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1、通信原理实验实验一 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

2、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112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。 227脚，输出2.048MHz时钟，方波。 3100脚，输出1.024MHz时钟，方波。 46脚，输出64KHz时钟，方波。52脚，输出32KHz时钟，方波。61脚，输出16KHz时钟，方波。7. 33脚，输出32KHz

3、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）。 1070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11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

4、的数字信号，都有相对固定的相位关系。图1-1 CPLD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12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

5、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，

6、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2KHz PN），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1-2 CPLD可编程模块产生的部分信号波形示意图五

7、、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。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2KH

8、z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L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

9、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0.34KHz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010V（一般使用范围04V）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

10、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0.33.4KHz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0.33.4KHz间变化，幅度由W002调节（可在04V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

11、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

12、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RIN

13、GX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T

14、P107。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

15、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0.33.4KHZ，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

16、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。 TP003：0.33.4KHz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W

17、002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。实验四 脉冲编码调制PCM与时分复用实验、实验目的 1

18、.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；1. 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。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5根4.小平口螺丝刀1只 5.电话单机1台（选用）三、实验电路工作原理（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

19、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

20、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

21、符号位，Bit60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Bit60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4-1 PCM的原理框图图4-2 A律与律的压缩特性图4-3 PCM编码方式示式为:A律: 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

22、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PCM 30/32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

23、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125S，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

24、。 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） AD 电路 图4-4（b） DA 电路 图4-4 A/D及D/A 电路框图2.在本实验中选择A律变换，以2.048Mbit/s的速率来传送信息，信息帧为无信令帧，它的发送时序与接收时序直接受FSX和FSR 控制。还有一点，编译码器一般都有一个PDN降功耗控制端，PDN=0时，编译码能正常工作，PDN=1时，编译码器处于低功耗状态，这时编译码器其它功能都不起作用，我们在设计时，可以实现对编译码器的降功耗控制。图4-5是短帧同步定时波形图。 TP502 TP503 TP504TP508 同

25、TP503 TP511图4-5 短帧同步定时四、 实验内容 1用同步正弦波信号观察A律PCM八比特编码的实验； 2脉冲编码调制（PCM）及系统实验；3PCM八比特编码时分复用输出波形观察测量实验； 4PCM编码时分多路复用时序分析实验。五、 实验步骤及注意事项本PCM编译码系统分为PCM（一）、PCM（二）两个分系统（见图4-9、图4-10电原理图）。芯片U501及外围电路构成PCM（一），芯片U502及外围电路构成PCM（二）。每个TP3067芯片U501含有一路PCM编码器和一路PCM译码器。本PCM编译码系统信号流程框图(如图4-6)， PCM（一）上、PCM（二）下 电原理图（如图4-

26、9 ）。编码部分：将PCM（一）编码数据在X时隙（TP503）输出，PCM（二）编码数据在Y时隙（TP509）输出，两路信号可“线与”时分复用输出（PCM编码输出为三态门输出，其向同一条总线上轮流传输信号而互不干扰，条件为同一时间只能有一个三态门处于工作状态，其余的门处于高阻状态，即在不同的时间段占用总线）。译码部分：PCM（一）译码部分在Y时隙（TP509）接收数据，PCM（二）译码部分在X时隙（TP503）接收数据。其信号流程框图如图4-6。 图4-6 PCM编译码系统信号流程框图（一）我们以PCM（一）数据编码输出，最终由PCM（二）译码输出为例：1. 打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯

27、亮。2. 薄膜键盘选择PCM编译码，有三个选项。01 T24，R8，C2M02 T30，R16，C2M03 T0，R1，C128KHz选择一项按确认键。其中：T表示PCM（一）编码时隙，PCM（二）译码时隙。24即第24个时隙脉冲R表示PCM（二）编码时隙，PCM（一）译码时隙。16即第16个时隙脉冲C表示PCM（一）与PCM（二）的线路编译码时钟，如：2M即2048KHz，一帧中可容纳32路数据时分复用；那若线路编译码时钟为128KHz，一帧中可容纳几路数据时分复用，通过实验观察验证你的结果。3. 用连接线将同步正弦波信号由TP002引出（正弦波信号幅度要小些，可调节W001），接入PCM（

28、一）的模拟信号输入铜铆孔TP501。4. K501的1-2脚相连，即将PCM（一）编码器的编码信号（或者与PCM（二）时分复用的数据）送到“时分复用总线”上； K502的1-2脚相连，即PCM（一）和PCM（二）的译码器接收“时分复用总线”上的对应时隙上的数据。5. 测量TP501TP504、TP511TP512各点波形，波形如图4-8。示波器两通道同时测量TP503、TP504两点波形，此时能观察到稳定的8比特PCM数字输出信号。 6. 测量TP506、TP512两路译码器还原输出铜铆孔，看哪个译码器能还原输出正确的同步正弦波信号，参照上面的实验原理介绍分析实验结果。7. 用连接线将译码输出

29、信号由TP512（或TP506）引出，接入到功放模块TP006“喇叭输入”接口。8. 改变输入的模拟信号，选择不同的编译码时隙和线路时钟，测量各点波形。(二) 时分复用，解复用实验1. 打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮。2. 薄膜键盘选择PCM编译码，有三个选项。01 T24，R8，C2M02 T30，R16，C2M03 T0，R1，C128KHz选择一项按确认键。3. 用连接线将不同的两种模拟信号分别接入TP501和TP507 “模拟输入”铜铆孔。4. K501的1-2脚相连，即将PCM（一）编码器的编码信号（或者与PCM（二）时分复用的数据）送到“时分复用总线”上； K502的1-2脚

30、相连，即PCM（一）和PCM（二）的译码器接收“时分复用总线”上的对应时隙上的数据。5. 用连接线连接TP504和TP510两铜铆孔，即将PCM（二）编码输出信号复用到“时分复用总线”上。时分多路复用波形分析示意图(如图4-7)6. 测量TP501TP512各点波形，分析各波形间的关系。7. 用连接线将译码器输出信号由TP506和TP512引出，分别接入到功放模块TP006“输入” 铜铆孔接口或“电话模拟收”铜铆孔接口。此时两路模拟信号分别经过PCM编码，时分复用，解复后用各自译码输出。8. 改变输入的模拟信号，选择不同的编译码时隙和时钟，测量各点波形。注：上述步骤中，薄膜键盘选择03项，可在

31、普通示波器上观测到稳定的PCM编码波形。 跳线开关放置： K501：12：PCM（一）编码器的编码信号）送到“时分复用总线”上；23：PCM（一）编码数据（或者与PCM（二）时分复用的数据）输出，发往AMI/HDB3码编译码系统编码输入端。K502：12：PCM（一）和PCM（二）译码器接收“时分复用总线”的数据；23：PCM（一）和PCM（二）译码器接收AMI/HDB3码编译码系统译码数据。六、测量点说明 TP501：同TP507。该点为输入的音频信号，用连接线连接模拟信号源与TP501，若幅度过大，则被限幅电路限幅成方波，因此信号波形幅度尽量小一些。方法是：改变相应信号源的幅度大小。 TP502：同TP508。PCM（一）、PCM（二）编译时钟信号，由薄膜键盘选择决定。TP503：同TP509。频率为8KHz的帧同步信号（矩形窄脉冲），但两个测量点时序不一样。时序关系由薄膜键