通信技術(shù)與系統(tǒng) 實驗報告

1、2014-2015學年 第二學期通信技術(shù)與系統(tǒng)課程實驗報告所在學院： 電子工程學院 學生姓名： 學生學號： 任課老師： 2015年6月 18日實驗1 模擬信號源實驗一、實驗目的1了解本模塊中函數(shù)信號產(chǎn)生芯片的技術(shù)參數(shù)；2了解本模塊在后續(xù)實驗系統(tǒng)中的作用；3熟悉本模塊產(chǎn)生的幾種模擬信號的波形和參數(shù)調(diào)節(jié)方法。二、實驗儀器1時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G2頻率計1臺320M雙蹤示波器1臺 4小電話單機1部三、實驗原理本模塊主要功能是產(chǎn)生頻率、幅度連續(xù)可調(diào)的正弦波、三角波、方波等函數(shù)信號（非同步函數(shù)信號），另外還提供與系統(tǒng)主時鐘同源的2KHZ正弦波信號（同步正弦波信號）和模擬電話接口。在實驗系統(tǒng)中，

2、可利用它定性地觀察通信話路的頻率特性，同時用做PAM、PCM、ADPCM、CVSD（M）等實驗的音頻信號源。本模塊位于底板的左邊。1非同步函數(shù)信號它由集成函數(shù)發(fā)生器XR2206和一些外圍電路組成，XR2206芯片的技術(shù)資料可到網(wǎng)上搜索得到。函數(shù)信號類型由三檔開關(guān)K01選擇，類型分別為三角波、正弦波、方波等；峰峰值幅度范圍010V，可由W03調(diào)節(jié)；頻率范圍約500HZ5KHZ，可由W02調(diào)節(jié)；直流電平可由W01調(diào)節(jié)（一般左旋到底）。非同步函數(shù)信號源結(jié)構(gòu)示意圖，見圖2-1。K01U01U02跟隨放大器XR2206電 路三角波正弦波方波P03 圖2-1 非同步函數(shù)信號源結(jié)構(gòu)示意圖2同步正弦波信號它由

3、2KHz方波信號源、低通濾波器和輸出放大電路三部分組成。2KHz方波信號由“時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”分頻產(chǎn)生。U03及周邊的阻容網(wǎng)絡(luò)組成一個截止頻率為2KHZ的低通濾波器，用以濾除各次諧波,只輸出一個2KHz正弦波，在P04可測試其波形。用其作為PAM、PCM、ADPCM、CVSD（M）等模塊的音頻信號源，其編碼數(shù)據(jù)可在普通模擬示波器上形成穩(wěn)定的波形，便于實驗者觀測。W04用來改變輸出同步正弦波的幅度。同步信號源結(jié)構(gòu)示意圖，見圖2-2。U04南京潤眾科技有限公司整理U034U01跟隨放大器P04CPLD器 件低通濾波器 圖2-2 同步函數(shù)信號源結(jié)構(gòu)示意圖3. 模擬電話輸入電路本模塊提供了兩路用

4、戶模擬電話接口，圖2-3是其電路結(jié)構(gòu)示意圖。J02A/ J02B是電話機的水晶頭接口，U01是PBL38614專用電話集成電路。它的工作原理是：當對電話機的送話器講話時，該話音信號從PBL38614的TR對應(yīng)的引腳輸入，經(jīng)U01內(nèi)部二四線轉(zhuǎn)換處理后從T端輸出。T端的模擬電話輸出信號經(jīng)P05/ P07銅鉚孔送出，可作為語音信號輸出用。 當接收對方的話音時，送入U01芯片R端的輸入信號可由P06/P08銅鉚孔送入。此時，在電話聽筒中即可聽到送入信號的聲音。南京潤眾科技有限公司整理U01J02ABP05/P07PBL38614電話接口芯片P06/P08TRTR圖2-3 用戶電話結(jié)構(gòu)示意圖四、實驗內(nèi)容

5、及步驟1插入有關(guān)實驗模塊：在關(guān)閉系統(tǒng)電源的條件下，將“時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”，插到底板“G”號的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“實驗模塊位置分布表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。2加電：打開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關(guān)閉電源，查找異常原因。3. 非同步函數(shù)信號源測試：頻率計和示波器監(jiān)測P03測試點，按上述設(shè)置測試非同步函數(shù)信號源輸出信號波形，記錄其波形參數(shù)。4同步正弦波信號源測試：頻率計和示波器監(jiān)測P04測試點，按上述設(shè)置測試同步正弦波信號源輸出信號波形，記錄其波形參數(shù)。5用戶電話測試：1）電話模塊接上電話

6、單機，說話或按住某個數(shù)字鍵不放，用示波器測試其發(fā)端波形。2）用信號連接線連接P03與P06（或P08）鉚孔，即將函數(shù)信號送入電話的接收端，調(diào)節(jié)信號的頻率和幅度，聽聽筒中發(fā)出的聲音。6. 關(guān)機拆線：實驗結(jié)束，關(guān)閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗模塊。五、實驗記錄1.正弦波 幅度2.02V 頻率10.33kHz2.三角波 幅度3.60V 頻率10.3kHz3.方波 幅度6.30V 頻率10.3kHz 實驗2 接收濾波器與功放實驗一、實驗目的1了解接收濾波器與功放模塊的組成結(jié)構(gòu)；2掌握接收濾波器與功放模塊的使用方法。二、實驗儀器1時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G220M雙蹤示波器1臺 3信號連

7、接線2根三、實驗原理本實驗模塊位于底板的右邊，由低通濾波器、低頻功放、喇叭等組成?？勺鳛镻AM、PCM、CVSD等通信模塊的接收終端。其組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4-1所示。低通濾波器功率放大器P15P14K044SW02撥碼器圖4-1 終端濾波放大器結(jié)構(gòu)示意圖外加信號通過P14鉚孔送入低通濾波器電路，“時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”上的撥碼器4SW02可設(shè)置低通濾波器的多種截止頻率。經(jīng)過低通濾波器濾波后的信號，可在P15測試點進行觀測。濾波后的信號接著送入LM386構(gòu)成的低頻功率放大器，驅(qū)動小喇叭播放出聲音， W09可調(diào)節(jié)喇叭音量大小。實驗者通過本模塊喇叭播放功能，可感性的判斷音頻信號經(jīng)編解碼信道的傳輸

8、質(zhì)量。1模擬濾波器的特性模擬濾波器的理論和設(shè)計方法已發(fā)展得相當成熟，且有若干典型的模擬濾波器供我們選擇，且都有嚴格的設(shè)計公式、現(xiàn)成的曲線和圖表供設(shè)計人員使用。 典型的模擬濾波器：巴特沃斯 Butterworth 濾波器：幅頻特性單調(diào)下降切比雪夫 Chebyshev 濾波器：幅頻特性在通帶或者在阻帶有波動貝塞爾 Bessel 濾波器:通帶內(nèi)有較好的線性相位持性橢圓 Ellipse 濾波器 模擬濾波器按幅度特性可分成低通、高通、帶通和帶阻濾波器，它們的理想幅度特性如圖所示。2模擬低通濾波器的指標模擬低通濾波器的設(shè)計指標有p, p,s和s。 p；通帶截止頻率 s：阻帶截止頻率 p：通帶中最大衰減系數(shù)

9、 s；阻帶最小衰減系數(shù) p和s一般用dB數(shù)表示。對于單調(diào)下降的幅度特性，可表示成如果=0處幅度已歸一化到1，即|Ha(j0)|=1,p和s表示為以上技術(shù)指標用圖所示。圖中c稱為3dB截止頻率，因 四、實驗設(shè)置4SW02：設(shè)置濾波器的截止頻率。設(shè)置和參考截止頻率如下（4SW02撥碼器：往上為1，往下為0）： 01010：濾波器截止頻率2.65KHZ 01011：濾波器截止頻率5.3KHZ 01100：濾波器截止頻率10.6KHZK04：小喇叭開關(guān)?！監(jiān)N”接通喇叭，“OFF”斷開喇叭。W09：音頻功率放大器輸出功率的調(diào)節(jié)電位器，注意音量不可調(diào)節(jié)太大。P14：外加模擬信號輸入連接鉚孔。P15：經(jīng)濾

10、波器濾波后輸出連接鉚孔。五、實驗內(nèi)容及步驟1插入有關(guān)實驗模塊在關(guān)閉系統(tǒng)電源的條件下，將“時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”，插到底板“G”號的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“實驗模塊位置分布表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。2加電打開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關(guān)閉電源，查找異常原因。3濾波器測試用信號源選擇與調(diào)節(jié)采用非同步函數(shù)信號選擇正弦波檔，用示波器和頻率計監(jiān)測P03測試點，調(diào)節(jié)W02使其頻率最低，峰峰值4V左右。如用其它音頻信號源亦可。4信號線連接用專用導線將P03、P14兩鉚孔連接，將測試信號送入后面的“接收端濾

11、波放大模塊”。5截止頻率2.65K濾波器測試設(shè)置“時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”上的4SW02撥碼器為01010用示波器監(jiān)測P15測試點，調(diào)節(jié)W02，測試其濾波器截止頻率并作記錄。(P15輸出的信號幅度下降至P14輸入信號幅度的0.707時所對應(yīng)的頻率為濾波器的截止頻率。)6截止頻率5.3K濾波器測試設(shè)置“時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”上的4SW02撥碼器為01011用示波器監(jiān)測P15測試點，調(diào)節(jié)W02，測試其濾波器截止頻率并作記錄。注：1）測試過程中可將喇叭關(guān)閉，避免噪聲干擾；測試的數(shù)據(jù)可作為后續(xù)實驗參考。2）當進行CVSD編譯碼和復接、解復接等后續(xù)實驗時，將默認濾波器截止頻率為2.65KHZ。因此，本

12、實驗中4SW02撥碼器應(yīng)設(shè)置為01111。7. 關(guān)機拆線實驗結(jié)束，關(guān)閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗模塊。六、實驗數(shù)據(jù)1、2.6KHZ低通濾波器特性實測數(shù)據(jù)測量項目1kHz信號激勵8kHz信號激勵3dB戒指頻率激勵激勵信號電壓幅值V2.142.062.01輸出信號電壓幅值V2.140.2181.393dB截止頻率為2.04kHz2、5KHZ低通濾波器特性實測數(shù)據(jù)測量項目1kHz信號激勵8kHz信號激勵3dB戒指頻率激勵激勵信號電壓幅值V2.142.182.06輸出信號電壓幅值V2.100.1781.413dB截止頻率為3.85kHz實驗3 CPLD可編程邏輯器件實驗一、實驗目的1了解A

13、LTERA公司的CPLD可編程器件EPM240；2了解本模塊在實驗系統(tǒng)中的作用及使用方法；3掌握本模塊中數(shù)字信號的產(chǎn)生方法。二、實驗儀器1時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G220M雙蹤示波器1臺 3頻率計1臺三、實驗原理CPLD可編程模塊（時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，芯片位號：4U01）用來產(chǎn)生實驗系統(tǒng)所需要的各種時鐘信號和數(shù)字信號。它由CPLD可編程器件ALTERA公司的EPM240、下載接口電路（4J03）和一塊晶振（4JZ01）組成。晶振用來產(chǎn)生16.384MHz系統(tǒng)內(nèi)的主時鐘，送給CPLD芯片生成各種時鐘和數(shù)字信號。本實驗要求實驗者了解這些信號的產(chǎn)生方法、工作原理以及測量方法，理論聯(lián)系實踐，

14、提高實際操作能力。m序列是最被廣泛采用偽隨機序列之一，除此之外，還用到其它偽隨機碼，如Gold序列等，本模塊采用m序列碼作為系統(tǒng)的數(shù)字基帶信號源使用，在示波器上可形成穩(wěn)定的波形，方便學生觀測分析。下面介紹的m序列原理示意圖和仿真波形圖都是在MAX+PLUS II軟件環(huán)境下完成。其中，RD輸入低電平脈沖，防止偽隨機碼發(fā)生器出現(xiàn)連0死鎖，其對應(yīng)仿真波形的低電平脈沖。CLK為時鐘脈沖輸入端。OUT為m序列偽隨機碼輸出。下圖3-1、圖3-2為三級m序列發(fā)生器原理圖和其仿真波形圖。在實驗模塊中的clk為2KHZ時鐘，輸出測試點為4P02，m序列輸出測試點為4P01。圖3-1 三級m序列發(fā)生器原理圖（M=

15、7）圖3-2 三級m序列仿真波形圖下圖3-3、圖3-4為四級m序列發(fā)生器原理圖和其仿真波形圖。圖3-3 四級m序列發(fā)生器原理圖（M=15）圖3-4 四級m序列仿真波形圖下圖3-5、圖3-6為五級m序列發(fā)生器原理圖和其仿真波形圖。圖3-5 五級偽隨機碼發(fā)生器原理圖圖3-6 五級偽隨機碼仿真波形圖圖3-7中介紹是異步四級2分頻電路，其特點是電路簡單，但由于其后級觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖要待前級觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)之后才能產(chǎn)生，因此其工作速率較低。在對分頻輸出時鐘的相位關(guān)系要求嚴格的情況下，一般采用同步分頻法，具體實現(xiàn)原理請同學自己整理。圖3-8為異步四級2分頻電路仿真波形圖。圖3-7 四級2分頻原理圖圖3-8

16、 四級2分頻仿真波形圖另外，在本模塊上設(shè)計了一個8位的撥碼器和一個5位的撥碼器。8位的撥碼器用來設(shè)置8比特的數(shù)字信號源，5位的撥碼器用來控制數(shù)字信號的速率、碼型和其它模塊的工作時鐘，具體設(shè)置可參見“前言”中的撥碼開關(guān)設(shè)置說明。本模塊上的EPM240芯片的編譯環(huán)境是quartusII軟件。四、各測量點的作用本模塊加電后即運行，輸出各種數(shù)字信號和時鐘，通過底板送到各個實驗模塊。 4P01：輸出m序列或4SW01設(shè)置的8比特串行數(shù)據(jù)，由4SW02撥碼器控制。 4P02：4TP01對應(yīng)的碼元時鐘。 4P03: 4TP01對應(yīng)的相對碼。 4TP01：4P01對應(yīng)的一些碼型變換，由4SW02撥碼器控制。

17、4TP02：4TP01對應(yīng)的碼型變換時鐘。五、實驗內(nèi)容及步驟1插入有關(guān)實驗模塊在關(guān)閉系統(tǒng)電源的條件下，將“時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”，插到底板“G”號的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“實驗模塊位置分布表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。2加電打開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關(guān)閉電源，查找異常原因。3撥碼器4SW02設(shè)置“00000”，此時4P01輸出15位2KHZ偽隨機碼。用示波器測試4P01、4P02測試點。讀出輸出基帶信號的速率和碼序列，記錄其波形。4撥碼器4SW02設(shè)置“00001”，此時4P01輸入15位3

18、2KHZ偽隨機碼。用示波器測試4P01、4P02測試點。讀出輸出基帶信號的速率和碼序列，記錄其波形。5撥碼器4SW02設(shè)置“00010”，此時4P01輸出31位2KHZ偽隨機碼。用示波器測試4P01、4P02測試點。由于位數(shù)（碼長）較長，示波器無法看清穩(wěn)定的波形。6撥碼器4SW02設(shè)置“00011”，此時4P01輸出31位32KHZ偽隨機碼。用示波器測試4P01、4P02測試點。由于位數(shù)（碼長）較長，示波器無法看清穩(wěn)定的波形。7撥碼器4SW02設(shè)置“01110”或“01111”，此時4P01輸出的波形為4SW01撥碼器設(shè)置的數(shù)據(jù)。改變撥碼器4SW01設(shè)置，用示波器測試4P01、4P02測試點。

19、讀出輸出基帶信號的速率和碼序列，記錄其波形。8. 關(guān)機拆線實驗結(jié)束，關(guān)閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗模塊。六、實驗記錄與結(jié)論1 撥碼器4SW02設(shè)置“00000”，此時4P01輸出15位2kHz偽隨機碼。用示波器測試4P01、4P02測試點，波形記錄如下2撥碼器4SW02設(shè)置“00001”，此時4P01輸出15位32kHz偽隨機碼。用示波器測試4P01、4P02測試點，波形記錄如下實驗4 FSK（ASK）調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗目的1掌握FSK（ASK）調(diào)制器的工作原理及性能測試；2掌握FSK（ASK）鎖相解調(diào)器工作原理及性能測試；3. 學習FSK（ASK）調(diào)制、解調(diào)硬件實現(xiàn)，掌握電路調(diào)

20、整測試方法。二、實驗儀器1時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G2FSK調(diào)制模塊，位號A3FSK解調(diào)模塊，位號C4噪聲模塊，位號B520M雙蹤示波器1臺6小平口螺絲刀1只7頻率計1臺（選用）8信號連接線3根三、實驗原理數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調(diào)制解調(diào)方式容易實現(xiàn)，抗噪聲和抗群時延性能較強，因此在無線中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。（一） FSK調(diào)制電路工作原理FSK調(diào)制電路是由兩個ASK調(diào)制電路組合而成，它的電原理圖，如圖5-1所示。16K02為兩ASK已調(diào)信號疊加控制跳線。用短路塊僅將1-2腳相連，輸出“1”碼對應(yīng)的ASK已調(diào)信號；用短路塊僅將3-4腳

21、相連，輸出“0”碼對應(yīng)的ASK已調(diào)信號。用短路塊將1-2腳及3-4腳都相連，則輸出FSK已調(diào)信號。因此，本實驗箱沒有專門設(shè)置ASK實驗單元電路。16P01調(diào)制信號輸出16P02 圖5-1 FSK調(diào)制解調(diào)電原理框圖圖5-1中，輸入的數(shù)字基帶信號分成兩路，一路控制f1=32KHz的載頻，另一路經(jīng)反相器去控制f2=16KHz的載頻。當基帶信號為“1”時，模擬開關(guān)B打開，模擬開關(guān)A關(guān)閉，此時輸出f1=32KHz；當基帶信號為“0”時，模擬開關(guān)B關(guān)閉，模擬開關(guān)A打開，此時輸出f2=16KHz；在輸出端經(jīng)開關(guān)16K02疊加，即可得到已調(diào)的FSK信號。電路中的兩路載頻(f1、f2)由時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊產(chǎn)

22、生的方波，經(jīng)射隨、選頻濾波變?yōu)檎也?，再送至模擬開關(guān)4066。載頻f1的幅度調(diào)節(jié)電位器16W01，載頻f2的幅度調(diào)節(jié)電位器16W02。（二） FSK解調(diào)電路工作原理FSK解調(diào)采用鎖相解調(diào)，鎖相解調(diào)的工作原理是十分簡單的，只要在設(shè)計鎖相環(huán)時，使它鎖定在FSK的一個載頻上，此時對應(yīng)的環(huán)路濾波器輸出電壓為零，而對另一載頻失鎖，則對應(yīng)的環(huán)路濾波器輸出電壓不為零，那末在鎖相環(huán)路濾波器輸出端就可以獲得原基帶信號的信息。FSK鎖相環(huán)解調(diào)器原理圖如圖5-2所示。FSK鎖相解調(diào)器采用集成鎖相環(huán)芯片調(diào)制信號輸入17P0117P01解調(diào)信號輸出17P0217P02成形電路 圖5-2 FSK鎖相環(huán)解調(diào)器原理示意圖MC

23、4046。其中，壓控振蕩器的頻率是由17C02、17R09、17W01等元件參數(shù)確定，中心頻率設(shè)計在32KHz左右，并可通過17W01電位器進行微調(diào)。當輸入信號為32KHz時，調(diào)節(jié)17W01電位器，使環(huán)路鎖定，經(jīng)形成電路后，輸出高電平；當輸入信號為16KHz時，環(huán)路失鎖，經(jīng)形成電路后，輸出低電平，則在解調(diào)器輸出端就得到解調(diào)的基帶信號序列。四、各測量點和可調(diào)元件的作用1. FSK調(diào)制模塊16K02：兩ASK已調(diào)信號疊加控制跳線。用短路塊將1-2腳及3-4腳都相連，則輸出FSK已調(diào)信號。僅1-2腳連通，則輸出ASK已調(diào)信號。16TP01：32KHz方波信號輸入測試點，由4U01芯片(EPM240)

24、編程產(chǎn)生。 16TP02：16KHz方波信號輸入測試點，由4U01芯片(EPM240)編程產(chǎn)生。16TP03：32KHz載波信號測試點，可調(diào)節(jié)電位器16W01改變幅度。16TP04：16KHz載波信號測試點，可調(diào)節(jié)電位器16W02改變幅度。 16P01：數(shù)字基帶信碼信號輸入鉚孔。 16P02：FSK已調(diào)信號輸出鉚孔，此測量點需與16P01點波形對比測量。2FSK解調(diào)模塊17W01：解調(diào)模塊壓控振蕩器的中心頻率調(diào)整電位器。17P01：FSK解調(diào)信號輸入鉚孔。 17TP02：FSK解調(diào)電路中壓控振蕩器輸出時鐘的中心頻率，正常工作時應(yīng)為32KHz左右，頻偏不應(yīng)大于2KHz，若有偏差，可調(diào)節(jié)電位器17

25、W01。 17P02：FSK解調(diào)信號輸出，即數(shù)字基帶信碼信號輸出，波形同16P01。3噪聲模塊3W01:噪聲電平調(diào)節(jié)。3W02：加噪后信號幅度調(diào)節(jié)。3TP01:噪聲信號測試點，電平由3W01調(diào)節(jié)。3P01:外加信號輸入鉚孔。3P02:加噪后信號輸出鉚孔。五、實驗內(nèi)容及步驟1插入有關(guān)實驗模塊：在關(guān)閉系統(tǒng)電源的條件下，將“時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”、“ FSK調(diào)制模塊” 、“噪聲模塊”、“FSK解調(diào)模塊”，插到底板“G、A、B、C”號的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“實驗模塊位置分布表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。2信號線連接：用專用導線將4P01、16P01；16P02、3P01；3P02、17P01連接（注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接輸入鉚孔