间的fs>2f频率关系，设置低通滤波器3.4KHZ截止频率。
用示波器观测各点波形，验证PAM通信系统的性能，并做详细记录、绘图。
8．关机拆线：
实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。
注：
非同步函数信号在抽样时的波形在示波器上不容易形成稳定的波形，需耐心地调节；若要观测稳定的波形可使用同步正弦波信号和同步抽样脉冲。
六、实验报告要求
1.写出实验目的和内容。
2.简述抽样定理及PAM实验原理，并画出实验框图。
3.写出自行设计的实验步骤，记录实验时各种测试条件，所测各点的波形、频率、电压等各项测试数据并验证抽样定理。
4.说明抽样后信号经过PAM模拟信道传输及接收数字低通滤波器后，波形将会出现哪些失真。
5.写出实验体会。
实验2PCM编译码系统实验
一、实验目的
1．掌握PCM编译码原理与系统性能测试。
2．熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法。
3．学习PCM编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。
二、实验仪器
1．PCM/ADPCM编译码模块，位号：
H
2．时钟与基带数据产生器模块，位号:
G
3．20M双踪示波器1台
4．低频信号源1台（选用）
5．频率计1台（选用）
6．信号连接线3根
7．小平口螺丝刀1只
三、实验原理
脉冲编码调制（PCM）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在信道中传输。
脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样，量化和编码三个过程完成的。
PCM通信系统的实验方框图如图2-1所示。
图2-1PCM通信系统实验方框图
在PCM脉冲编码调制中，话音信号经防混叠低通滤波器后进行脉冲抽样，变成时间上离散的PAM脉冲序列，然后将幅度连续的PAM脉冲序列用类似于“四舍五入”办法划归为有限种幅度，每一种幅度对应一组代码，因此PAM脉冲序列将转换成二进制编码序列。
对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每一抽样值编8位码（即为28=256个量化级），因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kB。
本实验应用的单路PCM编、译码电路是TP3057芯片（见图6-1中的虚线框）。
此芯片采用a律十三折线编码，它设计应用于PCM30/32系统中。
它每一帧分32个时隙，采用时分复用方式，最多允许接入30个用户，每个用户各占据一个时隙，另外两个时隙分別用于同步和标志信号传送，系统码元速率为2.048MB。
各用户PCM编码数据的发送和接收,受发送时序与接收时序控制,它仅在某一个特定的时隙中被发送和接收，而不同用户占据不同的时隙。
若仅有一个用户，在一个PCM帧里只能在某一个特定的时隙发送和接收该用户的PCM编码数据，在其它时隙没有数据输入或输出。
本实验模块中，为了降低对测试示波器的要求，将PCM帧的传输速率设置为64Kbit/s或128Kbit/s两种，这样增加了编码数据码元的宽度，便于用低端示波器观测。
此时一个PCM帧里，可容纳的PCM编码分别为1路或2路。
另外，发送时序FSX与接收时序FSR使用相同的时序，测试点为34TP01。
实验结构框图已在模块上画出了，实验时需用信号连接线连接34P02和34P04两铆孔，即将编码数据直接送到译码端，传输信道可视为理想信道。
另外，TP3057芯片内部模拟信号的输入端有一个语音带通滤波器，其通带为200HZ～4000HZ，所以输入的模拟信号频率只能在这个范围内有效。
四、实验设置
1．模拟信号源模块
K01：
非同步函数信号类型选择，正弦波、三角波、方波。
W01：
非同步函数信号的直流电平调节，调节范围至少为0～2V，视信号幅度而定，一般调节为0V。
W02：
非同步函数信号的频率调节，一般使用频率值范围为1～4KHZ。
W03：
非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。
P03：
非同步函数信号的输出连接铆孔。
W04:
同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。
P04：
同步正弦波信号的输出连接铆孔。
J02A：
用户电话A的电话水晶头接口。
P05:
用户电话A语音信号发送输出铆孔。
P06:
用户电话A语音信号接收输入铆孔。
J02B：
用户电话B的电话水晶头接口。
P07:
用户电话B语音信号发送输出铆孔。
P08:
用户电话B语音信号接收输入铆孔。
2．PCM/ADPCM编译码模块
34TP01：
发送时序FSX和接收时序FSR输入测试点，频率为8KHz的矩形窄脉冲；
34TP02：
PCM线路编译时钟信号的输入测试点；
34P01：
模拟信号的输入铆孔；
34P02：
PCM编码的输出铆孔；
34P03：
PCM译码的输入铆孔；
34P04：
译码输出的模拟信号铆孔，波形应分别与34P01同。
注：
一路数字编码输出波形为8比特编码（一般为7个半码元波形,最后半个码元波形被芯片内部移位寄存器在装载下一路数据前复位时丢失掉），数据的速率由编译时钟决定，其中第一位为语音信号编码后的符号位，后七位为语音信号编码后的电平值。
五、实验内容及步骤
1．插入有关实验模块：
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“PCM/ADPCM编译码模块”，插到底板“G、H”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。
注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。
2．信号线连接：
用专用导线将P04、34P01；34P02、34P03；32P04、P14。
注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。
3．加电：
打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。
若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。
4．PCM的编码时钟设定：
“时钟与基带数据产生器模块”上的拨码器4SW02设置“01000”，则PCM的编码时钟为64KHZ（后面将简写为：
拨码器4SW02）。
拨码器4SW02设置“01001”，则PCM的编码时钟为128KHZ。
5．同步正弦波幅度调节及监测：
“同步正弦波”上提供了频率2KHZ的同步正弦波，幅度由W04电位器调节。
满足PCM输入模拟信号频率在300～3400HZ语音范围内的要求，可用频率计监测此点信号频率。
6．时钟为64KHZ，同步正弦波及PCM编码数据观察：
拨码器4SW02设置“01000”，则PCM的编码时钟为64KHZ。
双踪示波器探头分别接在测量点34TP01和34P02，观察同步正弦波及PCM编码数据。
调节W04电位器，改变同步正弦波幅度，并仔细观察PCM编码数据的变化。
注意，此时时钟为64KHZ，一帧中只能容纳1路信号。
7．时钟为128KHZ同步正弦波及PCM编码数据观察：
拨码器4SW02设置“01001”，则PCM的编码时钟为128KHZ。
双踪示波器探头分别接在测量点34TP01和34P02，观察同步正弦波及PCM编码数据。
调节W04电位器，改变同步正弦波幅度，并仔细观察PCM编码数据的变化。
注意，此时时钟为128KHZ，一帧中能容纳2路信号。
本PCM编码仅一路信号，故仅占用一帧中的一半时隙。
8．非同步正弦波及PCM编码数据观察：
改用非同步函数信号输入，分别改变输入模拟信号的幅度和频率，重复上列6、7步骤，观察非步正弦波及PCM编码数据波形。
注意，由于非同步正弦波频率与抽样、编码时钟不同步，需仔细调节非同步正弦波频率才能在普通示波器上看到稳定的编码数据波形。
9．语音信号PCM编码、译码试听：
用专用导线将P05（用户电话A语音信号发送输出）与34P01（模拟信号的输入）连接；34P04（译码输出的模拟信号）与P08（用户电话B语音信号接收输入）或与P14连接，并对着用户电话A话筒讲话，在用户电话B耳机或扬声器试听，直观感受PCM编码译码的效果（功放前置低通滤波器默认截止频率为3.4KHZ）。
10．PCM编码、译码各重要测量点波形观察：
测量34P01、34P02、34P03、34P04、34TP01、34TP02各点波形。
注意，此时输入模拟信号采用同步正弦波在普通示波器上看到稳定的时钟、时序及编码数据波形;当无信号输入时，或信号幅度为0时，PCM编码器编码为11010101或为01010101，并不是一般教材所讲授的编全0码。
因为无信号输入时，或信号幅度为0经常出现，编全0码容易使系统失步。
11．关机拆线：
实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。
六、实验报告要求
1．当输入的模拟信号的幅度调节为0时，画出实验过程中各测量点的波型图，注意对应相位、时序关系。
2．观察非同步正弦波（峰峰值2V、频率300HZ～5KHZ）的编码波形，读出正弦波的频率值、编码数据（至少12个编码数据）；设计表格，每增加200HZ，记录一次有关数据并做分析，得出你的结论。
另外，在哪几个频率段，译码还原信号不会出现有明显失。
3．观察同步正弦波（峰峰值0V～10V）的编码波形，读出正弦波的峰峰值、编码数据（至少12个编码数据）；设计表格，峰峰值每增加0.5V，记录一次有关数据并做分析，得出你的结论。
4．写出本次实验的心得体会，以及对本次实验有何改进意见。
实验3FSK（ASK）调制解调实验
一、实验目的
1．掌握FSK（ASK）调制器的工作原理及性能测试；
2．掌握FSK（ASK）锁相解调器工作原理及性能测试；
3.学习FSK（ASK）调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。
二、实验仪器
1．时钟与基带数据发生模块，位号：
G
2．FSK调制模块，位号A
3．FSK解调模块，位号C
4．噪声模块，位号B
4．20M双踪示波器1台
5．小平口螺丝刀1只
6．频率计1台（选用）
7．信号连接线3根
三、实验原理
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。
（一）FSK调制电路工作原理
FSK调制电路是由两个ASK调制电路组合而成，它的电原理图，如图5-1所示。
16K02为两ASK已调信号叠加控制跳线。
用短路块仅将1-2脚相连，输出“1”码对应的ASK已调信号；用短路块仅将3-4脚相连，输出“0”码对应的ASK已调信号。
用短路块将1-2脚及3-4脚都相连，则输出FSK已调信号。
因此，本实验箱没有专门设置ASK实验单元电路。
图5-1FSK调制解调电原理框图
图5-1中，输入的数字基带信号分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经反相器去控制f2=16KHz的载频。
当基带信号为“1”时，模拟开关B打开，模拟开关A关闭，此时输出f1=32KHz；当基带信号为“0”时，模拟开关B关闭，模拟开关A打开，此时输出f2=16KHz；在输出端经开关16K02叠加，即可得到已调的FSK信号。
电路中的两路载频（f1、f2）由时钟与基带数据发生模块产生的方波，经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关4066。
载频f1的幅度调节电位器16W01，载频f2的幅度调节电位器16W02。
（二）FSK解调电路工作原理
FSK解调采用锁相解调，锁相解调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的一个载频上，此时对应的环路滤波器输出电压为零，而对另一载频失锁，则对应的环路滤波器输出电压不为零，那末在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息。
FSK锁相环解调器原理图如图5-2所示。
FSK锁相解调器采用集成锁相环蕊片
17P01
17P02
图5-2FSK锁相环解调器原理示意图
MC4046。
其中，压控振荡器的频率是由17C02、17R09、17W01等元件参数确定，中心频率设计在32KHz左右，并可通过17W01电位器进行微调。
当输入信号为32KHz时，调节17W01电位器，使环路锁定，经形成电路后，输出高电平；当输入信号为16KHz时，环路失锁，经形成电路后，输出低电平，则在解调器输出端就得到解调的基带信号序列。
四、实验设置
1.FSK调制模块
16K02：
两ASK已调信号叠加控制跳线。
用短路块将1-2脚及3-4脚都相连，则输出FSK已调信号。
16TP01：
32KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片（EPM240）编程产生。
16TP02：
16KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片（EPM240）编程产生。
16TP03：
32KHz载波信号测试点，可调节电位器16W01改变幅度。
16TP04：
16KHz载波信号测试点，可调节电位器16W02改变幅度。
16P01：
数字基带信码信号输入铆孔。
16P02：
FSK已调信号输出铆孔，此测量点需与16P01点波形对比测量。
2．FSK解调模块
17W01：
解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器。
17P01：
FSK解调信号输入铆孔。
17TP02：
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17W01。
17P02：
FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同16P01。
3．噪声模块
3W01:
噪声电平调节。
3W02：
加噪后信号幅度调节。
3TP01:
噪声信号测试点，电平由3W01调节。
3P01:
外加信号输入铆孔。
3P02:
加噪后信号输出铆孔。
五、实验内容及步骤
1．插入有关实验模块：
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“FSK调制模块”、“噪声模块”、“FSK解调模块”，插到底板“G、A、B、C”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。
注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。
2．信号线连接：
用专用导线将4P01、16P01；16P02、3P01；3P02、17P01连接（注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔）。
3．加电：
打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。
若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。
4．设置好跳线及开关：
用短路块将16K02的1-2、3-4相连。
拨码器4SW02：
设置为“00000”，4P01产生2K的15位m序列输出；
设置为“00010”，4P01产生2K的31位m序列输出。
5．载波幅度调节：
16W01：
调节32KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。
16W02：
调节16KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。
用示波器对比测量16TP03、16TP04两波形。
6．FSK调制信号和巳调信号波形观察：
双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接16P02，调节示波器使两波形同步，观察FSK调制信号和巳调信号波形，记录实验数据。
7．噪声模块调节：
调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；调节3W02，调整3P02信号幅度为4V。
8．FSK解调参数调节：
调节17W01电位器，使压控振荡器锁定在32KHz（16KHz行不行？
），同时可用频率计监测17TP02信号频率。
9．无噪声FSK解调输出波形观察：
调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接17P02同时观察FSK调制和解调输出信号波形，并作记录，并比较两者波形，正常情况，两者波形一致。
10．加噪声FSK解调输出波形观察：
调节3W01逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。
11．关机拆线：
实验结束，关闭电
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