《专业综合课程设计》报告模数转换电路测试与FUT电路设计

1、目录1模拟调制通信系统测试11.1 pam双路抽样脉冲发生实验 pam111.1.1电路工作原理11.1.2 测试项目和方法21.1.3 测试结果及分析21.2 抽样定理和脉冲调幅实验 pam231.2.1电路工作原理31.2.2测试项目和方法51.2.3 测试结果及分析61.3 pam模拟传输线实验 pam361.3.1电路工作原理61.3.2 测试项目和方法81.3.3 测试结果及分析91.4 pam脉冲幅度解调实验 pam491.4.1电路工作原理91.4.2 测试项目和方法101.4.3 测试结果及分析111.5 pcm脉冲编译码实验 pcm111.5.1电路工作原理111.5.2 测

2、试项目和方法141.5.3 测试结果及分析151.6 数字多路传输系统实验 tdm1,tdm2151.6.1电路工作原理151.6.2 测试项目和方法191.6.3 测试结果及分析202 函数信号发生实验 fut232.1 实验原理232.1.1 icl8038管脚功能图242.1.2 实验电路242.2 实验仿真252.2.1实验仿真电路图252.2.2 实验仿真内容以及波形图253 fsk数字频率解调实验pcb制作（fsk2）293.1 电路原理图（sch）制作293.2 电路板pcb 制作294 小结315 参考文献321模拟调制通信系统测试1.1 pam双路抽样脉冲发生实验 pam11

3、.1.1电路工作原理时钟信号乃是数字通信各级电路的重要组成部分，在数字通信电路中，若没有时钟信号，则电路基本工作条件将得不到满足而无法工作。（一）电路组成pam双路抽样脉冲发生实验是供给pam、psk等实验所需时钟和基带信号，图22-1是实验电原理图，由以下电路组成：1内时钟信号源。2多级分频及pam双路抽样脉冲产生电路。图1-1 pam双路抽样脉冲发生实验电原理图（二）电路工作原理1内时钟信号源内时钟信号源电路由晶振j1，电阻r1和r2，电容c1，非门u1a，u1b组成，若电路加电后，在u1a的输出端输出一个比较理想的方波信号，输出振荡频率为4.096mhz，经过d触发器u6b进行二分频，输

4、出为2.048mhz方波信号。2三级基准信号分频及pam双路抽样脉冲产生电路该电路的输入时钟信号为2.048mhz的方波，由可预置四位二进制计数器（带直接清零）组成的三级分频电路组成，逐次分频变成8khz方波，u2、u3的第二引脚为各级时钟输入端，输入时钟为2.048mhz，128khz，由第二级分频电路产生的多级分频脉冲输入3线-8线译码器74ls138的地址端和选通端，在译码器的输出端y1、y2输出频率8khz、时延14us的双路抽样脉冲。1.1.2 测试项目和方法两路脉冲波形：tp12波形同tp11；tp22波形同tp21；tp11（8k）tp21（8k）图1-2 两路脉冲波形1.1.3

5、 测试结果及分析 图1-3 tp1-1波形 图1-4 tp1-2波形 图1-5tp2-1波形 图1-6 tp2-2波形1.2 抽样定理和脉冲调幅实验 pam21.2.1电路工作原理利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为“抽样”，抽样后的信号称为脉冲调幅（pam）信号。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，从抽样信号中可以无失真地恢复出原信号。图1-7 单路pcm系统示意图作为例子，中示意地画出了传输一路语音信号的pcm系统。从图中可以看出要实现对语音的pcm编码，首先就要对语音信号进行抽样，然后才能进行量化和编码。因此，抽样过程是语音信号数字化的重要环节，

6、也是一切模拟信号数字化的重要环节。（一）抽样定理抽样定理指出，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)，可以用频率大于或等于6800hz的样值序列来表示。抽样频率fs和语音信号m(t)的频谱如图2-2和图2-3所示。由频谱可知，用截止频率为fh的理想低通滤波器可以无失真地恢复原始信号m(t)，这就说明了抽样定理的正确性。验证抽样定理的实验方框如图2-6所示。多路抽样脉冲调幅实验框图如图23-7所示，图2-8是调制部分的实验电原理图，在图2-8中

7、，bg1和bg2完成抽样定理调制部分的实验电路。抽样电路采用场效应晶体管开关电路。抽样门在抽样脉冲的控制下以每秒八千次的速度开关。bg1为结型场效应晶体管，bg2为驱动三极管。从截止到导通的跳变电压经跨接在二极管两端的电容加到场效应晶体管的g极。使栅极、源极之间的电压迅速达到场效应晶体管导通的数值，并一直达到使源极电压等于漏极上的模拟电压。这样，抽样脉冲期间模拟电压经场效应晶体管开关加到负载上。由于抽样电路的负载是一个电阻，因此抽样的输出端能得到一串脉冲信号。此脉冲信号的幅度与抽样时输入信号的瞬时值成正比例，脉冲的宽度与抽样脉冲的宽度相同。这样，脉冲信号就是脉冲调幅信号。当抽样脉冲宽度远小于抽

8、样周期时，电路输出的结果接近于理想抽样序列。由图2-6可知，用一低通滤波器即可实现模拟信号的恢复。为便于观察，解调电路由射随、低通滤波器和放大器组成，低通滤波器的截止频率为3400hz。图1-8 抽样定理实验方框图（二）多路脉冲幅度调制分路抽样电路的作用是：将在时间上连续的语音信号经脉冲抽样形成时间上离散的脉冲调幅信号。n路抽样脉冲在时间上是互不交叉、顺序排列的。各路的抽样信号在多路汇接的公共负载上相加便形成合路的脉冲调幅信号。本实验设置了两路分路抽样电路。图1-9 多路脉冲调幅实验框图图1-10 抽样定理和脉冲调幅实验电原理图1.2.2测试项目和方法观测pam2音讯发生器部分输出tp1是正弦

9、波输出，将其幅度调至最大不失真调节电位器r5和rw1：波形如下图所示：图1-11一路音频tp2输入1k、2v的音频信号，一路抽样脉冲从tp3输入tp11观测tp6脉冲调幅输出如下图：图1-12二路音频输入，抽样脉冲输出，其输出波形同上；1.2.3 测试结果及分析 图1-13 1k 2v时 tp2波形 图1-14 2v跳到20v时tp6波形 图1-15 tp1最大不失真 图1-15二路音频输入 抽样脉冲输出1.3 pam模拟传输线实验 pam31.3.1电路工作原理 在一个理想的传输系统中，各路pam信号应是严格地限制在本路时隙中的矩形脉冲。但如果传输pam信号的通道频带是有限的，则pam信号就

10、会出现“拖尾”的现象，当“拖尾”严重，以至侵入邻路隙时，就产生了路隙串话。 （一）路隙串话中的高频串话 在考虑通道频带高频端时，可将整个通道简化为图24-1所示的低通网络，它的上截止频率为： f1=1/(2r1c1)图1-16 通道的低通等效网络为了分析方便，设第一路有幅度为v的pam脉冲，而其它路没有。当矩形脉冲通过图24-1(a)所示的低通网络，输出波形如图24-1(b)所示。脉冲终了时，波形按r1c1时间常数指数下降。这样，就有了第一路脉冲在第二路时隙上的残存电压串话电压u，这种由于信道的高频响应不够引起的路际串话就叫做高频串话。（二）路隙串话中的低频串话当考虑通道频带的低频端时，可将通

11、道简化为图3-2所示的高通网络。它的下截止频率为： f2=1/(2r2c2) 由于r2c2，所以，当脉冲通过图3-2(a)所示的高通网络后，输出波形如图3-2(b)所示。长长的“拖尾”影响到相隔很远的时隙。若计算某一话路上的串话电压，则需要计算前n路对这一路分别产生的串话电压，积累起来才是总的串话电压。这种由于信道的低频响应不够而引起的路际串话就叫做低频串话。解决低频串话是一项很困难的工作。 图1-17 通道的高频等效网络限于实验条件，本实验只模拟了高频串话的信道。（三）模拟的传输通道低通等效网络图24-3是模拟的传输通道实验原理图（低通等效网络），r1、r2分别代表了传输线路的串联等效电阻，

12、c1、c2分别代表了传输线路芯线和屏蔽层之间的分布等效电容。图1-18 模拟传输线实验电原理图1.3.2 测试项目和方法j1、j3、j5分别输入tp11；j2、j4、j6分别为输出端；其各点波形如下图所示：图1-19 j1到j6各点波形图1.3.3 测试结果及分析 图1-20 j2波形 图1-21 j4波形 图1-22 j6波形1.4 pam脉冲幅度解调实验 pam41.4.1电路工作原理从抽样序列的形成可以知道，用一积分电路组成的低通滤波器可实现模拟信号的恢复。即实现pam脉冲幅度解调。为便于观察，解调电路由射随、低通滤波器和放大器组成，低通滤波器的截止频率为3400hz。（一）分路选通电路

13、多路脉冲调幅信号进入接收端后，由分路选通脉冲分离成n路，亦即还原出单路pam信号。发送端分路抽样与接收端分路选通是一一对应的，这是依靠它们所使用的定时脉冲的对应关系决定的。为简化实验系统，本实验的分路选通脉冲直接利用该路的分路抽样脉冲经适当延迟获得，流程可参阅pam2实验中的图。pam信号在时间上是离散的，但在幅度上却是连续的。而在pcm系统里，pam信号只有在被量化和编码后才有传输的可能。本实验仅提供一个pam系统的简单分路选通电路模式。（二）pam脉冲幅度解调电路pam时序信号经过分路选通电路选通后，即可进入脉冲幅度解调电路。解调电路由射随、低通滤波器和放大器组成低通滤波器的截止频率为34

14、00hz。（三）实验电原理图分析pam脉冲幅度解调实验的实验电原理图如图4-1所示。图1-23的左半部分为分路选通电路，j1输入pam时序信号。bg1为射极跟随器，j4输入选通脉冲，通常为调制端的选通脉冲经适当延迟得到。bg3为选通脉冲驱动级。bg2为选通信号输出，c3为展宽电容；图25-1的右半部分为脉冲幅度解调电路，j5输入pam时序信号，bg4为射极跟随器，u1a和u1b组成截止频率为3400hz的低通滤波器，bg5为放大电路，j7输出恢复后的模拟音频信号。图1-23 pam脉冲幅度解调实验电原理图1.4.2 测试项目和方法准备好pam1和pam2，保证pam2有脉冲调幅波输出；tp1（

15、j1）输入脉冲调幅pam2的j6，如下图所示：图1-24 tp1波形tp4(j4)抽样脉冲输入tp11，如下图所示：图1-25 tp4波形观测tp3脉冲展宽输出波形如下图所示：图1-26 tp3波形pam4的脉冲调幅输入j5输入pam2的脉冲调幅输出j6，波形同tp1。观测tp7解调输出波形如下图所示： 图1-27 tp7波形1.4.3 测试结果及分析 图1-28 tp3波形 图1-29 tp7波形1.5 pcm脉冲编译码实验 pcm1.5.1电路工作原理（一）pcm基本工作原理脉冲编码调制通信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进行传输。而脉冲编

16、码调制就是对模拟信号先进行抽样后，再对样值的幅度进行量化、编码的过程。所谓抽样，就是利用抽样脉冲对模拟信号进行周期性扫描，从而把时间上连续的信号变成变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真地恢复原模拟信号。它的抽样速率下限是由抽样定理确定的。在该实验中，抽样速率采用8kbit/s。模拟信号抽样示意图如图1-30所示。图1-30 模拟信号抽样示意图所谓量化，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。（二）pcm编译码电路mt8965芯片介绍：1）编译码器的简单介绍在单路编译码器中，经变换后的pcm

17、码是在一个时隙中被发送出去，这个时序号是由ad控制电路来决定的，而在其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帧里只在一个由它自己的ad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da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ad控制电路来控制，而ad控制电路还是受外部控制电路的控制，同样在译码电路中da控制电路也受外部控制电路的控制，这样，我们只要向ad控制电路或da控制电路发某命令即可控制单路编码器的发送时序和接收时序号，从而也

18、可以达到总线交换的目的，但各种单路编码器对其发送时序和接收时序的控制方式都有所不同，象有些编码器就有两种方式，一种是编程法，即给它内部的控制电路输进一个控制字，令其在某某时隙干什么工作，另一种是直接控制，这时它有两个控制端，我们定义为fsx和fsr，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codec就输出一个pcm码，每来一个fsr，其codec就从外部输入一个pcm码。（a） ad电路 （b） da电路图1-31 a/d以及d/a电路框图图1-31（b）是pcm的译码电路方框图，它的工作过程同图5-5（a）的工作过程完全相反，因此

19、这里就不再讨论了。2）本实验系统编译码器电路的设计我们所使用的编译码器是把codec和filter集成在一个芯片上，它的内部结构方框图见图5-6所示。 它的外部接口可分两部分：一部分是模拟接口电路，它与编译码器中的filter发生联系，这一部分控制模拟信号的放大倍数，另一部分是与处理系统和交换网络的数字接口，它与编译码器中的codec发生联系，我们对codec的控制主要通过这些数字接口线来达到目的。（三）pcm编译码电路tp3067芯片介绍：pcm编译码器tp3067专用大规模集成电路，它是用cmos工艺制造的单片pcm a/律编译码器，并且片内带有输入输出话路滤波器。tp3067的管脚如图1

20、-32所示，内部组成框图如图1-33所示。tp3067的管脚定义简述如下： 符号 功能（1）vpo+ 接收功放的同向输出（2）gnda 模拟地，所有信号均以该引脚为参考点 （3）vpo- 接收功放的反向输出（4）vpi 将输入转换到接收功放（5）vfro 接收滤波器的模拟输出 （6）vcc 正电源引脚，vcc=+5v5%（7）fsr 接收部分的8khz帧同步时隙信号，可输入p8k（8）dr pcm码流解码输入图1-32 tp3067管脚排列图（9）bclkrclksesl 在fsr的前沿后把数据移入dr的位时钟，其频率可从64khz变化至2.048mhz，另一方面它也可能是一个逻辑输入，以此为

21、在同步模式中的主时钟选择频率1.536mhz1.544mhz或2.048mhz，bclkr用在发送和接收两个方向（10）mclkrpdn 接收主时钟，其频率可以为1.536mhz、1.544mhz或2.048mhz。它允许与mclkx异步，但为了获得最佳性能应当与mclkx同步，当mclkr连续联在低电位时，clkx被选用为所有内部定时，当mclkr连续工作在高电位时，器件就处于掉电模式。（11）mclkx 发送主时钟，其频率可以是1.536mhz、1.544mhz或2.048mhz，它允许与mclkr异步，同步工作能实现最佳性能。（12）bclkx 把pcm数据从dx上移出的位时钟，其频率可

22、从64khz变至2.048mhz，但必须与mclkx同步。（13）dx 由fsx启动的三态pcm数据输出。（14）fsx 发送部分的8khz帧同步时隙信号（15）tsx 编码时的消耗输出（16）anlb 模拟环回路控制输入，在正常工作时必须置为逻辑“0”，当拉到逻辑“1”时，发送滤波器和发送前置放大器输出的连接线被断开，而改为和接收功率放大器的vco+输出连接。 （17）gsx 发送输入放大器的模拟输出。用来在外部调节增益。 （18）vfxi- 发送输入放大器的反向输入。 （19）vfxi+ 发送输入放大器的同向输入。 （20）vbb 负电源引脚，vbb=-5v5%图1-33 tp3067的内

23、部结构框图1.5.2 测试项目和方法实验所需的时钟（2048khz）和时分脉冲（q8khz）取自“时钟与三级伪码发生实验”模块。j1话音输入1k、2v的音频信号；j6时分脉冲输入q8k；j5时钟输入2048k；连接pcm编码输出和编码输入，观测编码输出tp2如下图所示：图1-34 tp2波形观测话音输出j4为1k的是频信号如下图所示：图1-35 j4波形1.5.3 测试结果及分析 图1-36 tp2波形 图1-37 j4波形 1.6 数字多路传输系统实验 tdm1,tdm21.6.1电路工作原理 数字复接设备的结构简图如图27-1所示。图1-38 数字复接调设备结构简图数字复接系统包括数字复接

24、器和数字分接器两部分。数字复接器是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复用方式合并成为单一的合路数字信号的设备；数字分接器是把一个合路数字信号分解为原来多个支路信号的设备。通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起作为一个设备，称为复接分接器，统称为数字复接设备。 2数字复接设备的帧结构和帧同步状态转移在本实验中的帧结构如图1-39所示：图1-39 合路数字信号帧结构在同步复接/分接设备中，能够正确实施分接的前提是分接器的帧状态必须与复接器的帧状态保持正确的相位关系，即必须保持帧同步。帧定位指的就是把分接器的帧状态调整到与复接器帧状态具有正确相位关系并且保持这种相位关系的过程，这种调整过程称为同

25、步搜捕过程。传统的同步搜捕方法有两种：逐码移位同步法和置位同步法。逐码移位同步法的基本原理是调整接收端本地帧同步码的相位，使之与收到的信息码中的帧同步码对准。这种同步方法适用于帧同步码分散插入的情况。在本实验中采用的是置位同步法，下面详细说明置位同步法的原理。置位同步法帧同步状态转移示意图如图1-40所示。图1-40 帧同步状态转移示意图在示意图1-40中，a为同步态，d为失步态，其他各状态为中间状态。帧同步系统的性能主要就是由同步码组长度n，校核计数长度，保护计数长度决定的。本实验中帧同步单元采用了=3，=3的三级保护和三级校核同步系统。3数字多路传输实验：本实验系统由发送端的复接器和接收端

26、的分接器两部分组成，系统模块图如图1-41所示，由于是同步复接系统，可以略去调整单元和恢复单元，增加了复接器中的支路信号产生单元和分接图1-41 数字多路传输实验系统模块器中的支路信号输出路序选择单元。（一）复接器复接器由定时，支路信号产生和复接单元组成。 （1）定时单元 复接器定时单元模块图如图1-42所示。图1-42 复接器定时单元模块图 本单元提供支路信号产生和复接单元所需的时序信号。时钟频率为2.1168mhz。波形如图1-43所示：图1-43 复接器定时信号波形图本复接系统支路数为4，p1-p4分别为4个支路信号时隙。f1en 和f2en为帧定位信号所占1-4个时隙和5-8个时隙有效

27、信号。den为信息位时隙有效信号。fclr和fclk为支路信号产生所需的清零和时钟信号。 （2）支路信号产生单元 本实验系统中，共有4个支路信号产生电路，支路信号产生电路图不同，产生的支路信号也不相同，但是都以7个支路时钟为循环周期，其波形如图1-44所示。图1-44 支路信号波形图 误码插入功能：frame为低时，在发送的合路信号的帧定位码中插入1位误码，以检测分接器的同步功能。在本实验中，帧定位码为“11100100”，当frame=0时，将帧定位码的最高位反转，即帧定位码变为“01100100”，即插入误码（frame可理解为帧定位码的首位码）。最后产生的全路信号如图1-45所示。（注：

28、合路信号根据路序选择不同和fein的输入而不同，图中给出为sel=00000，frame=1的情况)。图1-45 复接器合路信号波形图（二）分接器 （1）同步单元本实验中，帧同步单元采用了=3，=3的三级保护和三级校核同步系统。检测帧定位信号，得到合路信号的帧头位置信号fpo。 （2）定时单元 本单元提供分接单元所需的时序信号，波形如图1-46所示。本分系统支路数为4，p1-p4分别为4个支路信号时隙。den为信息位时隙有效信号。pclk为支路信号产生所需的时钟信号。图1-46 分接器定时单元定时信号波形图 （3）分接单元本单元不仅完成从合路信号中提取4个支路信号的功能，还完成路序选择：即可以

29、根据选择sel的状态选择支路信号合并后路序，例如sel00000，选择了支路信号1合并到合路信号的路序1，选择了支路信号2合并到合路信号的路序2，选择了支路信号3合并到合路信号的路序3，选择了支路信号4合并到合路信号的路序4，sel可以有24种状态，即通过拨码实现。4个支路信号的波形图如图1-47所示。图1-47 分接器支路信号波形1.6.2 测试项目和方法测得回路信号波形如图1-48所示：fd1、fd2、fd3、fd4为四路输入信号；图1-48 四路输出信号波形复接器复接单元复接信号为dout图1-49 波形分接单元信号波形fd1、fd2、fd3、fd4为四路输入信号同上图1-491.6.3

30、 测试结果及分析（1） 图1-50 fclr波形 图1-51 fclk波形 图1-52 fd1波形 图 1-53 fd2波形 图1-54 fd3波形 图1-55 fd4波形(2) 图 1-56 f1en波形 图 1-57 f2en波形 图1-58 clko波形 图1-59 dout波形(3) 图1-60 fd1波形 图 1-61 fd2波形 图 1-62 fd3波形 图 1-63 fd4波形2 函数信号发生实验 fut2.1 实验原理 1、 icl8038是单片集成函数信号发生器，其内部框图如图2-1所示。它由恒流源i1和i2、电压比较器a和b、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。图2-

31、1 icl8038原理框图 外接电容c由两个恒流源充电和放电，电压比较器a、b 的阈值分别为电源电压（指uccuee）的2/3和1/3。恒流源i1和i2的大小可通过外接电阻调节，但必须i2i1。当触发器的输出为低电平时，恒流源i2断开，恒流源i1给 c充电，它的两端电压uc随时间线性上升，当uc达到电源电压的2/3时，电压比较器a的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源i2接通，由于i2i1（设i22i1），恒流源i2将电流2i1加到c上反充电，相当于c由一个净电流i放电，c 两端的电压uc 又转为直线下降。当它下降到电源电压的1/3时，电压比较器b的输出电压发生跳变，使触发

32、器的输出由高电平跳变为原来的低电平，恒流源i2断开，i1再给 c充电，如此周而复始，产生振荡。若调整电路，使i22i1， 则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚输出方波信号。c上的电压uc， 上升与下降时间相等，为三角波，经电压跟随器从管脚输出三角波信号。将三角波变成正弦波是经过一个非线性的变换网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交流通路阻抗会减小，这样就使三角波的两端变为平滑的正弦波，从管脚输出。2.1.1 icl8038管脚功能图图22 icl8038管脚图2.1.2 实验电路该信号发生器采用了精密波形发生器单片集成电路icl8038

33、。该电路能够产生高精度正弦波，方波，三角波，所需外部元件少。频率可通过外部元件调节。icl8038的正弦波形失真1%，三角波线性失真0.1%，占空比调节范围为2%98%。 图2-3 实验电路图icl8038的第10脚外接定时电容，该电容的容值决定了输出波形的频率，电路中的定时电容从c1至c8决定了信号频率的十个倍频程，从500f开始，依次减小十倍，直到5500pf，频率范围对应为0.05hz0.5 hz5hz50hz500hz5khz50khz500khz。电路中的v1、r7、r8构成缓冲放大器，r9 为电位器，用于改变输出波形的幅度。2.2 实验仿真2.2.1实验仿真电路图图2-4 实验仿真电路图2.2.2 实验仿真内容以及波形图 1、 按图2-4所示的电路图组装电路，取c0.01f，w1、w2、w3、w4均置中间位置。 2、 调整电路，使其处于振荡，产生方波，通过调整电位器w2， 使方波的占空比达到50。3、 保持方波的