光纤通信技术实验指导书

1、 前 言光纤是当前电话网和Internet的主要信息传输媒体，无论在陆地还是海底，都已形成了拥有巨大传输容量的光纤链路，因此光纤通信系统原理课程是光纤通信专业、通信专业、电子信息专业和其他相关专业必须学习和掌握的课程。光纤通信传输系统实验是根据有关光纤通信系统原理教材的内容并结合教学和实践的需要而开设的实验课程，其目的是使学生通过实验了解并掌握由光纤传输媒体构成的数据传输系统的组成和原理，学习光纤测试的基本方法。光纤通信传输系统实验箱采用模块化设计，软、硬件结合的方法设计了各个实验，模块间连接灵活，设有典型波形的测试点，方便学生动手操作实验，同时也有利于学生对实验内容和实验原理的理解。本实验指

2、导书共收录了10个实验，实验一是信号发生器实验，它产生其他实验电路所需的时钟信号和数字信号；实验二是CPU中央处理控制单元实验，由单片机控制实验信号的切换和实验状态的指示；实验三是PN码和CMI码产生实验，其重点是PN码和CMI码的产生原理。实验一、二、三可以在一次实验课中完成。实验四和实验五分别是光发送和光接收模块实验；实验六则是数字信号通过光纤系统进行传输的实验，这三个实验的内容关联性强，可以在一次实验课中完成。实验七是模拟和数字电话的光传输系统实验，实验的主要内容是通过光纤组成了具有较强实用性的模拟和数字电话的光传输系统。实验八是模拟信号三角波和正弦波的光传输实验；实验九是PCM光传输实

3、验，这两个实验分别从模拟信号和数字信号传输角度设计了实验，可以在一起完成它们的实验内容。实验十是光纤通信系统测试的实验，它需要配置光功率计、光衰减器、误码分析仪和ST-FC跳线等仪器设备才能完成，通过这个实验学习如何测试光纤通信系统。本实验指导书附录部分提供了实验箱系统结构和布局图、实验箱排针短路帽设置表、实验箱全部电路原理图、实验箱主要使用的集成电路管脚图和常用光纤测试仪器介绍，这些内容为学生完成实验并理解实验原理提供了很好的帮助。由于本人的水平有限，实验指导书中也难免有不当之处，期望同学们及有关老师提出宝贵意见。目 录实验一 信号发生器实验-4实验二 中央处理器单元实验-7实验三 CMI，

4、PN码型变换实验-11实验四 光发送模块实验-17实验五 光接收模块实验-22实验六 脉冲波 方波 CMI码 PN码的光传输实验-27实验七 模拟 数字电话光传输系统实验-29实验八 三角波 正弦波光传输系统实验-36实验九 PCM光纤传输系统实验-40附录一 键盘操作及短路冒使用说明-48附录二 主要电路集成芯片真值表和封装-52实验一 信号发生器实验一 实验目的1. 了解光纤通信传输实验系统中信号发生器的组成原理。2. 了解光纤通信传输实验系统中光发送端数字信号产生的方法。3. 掌握光纤通信传输实验系统中信号发生器产生的各个信号的在光纤通信传输系统中用途。二 实验仪器1. 光纤通信传输系统

5、实验箱1台2. 20MHz示波器1台3. 频率计1台（可选）三 实验电路原理时钟信号是光纤通信传输实验系统中各个实验的基础，因此要求掌握其产生的原理。产生时钟信号的方框图和电路原理图分别见图1-1和图1-2所示。主时钟4.096MHz2048kHz128kHz16kHz8分频2分频16分频伪随机码电路方波电路脉冲电路PCM工作时钟2分频2分频CMI码电路4分频图1-1 信号发生器电路方框图4.096MHz主时钟是由两个反相器74LS04和4.096MHz晶振组成的电路产生。主时钟经74LS74 D触发器二分频得到2.048MHz的方波信号，方波信号再经两级由74LS161组成的16分频器电路，

6、得到各种信号，其中2048kHz方波是PCM编码芯片的主时钟，64kHz方波是PN码移位时钟，32kHz方波用于产生CMI编码时钟，N32kHz是32kHz方波的反相波，16kHz方波是数字信号传输实验的方波信号，8kHz的脉冲信号作为是数字信号传输实验的脉冲信号并用于PCM编码的帧同步信号。各测试点波形说明如下：TP101：2.048MHz的方波信号，作为PCM编译码电路的主时钟信号。TP102：1.024MHz的方波信号。TP103：128kHz的窄脉冲信号，用于后续各次分频。TP104：8kHz的窄脉冲信号，作为PCM编码电路的帧同步信号和数字信号传输实验的脉冲信号。四 实验步骤与内容1

7、. 连接电源线，按下电源分路开关PA、PB，发光二极管D1、D2、D3、D4亮，表明实验箱上±5V和±12V电源工作正常；2. 按下“复位”键，使系统处于复位状态。此时发光二极管D5D12依次循环点亮，表明实验系统中的中央处理器电路进入正常工作状态（详见实验二的图2-2）；3. 用示波器别测出图中各测试点（TP101、TP102、TP103、TP104）的波形和频率，并做记录。图1-2 信号发生器电路原理图五 实验报告要求1. 分析电路的工作原理，说明其工作过程。2. 整理实验记录，画出各测试点的波形图，并对每一测试点的波形加以分析（波形的幅度、频率、脉冲宽度和占空比）。实

8、验二 中央处理器单元实验一 实验目的1. 了解单片机在光纤通信传输系统中的应用。2. 了解该单元电路对整个光纤实验系统的管理与控制过程。3. 熟悉键盘操作方法。二 实验仪器1. 光纤通信传输系统实验箱1台2. 20MHz示波器1台3. 万用表1台（可选）4. 频率计1台（可选）三 实验电路图2-1是中央处理器电路的方框图，它由AT89C51单片机、显示接口电路、数字信号控制接口电路、模拟信号控制接口电路和键盘输入电路五个部分组成。AT89C51显示控制接口电路数字信号控制接口电路模拟信号控制接口电路键盘输入电路发光二极管显示电路选通传输数字信号电路选通传输模拟信号电路图2-1 中央处理器电路方

9、框图脉冲波数字电话模拟电话方波CMIPNPCM确认复位三角波正弦波外输入AT89C51单片机接口电路显示电路（发光二极管）图2-2 CPU与输入键盘、显示电路方框图显示接口电路和键盘输入电路共同实现了光纤通信传输实验系统的传输信号选择和显示功能，中央处理单元的电路原理图见附录四“CPU中央处理控制单元电路原理”。图2-2是输入键盘、显示电路方框图。键盘由12个功能键组成，其中“脉冲波”、“方波”、“CMI”、“PN”、“数字电话”和“PCM”6个键为数字信号功能键，在进行数字信号的光纤传输实验时，使用这6个功能键选择数字信号。“三角波”、“正弦波”、“外输入”和“模拟电话”4个键为模拟信号功能

10、键，在进行模拟信号的光纤传输实验时，使用这4个功能键选择模拟信号。“复位”键用于中央处理器单元的初试化，而“确认”键则是对选择的模拟或数字信号进行确认。例如在做数字电话光传输实验时，先按下“数字电话”键后，再按一下“确认”键，这时，接通与数字电话有关的模拟电路、数字电路、光发送系统和光接收系统等单元电路，对应的数字电话发光二极管D9闪烁，表示系统工作于数字电话状态。实验结束后，按一下“复位”键，中央处理器单元进入初始状态。图2-3是光纤通信传输系统实验系统的方框图。图2-3（A）是模拟信号光纤传输系统示意图，模拟信号输入电路包括正弦波、三角波、外输入和模拟电话。图2-3（B）是数字信号光纤传输

11、系统实验示意图，数字信号输入电路包括脉冲波、方波、PN码、CMI码、数字电话和PCM。光发送端的输入信号是由CPU中央处理控制电路控制的。（A） 模拟信号光纤传输系统实验示意图（B） 数字信号光纤传输系统实验示意图图2-3 模拟信号和数字信号光纤通信传输系统实验方框图四 实验步骤与内容1. 连接电源线，按下电源分路开关PA、PB；2. 按下“复位”键，使系统处于复位状态；3. 用示波器、频率计测出图中各测试点（AT89C51的主时钟TP1、AT89C51的地址锁存信号TP2）的波形和频率，并做记录。4. 用万用表或示波器测量直流电压值，测量点为TP3、TP4、TP5和TP6，并做记录。五、实验

12、报告要求1. 分析电路的工作原理，说明其工作过程。2. 根据对整个实验系统的理解，说明光纤通信传输系统的模拟信号传输实验和数字信号传输实验的过程。10- -实验三 CMI、PN码型变换实验一 实验目的1. 掌握伪随机码（Pseudo Noise，PN）发生器的工作原理和实现方法。2. 掌握传号反转码（CMI）的编码规则和特点。3. 了解CMI码的编码方法。二 实验仪器1. 光纤通信传输系统实验箱1台2. 20MHz示波器1台三 实验电路1. 伪随机码产生电路伪随机码又称为伪随机序列或伪随机信号，它是一个预先确定并可重复实现的具有某种随机特性的码，在通信中它可以模拟随机噪声和进行扩频通信。伪随机

13、码一般采用反馈移存器实现，图3-1是由n个寄存器构成线性反馈移存器原理框图，它的输出状态数为2n。图3-1 线性反馈移存器原理框图图3-2是由4个D触发器构成的伪随机码产生电路图。异或门74LS86实现“模2加”，与非门74LS20控制禁止产生全“1”码，因此移存器输出是长度为241=15的伪随机码。图3-2 伪随机码发生器电路原理图PN码时测试点波形说明：TP109：PN码时为64kHz的移位方波信号；CMI码时为32kHz的方波信号。TP110：伪随机码输出波形，对应的码型为10010100001110110010，如图3-3所示。图3-3 伪随机码波形图2. CMI码产生电路CMI码是传

14、号反转码的简称，其编码规则为：“1”交替地用“00”和“11”表示，而“0”则固定用“01”表示，因此1bit变为2bit，这种码型有较多的电平跃变，因此易于提取定时信息。图3-4是CMI码与NRZ码的关系。图3-4 CMI码和NRZ码的转换关系采样判别翻转电路反相开关合成CMI码CLKPN码10图3-5 CMI编码原理框图图3-5是CMI码编码原理框图。编码电路接收来自信号源的单极性不归零（NRZ）码（本实验采用PN码作为CMI编码的输入）。单极性码输入本单元后首先用CLK同步，如果输入是传号，则反转输出，若是空号，则打开门开关，使时钟的反相输出，这样就产生了CMI码。图3-6是CMI码编码

15、电路原理图。图3-7是各测试电的波形。图3-6 CMI编码电路原理图图3-7 CMI编码电路各点波形图四 实验步骤与内容1. 连接电源线，按下电源分路开关PA、PB；2. 按下“复位”键，使系统处于复位状态；3. 按下“PN”键，再按“确认”键，PN码对应的发光二极管D8闪烁，表示系统工作于PN码状态；4. 用示波器测出图中各测试点（TP109、TP110）的波形，并做记录。5. 按下“复位”键，使系统处于复位状态。按下“CMI”键，再按“确认”键，CMI码对应的发光二极管D7闪烁，表示系统工作于CMI码状态；6. 用示波器测出图中各测试点（TP109、TP110、TP111、TP112、TP

16、113、TP114、TP115）的波形，并做记录。五 实验报告要求1. 分析伪随机码发生器的工作原理。2. 分析CMI码编码电路的工作原理。3. 比较CLK时钟、PN码、CMI码的波形。4. 整理实验记录，画出各测试点的波形图，并对每一测试点的波形加以分析说明。实验四 光发送模块实验一 实验目的1. 了解光源的发光特性。2. 掌握电光变换原理。3. 了解模拟光发送和数字光发送的区别。二 实验仪器1. 光纤通信传输系统实验箱1台2. 20MHz示波器1台三 实验电路光发送模块实验通过光发送电路将电信号变换成光信号，并把光信号通过光纤传输。其核心是发光器件半导体光源，其工作原理属于注入电流发光，因

17、此光发送电路必须提供适当的电流，同时半导体光源在工作时动态阻值小，所以光发送电路应尽量提高电光的转换效率。本实验箱半导体光源采用Agilent（安捷伦）公司的HFBR-1414T，下面先介绍其工作原理和特性。（一） 光发送器件HFBR-1414T图4-1 HFBR-1414T的内部电路图1技术参数HFBR-1414T是高速、低功耗、线性的电光转换器件，下面是HFBR-1414T的主要技术特性。Ø 发射光波长820nmØ 最高数据传输速率155MBaudØ 最长传输距离4kmØ 适用光纤：50/125m，60.5/125m，100/140m，200mHCS

18、Ø 工作温度范围：:-40+85Ø ST、SC、SMA和FC四种连接头选择Ø 8管脚DIP封装2内部电路图4-1是HFBR-1414T的内部电路图。3管脚分布和功能模块的管脚分布和功能如图4-2所示。图4-2 HFBR-1414T的几何尺寸及管脚分布图4功率与注入电流的曲线光功率与注入电流曲线的关系见图4-3所示。图4-3 功率与注入电流的曲线（二） 模拟和数字电路模拟信号和数字信号的光发送电路原理图见附录四的“光发送单元电路原理图”。输入的模拟信号有正弦波、三角波、外输入信号和模拟电话，其中正弦波和三角波由正弦、三角波电路产生（见附录四的“模拟信号产生电路原理图

19、”）；外输入信号可以来自信号发生器产生的模拟信号，在实验中，外输入信号用正弦波模拟，取自TP105和TP GND并输入外输入电路（见附录四的“外输入电路原理图”）；模拟电话信号由电话机产生。中央处理单元控制四双向开关CD4066选择输入的模拟信号。三极管BG403、BG404组成模拟驱动电路。W402是阻值为10k的可调电位器，实现输入阻抗匹配。W401、W403电位器的联合调整以控制注入半导体光源的电流，同时满足低输出阻抗。这三个电位器在实验时一般不需要调整。K401、K402短接1、3端，构成共射极放大电路。输入的数字信号包括脉冲波、方波、CMI、PN、数字电话和PCM。中央控制处理单元控

20、制8选1数字选择器74LS151选择输入的数字信号，信号经数字接口电路MC10116送出双路ECL电平信号和，然后送给由三极管BG401和BG402组成高速差分驱动电路。PC为自锁开关，用于模拟信号与数字信号之间的切换。若进行数字信号光传输实验时，将自锁开关抬起；若进行模拟信号光传输实验时，将自锁开关按下。（三） 实验说明TP401为数字信号输入到光发端机的测试点，可为脉冲波、方波、PN码、CMI码、数字电话等。TP402为驱动半导体光源的数字信号。TP404为模拟信号输入到光发端机的测试点，可为正弦波、三角波、模拟电话等。TP405为驱动半导体光源的模拟信号。四 实验步骤与内容注意！跳线时切

21、忌用力气过大！光源的ST插头属易损件，禁止拔下！排针跳线设置见附录三的“排针短路帽设置表和组合使用说明”。将两部电话机插入话机插座中。（一） 数字信号传输实验步骤1. 弹开自锁开关PC，切换为数字信号传输实验状态；2. 连接电源线，按下电源分路开关PA、PB；3. 按下“复位”键，使系统处于复位状态；4. 按下“脉冲波”键，再按“确认”键，脉冲波对应的发光二极管D5闪烁，表示系统工作于脉冲波状态；5. 用示波器测出图中各测试点（TP401、TP402）的波形，并做记录。6. 重复步骤2、3、4，分别测出方波、CMI、PN、数字电话、PCM信号（观察PCM信号之前，请将K203的1、3用短路帽短

22、接）的波形，并做记录。（二） 模拟信号传输实验步骤1. 关闭电源分路开关PA、PB。按下自锁开关PC，切换为模拟信号传输实验状态；2. 将K102、K103的1、2用短路帽短接3. 按下电源分路开关PA、PB。电源指示二极管D1、D2、D3、D4亮，说明电源已接通，同时D401发光二极管亮；4. 按下“复位”键，使系统处于复位状态；5. 按下“正弦波”键，再按“确认”键，正弦波对应的发光二极管D13闪烁，表示系统工作于正弦波状态；6. 用示波器测出图中各测试点（TP404、TP405、TP406）的波形，并做记录；7. 重复步骤3、4、5，分别测出三角波、外输入（用外输入线的鳄鱼夹连接外输入信

23、号，红色连接TP105，黑色连接TP GND）、模拟电话信号（观察三角波信号之前，请将K102、K103的1、3用短路帽短接；观察外输入信号之前，请将K601的1、2用短路帽短接，并从插座S601输入外信号；观察模拟电话信号之前，请将K201的1、3用短路帽短接，按动电话机的按键，在测试点可观察到双音多频的按键信号。）的波形，并做记录。五 实验报告要求1. 整理实验记录，画出相应的信号波形。2. 分析光发送电路的工作原理，说明其工作过程。实验五 光接收模块实验一 实验目的1. 了解光检测器的光电变换原理。2. 理解光接收模块的作用和接收电路原理。二 实验仪器1. 光纤通信传输系统实验箱1台2.

24、 20MHz示波器1台3. 电话机2台三 实验电路光接收电路主要完成光信号到电信号的转换、小信号的检测和信号的恢复等功能。图5-1是光接收电路的方框图。光检测模块采用采用Agilent（安捷伦）公司的HFBR-2416，隔离、放大和接口电路见附录四的“光接收单元电路原理图”。光检测模块隔离器放大器输出接口图5-1 光接收电路方框图（一） 光检测模块HFBR-2416HFBR-2416为高性能的光检测模块，其输出为微弱的模拟信号，必须进行低噪声放大，才能送到后续电路进行处理。图5-2 HFBR-2416的内部电路图1 内部电路图5-2是HFBR-2416的内部电路图。HFBR-2416光接收器由

25、一个高效PIN光电二极管和一低噪声跨阻前置放大器电路组成。该放大器由于跨阻抗作用使得放大器的带宽和非线性得到了较大的改善，同时也获得了较大的动态范围。光信号经光电二极管转换成模拟电信号，放大后由射极输出器缓冲输出。2 管脚分布和功能图5-3是HFBR-2416的管脚分布和功能的说明。图5-3 HFBR-2416的管脚分布图和管脚功能（二） 光接收电路光接收电路原理图见附录四的“光接收单元的电路原理图”，图中GD701为光接收模块HFBR-2416。三极管BG701为隔离器，选用9013。U701为主放大器，采用集成电路宽带互导型放大器MAX435，电路的增益由两个阻抗的比值和一个内部设定的电流

26、增益因子来决定。W701、W702为可变电位器，用于调节放大倍数。波形测试点有TP701、TP702、TP703、TP704。TP705为接收伪随机码输出，TP706为接收PCM信号输出。K70、K71、K72、K73、K74、K75、K76为接收信号路线选择方式开关。四 实验步骤与内容注意！跳线时切忌用力气过大！光源的ST插头属易损件，禁止拔下！排针跳线设置见附录三的“排针短路帽设置表和组合使用说明”。将两部电话机插入话机插座中。（一） 数字信号传输实验步骤1. 弹开自锁开关PC，切换为数字信号传输实验状态；2. 连接电源线，按下电源分路开关PA、PB；3. 按下“复位”键，使系统处于复位状

27、态；4. 按下“脉冲波”键，再按“确认”键，脉冲波对应的指示二极管D5闪烁，表示系统工作于脉冲波状态；5. 用示波器测出图中各测试点（TP701、TP702、TP703、TP704）的波形，并做记录。6. 重复步骤3、4、5，分别测出方波、CMI、PN、数字电话、PCM信号（观察PCM信号之前，请将K203的1、3用短路帽短接）的波形，并做记录。（二） 模拟信号传输实验步骤1. 关闭电源分路开关PA、PB。按下自锁开关PC，切换为模拟信号传输实验状态；2. 按下电源分路开关PA、PB；3. 按下“复位”键，使系统处于复位状态；4. 按下“正弦波”键，再按“确认”键，正弦波对应的指示二极管D13

28、闪烁，表示系统工作于正弦波状态；5. 用示波器测出图中各测试点（TP701、TP702、TP703、TP704）的波形，并做记录；6. 重复步骤3、4、5，分别测出三角波、外输入（用外输入线的鳄鱼夹连接外输入信号，红色连接TP105，黑色连接TP GND）、模拟电话信号（观察三角波信号之前，请将K102、K103的1、3用短路帽短接；观察外输入信号之前，请将K601的1、2用短路帽短接，并从插座S601输入外信号；观察模拟电话信号之前，请将K201的1、3用短路帽短接，按动电话机的按键，在测试点可观察到双音多频的按键信号）的波形，并做记录。（三） 计算接收电路的放大倍数选择任一信号（如正弦波）

29、，用示波器测出TP704、TP701的信号幅度，TP704与TP701的幅度之比即为接收电路的放大倍数。五 实验报告要求1. 整理实验记录，画出相应的信号波形。2. 分析光接收电路的工作原理。实验六 脉冲波、方波、CMI码、PN码的光传输系统实验一 实验目的1. 掌握CMI译码电路的工作原理。2. 了解完整数字光纤通信系统的基本结构。二 实验仪器1. 光纤通信传输系统实验箱1台2. 20MHz示波器1台三 实验电路光纤数字传输系统的结构框图如图2-3（B）所示，本实验主要完成各种速率的数字信号通过光纤传输，传输的信号包括8kHz脉冲波信号、16kHz方波信号、15位伪随机码信号和CMI码信号，

30、伪随机码信号和CMI码信号的产生方法见实验三，通过光纤传输的CMI信号在接收端需要解码，CMI码信号解码方法如下：当时钟和信码对齐时，如果输入是“11”和“00”则输出为“1”，如果输入为“10”或“01”，则输出为“0”，图6-1是CMI信号的解码电路原理图，图6-2是解码电路的各点波形图。图6-1 CMI解码电路原理图四 实验内容与步骤注意！跳线时切忌用力气过大！光源的ST插头属易损件，禁止拔下！排针跳线设置见附录三的“排针短路帽设置表和组合使用说明”。（一） 观察各种数字信号光传输发送端和接收端的波形，详细步骤参见实验四和实验五。（二） CMI译码电路波形测试步骤1. 用短路帽将K71短

31、接，按下“复位”键，使系统处于复位状态；2. 按下“CMI”键，再按“确认”键，CMI码对应的发光二极管D7闪烁，表示系统工作于CMI码状态；3. 用示波器测出图中各测试点（TPTP504、TP505、TP506、TP507）的波形，并做记录。图6-2 CMI解码电路各点波形图五 实验报告要求1. 整理实验记录，画出相应的信号波形。2. 总结数字光纤传输系统的工作原理，画出光纤传输系统结构图。3. 分析CMI译码电路的工作原理。实验七 模拟、数字电话光传输系统实验一 实验目的1. 掌握语音通过光纤信道传输的全过程。2. 熟悉数字电话、模拟电话的工作原理。二 实验仪器1. 光纤通信传输系统实验箱

32、1台；20MHz示波器1台2. 电话机2台三 实验电路模拟、数字电话光传输实验是通过光纤传输话音信号，图7-1是模拟电话和数字电话的光传输实验系统的方框图。模拟电话和数字电话的光传输实验都采用MH88612作为电话机接口电路，如果是模拟电话光传输实验，则A端电话（实验箱左边的电话）的用户线接口芯片MH88612输出的语音信号直接送入模拟信号光发送驱动电路（附录四的“光发送单元电路原理图”）并通过光纤传输，B端电话（实验箱右边的电话）的用户线接口芯片MH88612输入的语音信号来自光接收电路，B端电话输出的语音信号不经过光传输系统直接连接到A端MH88612的语音信号输入端，这样就构成了完整的模

33、拟电话传输系统。A端电话机用户线接口电路(MH88612)光发送电路PCM编码解码(TP3067)光接收电路PCM编码解码(TP3067)用户线接口电路(MH88612)B端电话机模拟语音信号接收模拟语音信号发送数字语音信号发送数字语音信号接收B->A模拟语音信号发送B->A数字语音信号发送图7-1 模拟电话和数字电话的光传输实验方框图如果是数字电话光传输实验，A端电话的用户线接口芯片MH88612输出的语音信号先送入PCM编码电路转换成数字信号，然后再送入数字信号光发送驱动电路（附录四的“光发送单元电路原理图”）并通过光纤传输，从光接收电路接收的数字信号首先送入B端的PCM解码电

34、路进行解码，然后送入B端的MH88612语音信号输入端；B端电话用户线接口芯片MH88612输出的语音信号同样送入PCM编码电路进行编码，编码后的数字信号不通过光纤传输系统直接送入A端的PCM解码电路，解码后的信号送入A端的用户线接口芯片MH88612的语音信号输入端，这样就构成了完整的数字电话传输系统。用户线接口芯片MH88612是加拿大Mitel公司生产的交换机与用户线接口电路，它采用厚膜制作技术，具有向用户恒流馈电、向被叫用户馈送铃流、用户摘机后自行解除铃流、摘挂机的检测、音频或脉冲信号的识别、语音信号的2/4线混合转换和外接振铃继电器驱动输出等功能，其功能框图如图7-2所示。图7-2

35、MH88612功能框图表7-1是MH88612的引脚说明表7-1 MH88612引脚说明引脚号引脚名称说 明1TFTip Feed 连接外部保护二极管2LPGNDLoop Ground 系统参考地，一般连接到模拟地（AGND）3VRVoice Receive (输入) 4线语音信号输入端4VREFVoltage Reference 参考电压5VEENegative Power Supply Voltage (-5V) 负电源6AGNDAnalog Ground (0V). 模拟地7PDPower Denial 高电平时电源切换到“Tip/Ring”线8VXVoice Transmit 4线语音

36、信号发送端9TIP连接用户电话的“Tip”线10RING连接用户电话的“Ring”线11RFRing Feed 外部连接至振铃继电器12VDDPositive Power Supply Voltage (+5V) 正电源13RCRelay Control (输入) 振铃继电器控制输入端，高电平有效14RD振铃继电器驱动输出端15RVRing Feed Voltage 用户线铃流源输入端，外部连接至振铃继电器16VRLYRelay voltage Supply (+5V) 振铃继电器正供电电源17CDClamping Diode 钳位二极管，连接到模拟地18VBATNegative Batter

37、y Feed Supply Voltage (-48V) 用户线馈电电压19CAP连接外部电容20SHKSwitch Hook Detect (输出). 摘挂机状态检测，摘机时输出高电平模拟电话光传输系统的电路原理图见附录四的“A端模拟、数字电话单元电路原理图”和“B端模拟、数字电话单元电路原理图”，从图中可看出，用户线接口芯片U201、U301的型号为MH88612。电话机从A201、A301接入，摘机时发光二极管D201、D301亮，挂机时不亮。U201的输出信号直接接入模拟光发送驱动电路进行光发送；U301的输入信号直接来自光接收电路；U301的输出信号直接接入U201的输入。在进行模拟

38、电话光传输实验时，其测试点为：TP201、TP301语音信号的模拟输出；TP205、TP305语音信号的模拟输入，TP305是经过光传输后的接收端的输入信号。数字电话光传输系统的电路原理图见附录四的“A端模拟、数字电话单元电路原理图”和“B端模拟、数字电话单元电路原理图”，从图中可看出，用户接口芯片与模拟电话光传输相同，电话机从A201、A301接入，摘机时发光二极管D201、D301亮，挂机时不亮。PCM编译码电路选用集成电路TP3067，其标号为U202、U302，U202编码输出的数字序列送入数字信号光发送电路通过光纤传输，U302从光接收电路接收的数字序列作为其解码的输入，TP3067

39、能够同时完成PCM编码和解码功能，该芯片的详细功能在实验九中详细介绍。在进行数字电话光传输时，其测试点为：TP201、TP301为语音信号的模拟输出；TP202、TP302为8kHz帧同步信号；TP203、TP303为PCM编码的数字信号输出；TP204、TP304为PCM译码的数字信号输入；TP205、TP305为语音信号的模拟输入。四 实验步骤与内容注意！跳线时切忌用力气过大！光源的ST插头属易损件，禁止拔下！排针跳线设置见附录三的“排针短路帽设置表和组合使用说明”。将两部电话机插入话机插座中。（一） 模拟电话传输实验步骤1. 按下自锁开关PC，切换为模拟信号传输实验状态；同时将K201、

40、K202、K301、K302的1、3用短路帽短接；将K74短接；将K101的1、2短接；2. 按下电源分路开关PA、PB；3. 按下“复位”键，使系统处于复位状态；4. 按下“模拟电话”键，再按“确认”键，模拟电话对应的发光二极管D11闪烁，表示系统工作于模拟电话状态；5. 摘机进行两人通话实验，用示波器测出图中各测试点（TP201、TP301、TP205、TP305）的波形（由于话音信号的波形比较复杂，所以可选用双音多频的按键音来观察测试点的波形），并做记录。（二） 数字电话传输实验步骤1. 关闭电源分路开关PA、PB。弹出自锁开关PC，切换为数字信号传输实验状态；同时将K201、K202、

41、K301、K302的1、2用短路帽短接；将K75短接；将K101的1、3短接；2. 按下电源分路开关PA、PB；3. 按下“复位”键，使系统处于复位状态；4. 按下“数字电话”键，再按“确认”键，数字电话对应的发光二极管D9闪烁，表示系统工作于数字电话状态；5. 摘机进行两人通话实验，用示波器测出图中各测试点（TP201、TP202、TP203、TP204、TP205、TP301、TP302、TP303、TP304、TP305）的波形（由于话音信号的波形比较复杂，所以可选用双音多频的按键音来观察测试点的波形），并做记录。五 实验报告要求1. 整理实验记录，画出相应的信号波形。2. 总结语音模拟

42、光纤传输系统的工作过程。3. 总结语音数字光纤传输系统的工作过程。4. 根据本实验的实验思想，设计出一套双向电话光纤通信系统，画出组成结构框图。5. 分析模拟电话和数字电话的电路工作原理，并分析各设置开关的作用。实验八 三角波、正弦波的光传输系统实验一 实验目的1. 了解模拟信号光纤系统的通信原理。2. 了解模拟信号正弦波、三角波产生原理。3. 模拟信号滤波、放大原理。二 实验仪器1. 光纤通信传输系统实验箱1台2. 20MHz示波器1台三 实验电路光纤模拟通信方框图见图2-3（A）。在光纤模拟通信中，模拟信号正弦波和三角波由电路产生，图8-1是正弦波和三角波产生电路原理图。正弦波和三角波产生

43、采用了函数发生器集成电路ICL8038，它可以同时输出方波、三角波和正弦波。图8-1 函数发生器ICL8038功能图函数发生器ICL8038的电路结构如图8-1所示，它共有5个组成部分。2个电流源的电流分别为Is1和Is2，且Is1 = I，Is2 = 2I，两个电压比较器1#和2#的阈值电压分别为1/3V+和1/3V-，它们的输入电压等于电容两端的电压uc，输出电压分别控制RS触发器的S端和R端，RS触发器的输出端Q用来控制电子开关，实现对电容C的充放电；2个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够小，以增强带负载能力；正弦波转换把三角波变正弦波以获得正弦波

44、信号。函数发生器ICL8038的工作原理如下：当给ICL8038 接通电源时，电容C的电压为0V，两电压比较器的输出电压均为低电平，因而RS触发器的输出Q为低电平，为高电平，使电子开关断开，电流源Is1对电容充电，充电电流为I，因充电电流是恒流,，所以电容上电压uc随时间的增长而线性上升。uc的上升使RS触发器的R端从低电平跃变为高电平，但其输出不变，一直到uc上升到1/3V+时，电压比较器1#的输出电压跃变为高电平，Q才变为高电平，导致电子开关闭合，电容C开始放电，放电电流为Is2-Is1 = I，因放电电流是恒流，所以电容上电压uc随时间的增长而线性下降。uc的下降虽然使RS触发器的S端从

45、高电平跃变为低电平，但其输出不变。一直到uc下降到1/3V-，使电压比较器的输出电压跃变为低电平，Q才变为低电平，电子开关断开，电容C又开始充电。重复上述过程，电路产生了自激振荡。由于充电电流与放电电流数值相等，因而电容上电压为对称三角波形，Q和为方波，经缓冲放大器输出。三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压。通过以上分析可知，改变电容C的数值，就改变了充放电时间，因此可改变其频率。ICL8038的8脚为扫频输入端，改变其输入电压就可以改变其振荡频率，本实验的正弦波和三角波频率的改变就是通过改变其扫频输入电压而实现的。4、5脚用于改变方波的占空比，9脚为方波输出端，2脚是正弦波输出端，

46、3脚是三角波输出端。ICL8038输出正弦波经放大后输出。调节幅度调节电位器可以改变正弦波和三角波的输出幅度。附录四的“模拟输出电路原理图”是光接收端模拟输出电路原理图，输出首先经过二阶有源滤波器进行滤波，然后经放大电路对信号进行放大，最后通过LM386组成的功率放大电路输出。调节电位器W501、W502可改变模拟输出电路的放大倍数。附录四的“外输入电路原理图”是外输入信号处理电路原理图，外输入信号可以有信号发生器产生，本实验的外输入信号由实验箱的正弦波产生，外输入信号首先经过电压跟随器增加驱动能力，然后通过放大电路对信号进行放大，调节W601可以改变外输入模拟信号的放大倍数。四 实验步骤与内

47、容注意！跳线时切忌用力气过大！光源的ST插头属易损件，禁止拔下！排针跳线设置见附录三的“排针短路帽设置表和组合使用说明”。（一） 观察各种模拟信号的波形，具体步骤请参见实验四、五。（二） 正弦波输出电路波形测试步骤1. 按下自锁开关PC，切换为模拟信号传输实验状态；用短路帽将K72短接；2. 按下电源分路开关PA、PB；3. 按下“复位”键，使系统处于复位状态；4. 按下“正弦波”键，再按“确认”键，正弦波对应的发光二极管D13闪烁，表示系统工作于正弦波状态；5. 用示波器测出图中各测试点（TP501、TP502、TP503）的波形，并做记录；6. 调节正弦波的输出幅度和频率，观察波形的变化情

48、况，计算模拟输出电路的放大倍数。7. 观察正弦信号经过滤波（将K501的1、2短接、K502的1、3短接）和没有滤波电路（将K501的1、3短接、K502的1、2短接）的波形，并测试二阶有源滤波器的带宽。五 实验报告要求1. 整理实验记录，画出相应的信号波形。2. 分析模拟信号输出电路和外输入模拟信号电路工作原理。实验九 PCM光纤传输系统实验一 实验目的1. 了解语音信号的编译码工作原理。2. 验证PCM编译码原理。3. 了解PCM专用大规模集成电路的工作原理和应用。4. 了解语音信号数字化技术的主要指标及测试方法。二 实验仪器1. 光纤通信传输系统实验箱1台2. 20MHz示波器1台3.

49、频率计1台（可选）三 实验电路（一） 概述脉冲编码（Pulse-Code Modulation，PCM）技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用。由于超大规模集成技术的发展，PCM通信设备在缩小体积、减轻重量、降低功耗、简化调试以及方便维护等方面都有了显著的改进。目前，数字电话终端机的关键部件如编译码器和话路滤波器等都实现了集成化。本实验是采用这些产品编排的PCM编译码光纤传输系统实验，以期让实验者了解通信专用大规模集成电路在光纤传输系统中的应用。PCM光纤传输系统的结构如图9-1所示。实验的输入信号采用正弦波模拟音频信号（实验时注意正弦波的幅度和频率）。图9-1 PCM光纤传输系统的结构示意

50、图（二） PCM编译码原理为适应语音信号的动态范围，实用的PCM编译码必须是非线性的。目前，国际上采用的均是折线近似的对数压扩特性。CCITT规定以13段折线近似的A律(A=87.56)和15段折线近似的律(255)作为国际标准。这种折线近似压扩特性是分成段落码和段内码，段落采用非均匀划分方法，小信号对应的段落范围小，各段落间量阶关系都是2的倍数，用3位二进制表示；各段落内均匀量化成16级，用4位二进制表示，这有利于用数字电路实现非线性编码和译码，同时也改善了小信号时的信号量噪比。（三）PCM编译码器芯片TP3067本实验PCM编译码器采用了TP3067专用大规模集成电路，它是CMOS工艺制造

51、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的内部组成框图如图9-2所示。图9-2 TP3067的内部结构框图图9-3 TP3067管脚图图9-3是TP3067的管脚图，表9-1是TP3067的管脚说明：表9-1是TP3067的管脚说明引脚号引脚名称说 明1VPO+接收功放的同相输出2GNDA模拟地，所有信号以这个引脚为参考点。3VPO-接收功放的反相输出4VPI接收功放的反相输入5VFRO接收滤波器的模拟输出6VCC正电源引脚。VCC=+5V±5%7FSR接收部分的8kHz帧同步时隙信号8DRPCM码流解码输入9BCLKR/CLKSEL接收数据(DR)

52、时钟，FSR的上升沿，可以从64kHz变化到2.048MHz。逻辑输入可以交替地选择在同步模式下提供给主时钟的1.536MHz/1.554MHz或2.048MHz，BCLKX用于传输和接收10MCLKR/PDN接收主时钟。1.544MHz或2.048MHz。可以与MCLKX同步，但最好是在最佳性能时与MCLKX同步。在MCLKR持续低时，全部内部定时选择MCLKX。在MCLKR持续高时，器件处于低功耗状态11MCLKX传输主时钟必须是1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。可以与MCLKR同步12BCLKX传输数据(DX)位时钟, 固定速率工作模式下为2048kHz。可以从64K

53、Hz变化到2.048MHz,但必须与MCLKX同步13DX编码数据输出，通过FSX使能14FSX发送部分的8kHZ帧同步时隙信号15TSX漏极开路输出，在编码器时隙内为低脉冲16ANLB控制输入的模拟回路。操作时必须置逻辑“0”17GSX发送输入放大器的模拟输出，用来在外部调节增益18VFXI-发送输入放大器的反相输入19VFXI+发送输入放大器的同相输入20VBB负电源引脚。VBB=-5V±5%（四） 定时部分 TP3067编译码器所需的定时脉冲均由信号发生器电路部分提供，其中包括主时钟2048kHz和帧定时8kHz信号。为了简化实验内容，本实验系统的编译码部分公用一个定时源，以确保收发时隙的同步。在实际的PCM光纤传输系统中，需增加一个同步系统来保证收发同步，电路图参见实验七。各测试点说明：TP601：输入的原始音频信号；TP602：放大后的输入信号；TP203：PCM编码输出；TP204：PCM解码输入；TP205：PCM解码输出，动态范围测试和频率特性测试输出信噪比测试点；TP406：光发送测试点；TP704：光接收测试点。四 实验步骤与内容注意！跳线时切忌用力