通信原理实验手册.doc

RZ8641现代通信技术实验说明书目 录目 录1前 言2拨码器开关设置一览表3第一章 通信原理多种信号的产生5实验1-1 模拟信号源实验5实验1-2 CPLD可编程逻辑器件实验9实验1-3 接收滤波放大器实验14第二章 终端编译码实验17实验2-1 抽样定理及其应用实验17实验2-2 脉冲编码调制（PCM）及系统23实验2-3 CVSD编译码系统实验28第三章 二相数字调制解调实验35实验3-1 数字调制技术FSK调制35实验2-2 数字调制技术PSK调制解调40实验3-3 眼图观察测量实验47第四章 时分复用语音数字双工通信系统52实验4-1 时分复接/解复接系统实验52实验4-2 通信信道虚拟误码仪测试实验57实验4-3 通信大系统测试实验5962 前 言本通信原理实验平台由实验平台底板和实验模块组成，根据教学大纲对通信原理课程性质的定位，为广大院校师生提供了良好的教学实验条件。我们在多年积累的教学经验和学校使用反馈意见的基础上，保留了前几款实验箱的特色实验，扩展了实验模块的功能，加强了模块间的系统性实验，大大增加了实验内容；同时为了配合实验室设备管理，我们在各模块电路板上加有有机玻璃保护罩。整个实验平台，突出体现理论知识的系统性和教学内容的稳定性，使学生能够掌握分析研究通信系统各种部件的基本方法，强调培养学生理论联系实际和研究、开发、创新的能力。本实验平台要求示波器最低配置为20M双踪模拟示波器，示波器的幅度档一般设置在2V档，探头1X无衰减。测量时黑色的接地夹子应先接地。一般情况下，本实验平台上元器件的标号都是按照模块划分的。如标号58TP01， “58TP01”中的“58”表示模块的标号，即“XXX模块”；“01”表示编号，“TP”表示常规测试点；“位:A”表示此模块需要安置在底板的标号为“A”位置，合起来即表示 “XXX模块”需安置在底板的标号为“A”位置，其中一个标号58TP01波形测量点（镀银测试针）。另外，如标号为58P01，即表示一个信号输入（输出）连接点（铜质铆孔），如铆孔边的箭头背离铆孔，即表示是信号输出连接点；如箭头指向铆孔，即表示信号输入连接点。本实验平台中，所有通信信号都是通过铆孔开放出来的，实验时需在了解实验结构的基础上，用铆孔连接线连接构成所需实验系统。进行铆孔连接时，连接线接头插入铆孔后，轻轻旋转一个小角度，接头将和铆孔锁死；拔出时，回转一个小角度即可轻松拔出，切勿使用莽力拉扯，以免插头针断在铆孔中。实验操作前，务必预习实验内容，在弄清楚实验要求和各模块功能的基础上，进行实验系统的连接构建。电子元器件标号首字母的意思：TP表示信号波形测量点，P表示信号输入输出铜铆孔，U表示芯片集成电路，R表示电阻，C表示普通电容，E表示电解电容，J表示接插件，JZ表示晶振或晶体，K表示选择开关等。拨码器开关设置一览表在本实验平台上，我们采用了红色的拨码器来设置各种实验的参数。拨码器的白色开关：往上，记为1；往下，记为0。一、“时钟与基带数据产生模块”5位拨码开关4SW02：S1：00000：4P01铆孔，PN15 2K，15位m序列111101011001000S2：00001：4P01铆孔，PN15 32K，15位m序列111101011001000S3：00010：4P01铆孔，PN31 2K，31位m序列31位1111100110100100001010111011000S4：00011：4P01铆孔，PN31 32K，31位m序列31位1111100110100100001010111011000S5：00100：CVSD，编码速率8K S6：00101：CVSD，编码速率16K S7：00110：CVSD，编码速率32K S8：00111：CVSD，编码速率64K S9：01000：PCM，线路编码速率64KS10：01001：PCM，线路编码速率128K（或标准E1速率） S11：01010：接收滤波器中心频率2.6K S12：01011：接收滤波器中心频率5.2K S13：01100：接收滤波器中心频率10.3KS14：01101：待用S15：01110：4SW01拨码器设置数据（8bit数据）64KS16：01111：时分复用（4SW01拨码器设置数据64K， PCM编码64K、CVSD编码64K、滤波器3.4K）。下面是常见码型变换的开关设置：S17：1X000：单极性归零编码S18：1X001：双极性不归零S19：1X010：双极性归零S20：1X011：CMIS21：1X100：曼彻斯特S22：1X101：密勒S23：1X110：PST注：1. 4P01为原始基带数据。X=0时为4SW01拨码器设置8bit数据，X=1时为15位m序列。4TP01为码型变换后输出数据。2.以上实验设置的各参数可根据学校要求定制。二、“汉明、交织、循环编码模块”，“汉明、交织、循环传输模块”，“汉明、交织、循环译码模块”的拨码开关设置：编码：24SW01：0XXX外部输入数据，64K 1XXX读取SW02设置数据，往上为1，往下为0 X001 汉明，可外部输入数据。24SW02四位数有效 X010 交织，可外部输入数据。24SW02四位数有效X111卷积，可外部输入数据。24SW02四位数有效1100 循环，不可外部输入数据。24SW02后三位数有效传输：23SW01：开关往上，原编码数据取反；开关往下，原编码数据不变译码：25SW01：开关设置与编码端24SW01后三位设置同即可，第一位待用。三、“复接/解复接、同步技术模块”的4位拨码器开关39SW011.同步、再生和码型转换功能，数据从39P01输入0001 2K时钟提起。0010 32K DPSK时钟提起、相对码绝对码转换（对应于“时钟与基带数据产生模块”中生成的绝对码4P01、相对码4P03）。39P06输出同步时钟，39P07输出再生和码型转换后信号。0011 32K PSK时钟提起、再生。39P06输出同步时钟，39P07输出再生后信号。2.时分复接/解复接功能1111 实现4SW01拨码器（8bit数据）、PCM编码、CVSD编码等数据的时分复接解复接功能。3.码分复接/解复接功能0111 实现4SW01拨码器（8bit数据）、PCM编码等数据的码分复接解复接功能。4.外部数据的绝对码与相对码转换功能0100 绝相转换：基带绝对码输入铆孔39P02；相对码输出铆孔39P06; 相绝转换：相对码输入铆孔39P01；基带绝对码输出铆孔39P07;基带绝对码速率为：2K左右（可为计算机串口数据：波特率2400）第一章 通信原理多种信号的产生实验1-1 模拟信号源实验一、实验目的1了解本模块中函数信号产生芯片的技术参数；2了解本模块在后续实验系统中的作用；3熟悉本模块产生的几种模拟信号的波形和参数调节方法。二、实验仪器1时钟与基带数据发生模块，位号：G2频率计1台320M双踪示波器1台 4小电话单机1部三、实验原理本模块主要功能是产生频率、幅度连续可调的正弦波、三角波、方波等函数信号（非同步函数信号），另外还提供与系统主时钟同源的2KHZ正弦波信号（同步正弦波信号）。在实验系统中，可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用做PAM、PCM、ADPCM、CVSD（M）等实验的音频信号源。本模块位于底板的左边1. 非同步函数信号它由集成函数发生器XR2206和一些外围电路组成，XR2206芯片的技术资料可到网上搜索得到。函数信号类型由三档开关K01选择，类型分别为三角波、正弦波、方波等；峰峰值幅度范围010V，可由W03调节；频率范围约500HZ5KHZ，可由W02调节；直流电平可由W01调节（一般左旋到底）。非同步函数信号源结构示意图，见图1-1。K01U01U02跟随放大器XR2206电 路三角波正弦波方波P03 图1-1 非同步函数信号源结构示意图2. 同步正弦波信号同步信号源结构示意图，见图1-3。2KHz方波信号经低通滤波器滤出基波产生，2KHZ正弦波在P04可输出。可作为PAM、PCM、ADPCM、CVSD（M）等模块的音频信号源，其编码数据可在普通模拟示波器上形成稳定的波形，便于实验者观测。18W01用来改变输出同步正弦波的幅度。同步信号源结构示意图，见图1-3。U04南京润众科技有限公司整理U034U01跟随放大器P04CPLD器 件低通滤波器 图1-3 同步函数信号源结构示意图3. 模拟电话输入电路本模块提供了两路用户电话接口，图1-5是其电路结构示意图。J02A/ J02B是电话机的水晶头接口，U01是PBL38614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PBL38614的TR对应的引脚输入，经U01内部二四线转换处理后从T端输出。T端的模拟电话输出信号经P05/ P07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U01芯片R端的输入信号可由P06/P08铜铆孔送入。此时，在电话听筒中即可听到送入信号的声音。南京润众科技有限公司整理U01J02ABP05/P07PBL38614电话接口芯片P06/P08TRTR图1-5 用户电话结构示意图四、实验设置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02V，视信号幅度而定，一般调节为0V（左旋到底）。 W02：非同步函数信号的频率调节，一般使用频率值范围为14KHZ。 W03：非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为04V。 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04V。 P04：同步正弦波信号的输出连接铆孔。 J02A：用户电话A的水晶头接口。P05: 用户电话A语音发送信号输出铆孔。P06: 用户电话A语音接收信号输入铆孔。J02B：用户电话B的水晶头接口。P07: 用户电话B语音发送信号输出铆孔。P08: 用户电话B语音接收信号输入铆孔。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”，插到底板“G”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。3. 非同步函数信号源测试： 频率计和示波器监测P03测试点，按上述设置测试非同步函数信号源输出信号波形，记录其波形参数。4同步正弦波信号源测试：频率计和示波器监测P04测试点，按上述设置测试同步正弦波信号源输出信号波形，记录其波形参数。5用户电话测试：1）电话模块接上电话单机，说话或按住某个数字键不放，用示波器测试其发端波形。2）用信号连接线连接P03与P06/P08两铆孔，即将函数信号送入电话的接收端，调节信号的频率和幅度，听听筒中发出的声音。6. 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记录非同步、同步函数信号的幅度、频率、直流分量等参数，画出测试的波形图。2记录电话数字键波形，了解电话拨号的双音多频的有关技术。3信源编码中为什么用同步信号源后可观测到稳定的编码？实验1-2 CPLD可编程逻辑器件实验一、实验目的1了解ALTERA公司的CPLD可编程器件EPM240；2了解本模块在实验系统中的作用及使用方法；3掌握本模块中数字信号的产生方法。二、实验仪器1时钟与基带数据发生模块，位号：G220M双踪示波器1台 3频率计1台三、实验原理CPLD可编程模块（芯片位号：4U01）用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和数字信号。如下图2-1所示：图2-1 CPLD可编程模块电路原理图它由CPLD可编程器件ALTERA公司的EPM240、下载接口电路（4J03）和一块晶振（JZ01）组成。晶振用来产生16.384MHz系统内的主时钟，送给CPLD芯片生成各种时钟和数字信号。本实验要求实验者了解这些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，理论联系实践，提高实际操作能力。m序列是最被广泛采用伪随机序列之一，除此之外，还用到其它伪随机码，如Gold序列等，本模块采用m序列码作为系统的数字基带信号源使用，在示波器上可形成稳定的波形，方便学生观测分析。下面介绍的m序列原理示意图和仿真波形图都是在MAX+PLUS II软件环境下完成。其中，RD输入低电平脉冲，防止伪随机码发生器出现连0死锁，其对应仿真波形的低电平脉冲。CLK为时钟脉冲输入端。OUT为m序列伪随机码输出。下图2-1、图2-2为三级m序列发生器原理图和其仿真波形图。在实验模块中的clk为2KHZ时钟，输出测试点为4P02，m序列输出测试点为4P01。图2-1 三级m序列发生器原理图（M=7）图2-2 三级m序列仿真波形图下图2-3、图2-4为四级m序列发生器原理图和其仿真波形图。图2-3 四级m序列发生器原理图（M=15）图2-4 四级m序列仿真波形图下图2-5、图2-6为五级m序列发生器原理图和其仿真波形图。图2-5 五级伪随机码发生器原理图图2-6 五级伪随机码仿真波形图图2-7中介绍是异步四级2分频电路，其特点是电路简单，但由于其后级触发器的触发脉冲要待前级触发器的状态翻转之后才能产生，因此其工作速率较低。在对分频输出时钟的相位关系要求严格的情况下，一般采用同步分频法，具体实现原理请同学自己整理。图2-8为异步四级2分频电路仿真波形图。实验模块上的输出测试点4TP01就是多级分频的2KHZ时钟。图2-7 四级2分频原理图图2-8 四级2分频仿真波形图另外，在本模块上设计了一个8位的拨码器和一个5位的拨码器。8位的拨码器用来设置8比特的数字信号源，5位的拨码器用来控制数字信号的速率、码型和其它模块的工作时钟，具体设置可参见“前言”中的拨码开关设置说明。本模块上的EPM240芯片的编译环境是quartusII软件。四、实验设置 本模块加电后即运行，输出各种数字信号和时钟，通过底板送到各个实验模块。 4P01：输出m序列或4SW01设置的8比特串行数据，由4SW02拨码器控制。 4P02：4TP01对应的码元时钟。 4P03: 4TP01对应的相对码。 4TP01：4P01对应的一些码型变换，由4SW02拨码器控制。 4TP02：4TP01对应的码型变换时钟。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”，插到底板“G”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。3拨码器4SW02设置“00000”，用示波器测试4P01、4P02测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。4拨码器4SW02设置“00001”，用示波器测试4P01、4P02、4P03测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。5拨码器4SW02设置“00010”，用示波器测试4P01、4P02测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。6拨码器4SW02设置“00011”，用示波器测试4P01、4P02、4P03测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。7拨码器4SW02设置“01110”或“01111”，改变拨码器4SW01设置，用示波器测试4P01、4P02测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。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。六、实验报告要求1记录本模块产生的时钟和伪随机码序列，画出测试的波形图。2总结绝对码相对码转换规律，并设计出编译码电路；3运用MAX+PLUS II或quartusII软件，VDHL语言或图形法设计产生一个多级m序列。写出你设计过程和仿真结果。实验1-3 接收滤波放大器实验一、实验目的1理解终端接收滤波器作用；2掌握接收滤波器与功放模块的使用方法。二、实验仪器1时钟与基带数据发生模块，位号：G220M双踪示波器1台 3信号连接线2根三、实验原理本实验模块位于底板的右边，由低通滤波器、低频功放、喇叭等组成。可作为PAM、PCM、CVSD等通信模块的接收终端。其组成结构示意图，如图3-1所示。低通滤波器功率放大器P15P14K044SW02拨码器图3-1 终端滤波放大器结构示意图外加信号通过P14铆孔送入低通滤波器电路，“时钟与基带数据发生模块”上的拨码器4SW02可设置低通滤波器的多种截止频率。经过低通滤波器滤波后的信号，可在P15测试点进行观测。滤波后的信号接着送入LM386构成的低功率放大器，驱动小喇叭播放出声音， W09可调节喇叭音量大小。实验者通过本模块喇叭播放功能，可感性的判断音频信号经编解码信道的传输质量。四、实验设置4SW02：设置滤波器的截止频率。设置和参考截止频率如下（4SW02拨码器：往上为1，往下为0）： 01010：滤波器截止频率2.5K 01011：滤波器截止频率5.2K 01100：滤波器截止频率10.3KK04：小喇叭开关。W09：音频功率放大器输出功率的调节电位器，注意音量不可调节太大。P14：外加模拟信号输入连接铆孔。P15：经滤波器滤波后输出连接铆孔（若语音信号不需要经过滤波，可直接从P15输入到功放）。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”，插到底板“G”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。3滤波器测试用信号源选择与调节：采用非同步函数信号选择正弦波档，用示波器和频率计监测P03测试点，调节W02使其频率最低，峰峰值4V左右。如用其它音频信号源亦可。4信号线连接：用专用导线将P03、P14两铆孔连接，将测试信号送入后面的“接收端滤波放大模块”。5截止频率2.6K滤波器测试：设置“时钟与基带数据发生模块”上的4SW02拨码器为01010用示波器监测P15测试点，调节W02，测试其滤波器截止频率并作记录。6截止频率6K滤波器测试：设置“时钟与基带数据发生模块”上的4SW02拨码器为01011用示波器监测P15测试点，调节W02，测试其滤波器截止频率并作记录。注：1）测试过程中可将喇叭关闭，避免噪声干扰；测试的数据可作为后续实验参考。2）当进行CVSD编译码和复接、解复接等后续实验时，将默认滤波器截止频率为3.4KHZ。因此，本实验中4SW02拨码器应设置为01111。7. 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画出实验过程结构示意图，熟悉低通滤波器频率的设置。2LM386芯片常用来设计低频功率放大器，请查找有关资料，画出放大倍数分别为20、50、200的LM386构成的功放电路。第二章 终端编译码实验实验2-1 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1PAM脉冲调幅模块，位号：H2时钟与基带数据发生模块，位号：G320M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。模拟信号和抽样后实测波形图，如图1-2所示。模拟信号抽样脉冲形成电路信道模拟信号恢复滤波器开关抽样器32P0132TP0132P0232P03P154SW02控制P09P14P0432W01 图1-1 抽样的实验过程结构示意图图1-2模拟信号和抽样后实测波形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，开关K02选择。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。3PAM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1-3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。 32W01C1C232P03R232TP01图1-3 PAM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02V，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14KHZ。 W03：非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为04V。 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04V。 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。3PAM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fs2f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.简述抽样定理及PAM实验原理，并画出实验框图。2.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。 3.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。4.设计出当音频信号为1KHZ三角波时可恢复的最小采样频率、低通虑波器的截止频率。5.写出实验体会。实验2-2 脉冲编码调制（PCM）及系统一、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1PCM/ADPCM编译码模块，位号：H2时钟与基带数据产生器模块，位号:G320M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。模拟信号抽 样量 化34P0234P0434P0334P01编 码信 道译 码低 通滤 波再 生工作时钟A/DD/ATP3057P04收端功放P14P15PCM通信系统的实验方框图如图2-1所示。图2-1 PCM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PCM 30/32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。帧脉冲和PCM编码数据（128K）实测波形，相邻帧脉冲之间时间间隔为125us,如图2-2所示。图2-2帧脉冲和PCM编码数据（128K）实测波形另外， 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200HZ4000HZ，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02V，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14KHZ。 W03：非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为04V。 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04V。 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。2PCM/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、P15。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔（语音信号可不经过P14终端滤波，而直接从P15送入功放）。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。4PCM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3003400HZ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）。10PCM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300HZ5KHZ）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0V10V）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2-3 CVSD编译码系统实验一、实验目的1掌握增量调制编译码的基本原理，并理解实验电路的工作过程；2了解不同速率的编译码，以及低速率编译码时的输出波形。3学习增量调制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增量调制编译码模块，位号：D2时钟与基带数据产生器模块，位号:G320M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、实验原理增量调制编码每次取样只编一位码，这一位编码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还在减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。输出的“1”、“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的幅值。MC34115是单片增量调制大规模集成电路芯片。其内部组成框图分别如图3-2所示， MC34115集成电路内部电路由下列八个部分组成：模拟输入运算放大器、数字输入运算放大器、VI电压/电流转换运算放大器、积分运算放大器、斜率过载检测电路、斜率极性控制电路、工作状态选择开关电路、Vcc/2稳压电源。增量调制锯齿波和模拟信号实测波形，如图3-3所示。增量调制锯齿波和编码数据实测波形，如图3-4所示。 CVSD编码CVSD译码信号恢复滤波器6P03模拟信号源7P017P02P14P046P01P15图3-1 增量调制系统连接示意方框图(1) 编码电路工作过程由图3-1可知，音频模拟输入信号由开关6P01连接进入，经过耦合至6U02（MC34115）的模拟信号输入端，第1引脚。其编码、译码工作方式由MC34115芯片的第15引脚的电平决定（高电平为编码方式、低电平为译码方式）。此时芯片内的模拟输入运算放大器与移位寄存器接通，从第1引脚(ANI)输入的音频模拟信号与2脚(ANF)输入的本地解码信号相减并放大得到误差信号，然后根据该信号极性编成数据信码从第9引脚(DOT)输出。该信码在片内经过3级或4级移位寄存器及检测逻辑电路。检测过去的3位或4位信码中是否为连续“1”或连续“0”的出现。一旦当移位寄存器各级输出为全“1”码或全“0”码时，表明积分运算放大器增益过小，检测逻辑电路从第11引脚(COIN端)输出负极性一致脉冲，经过外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压输入到第3引脚(SYL端)，由内部电路决定，GC端电压与SYL端相同，这相当于量阶控制电压加到第4引脚GC端。该端外接调节电位器6W01，调节6W01为一固定电位，改变此电位器即可改变GC端的输入电流，以此控制积分量阶的大小，从而改变环路增益，展宽动态范围。第4引脚(GC)输入电流经过VI变换运算放大器，再经量阶极性