通信系統(tǒng)原理A實驗指導(dǎo)書

1、同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院實 驗 指 導(dǎo) 書課 程 名 稱：_通信系統(tǒng)原理A_ 實 驗 學(xué) 時： 10 學(xué) 時適 用 專 業(yè)：通信工程、電子信息工程 實驗項目名稱1、信號源與頻譜分析實驗，實驗裝置認識實驗2學(xué)時2、脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)（PCM）實驗2學(xué)時3、數(shù)字基帶傳輸實驗2學(xué)時 4、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)實驗2學(xué)時 5、時分復(fù)用與話路通信綜合實驗2學(xué)時 信息與通信實驗室2011-9-8目 錄一：概述4電子與通信原理實驗系統(tǒng)介紹4一、電子與通信原理實驗系統(tǒng)總方框4二、系統(tǒng)單元電路組成的認識:4三、通信系統(tǒng)實驗項目的總體認識:5四、電子與通信原理實驗系統(tǒng)元器件總體布局分布6實驗一 信號源與頻譜分析實驗，實

2、驗裝置認識實驗7一、實驗?zāi)康?三、實驗儀器儀表7四、實驗裝置的實驗電路工作原理7五、實驗裝置熟悉的實驗內(nèi)容10六、實驗注意事項：10七、信號源實驗電路工作原理10八、信號源認識實驗內(nèi)容131、CPLD可編程數(shù)字信號發(fā)生器132、簡易正弦信號發(fā)生器13九、信號源認識實驗注意事項13十、觀察信號的波形和分析正弦和方波的數(shù)字頻譜，并記錄13十一、討論思考題13十二、實驗報告要求13實驗二 脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)（PCM）實驗14一、實驗?zāi)康?4二、實驗預(yù)習(xí)要求14三、實驗所用儀表14四、實驗電路工作原理14五、實驗內(nèi)容181、PCM編碼電路182、PCM解碼電路18八、討論思考題19九、實驗報告要求19

3、實驗三 數(shù)字基帶傳輸實驗20一、實驗?zāi)康?0二、預(yù)習(xí)要求20三、實驗儀器20四、實驗電路及基本原理20五、實驗內(nèi)容241、HDB3、AMI編碼規(guī)則實驗242、HDB3、AMI譯碼實驗25六、實驗注意事項及主要波形說明：25七、觀察信號的波形：25八、實驗報告要求25實驗四（1） FSK調(diào)制解調(diào)實驗27一、實驗?zāi)康?27二、預(yù)習(xí)要求:27三、實驗儀器儀表:27四、實驗電路工作原理27五、實驗內(nèi)容301、FSK調(diào)制實驗302、FSK解調(diào)實驗30六、實驗注意事項及主要波形說明：31七、觀察信號的波形：31八、討論思考題31九、實驗報告要求31實驗四（2） 二相PSK（DPSK）調(diào)制實驗32一:實驗?zāi)?/p>

4、的32二:預(yù)習(xí)要求32三:實驗儀器儀表32四:實驗電路工作原理32五:實驗內(nèi)容361、偽隨機碼的設(shè)置362、二相調(diào)制器373、二相 調(diào)制器37六:實驗注意事項及主要波形說明37七、觀察信號的波形38八、 實驗討論思考題38九、實驗報告要求38實驗四（3） 二相(PSK,DPSK)解調(diào)及系統(tǒng)實驗39一、實驗?zāi)康?9二、預(yù)習(xí)要求39三、實驗儀器材39四、實驗電路工作原理39五、實驗內(nèi)容42六、實驗注意事項及主要波形說明42七 觀察信號的波形：參考波形的跳線為：S8001-2、S8041-2、S8051-2、S8501-2、S8501-2、S8521-242八、討論思考題42九、實驗報告要求42實驗

5、五 時分復(fù)用與話路通信綜合實驗43一 實驗?zāi)康?3二 預(yù)習(xí)要求43三 實驗儀器儀表43四 實驗電路工作原理43五 實驗內(nèi)容45六 實驗注意事項及主要波形說明45七 觀察信號的波形46八 討論思考題46九 實驗報告要求46一：概述電子與通信原理實驗系統(tǒng)介紹本通信原理實驗系統(tǒng)將單片計算機技術(shù)、電子技術(shù)和通信原理等基礎(chǔ)知識靈活地運用在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中。本系統(tǒng)可以獨立、組合、綜合完成26項實驗或示教。實驗電路原理清楚、設(shè)計新穎，重點突出，實驗內(nèi)容豐富、波形測量點的選擇準確具有代表性。同時理論分析與實際動手相結(jié)合，以理論指導(dǎo)實踐，以實踐驗證基本原理為目標，提高學(xué)生的分析問題、解決問題等能力以及通過有目的選

6、擇完成實驗或示教項目，使學(xué)生進一步鞏固理論基本知識，建立通信系統(tǒng)完整的概念。一、電子與通信原理實驗系統(tǒng)總方框二、系統(tǒng)單元電路組成的認識:本系統(tǒng)由下列15個模塊組成：1、 電源2、 中央集中控制器系統(tǒng)單元3、 信號發(fā)生單元4、 脈沖振幅調(diào)制（PAM）系統(tǒng)單元5、 脈沖編碼調(diào)制編碼、譯碼（PCM）系統(tǒng)單元6、 增量調(diào)制編碼系統(tǒng)單元7、 增量調(diào)制譯碼系統(tǒng)單元8、 基本鎖相環(huán)與鎖相式數(shù)字頻率合成器（VCO）系統(tǒng)單元9、 二相PSK數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)單元10、 二相PSK數(shù)字相位解調(diào)系統(tǒng)單元11、 FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)單元12、 HDB3/AMI碼型變換單元13、 通信口單元14、 RS232接口單元15、

7、 擴展模塊單元三、通信系統(tǒng)實驗項目的總體認識:電子與通信原理實驗系統(tǒng)在CPU中央控制單元的管理與控制下，由實驗者根據(jù)實驗基本內(nèi)容與基本原理，在人工操作與CPU自動控制相結(jié)合下，可以獨立進行或綜合完成26個實驗項目：1、 中央集中控制器系統(tǒng)實驗2、 信號發(fā)生器系統(tǒng)實驗3、 PAM調(diào)制實驗4、 脈沖振幅調(diào)制（PAM）系統(tǒng)實驗5、 PCM編碼實驗6、 脈沖編碼解調(diào)（PCM CODEC）系統(tǒng)實驗7、 時分復(fù)用PCM實驗8、 話路通信實驗9、 增量調(diào)制編碼實驗10、 增量調(diào)制系統(tǒng)實驗11、 VCO壓控振蕩器實驗12、 基本鎖相環(huán)實驗13、 鎖相式數(shù)字頻率合成器系統(tǒng)實驗14、 2PSK調(diào)制實驗15、 2P

8、SK解調(diào)實驗16、 2DPSK調(diào)制實驗17、 2DPSK解調(diào)實驗18、 眼圖實驗19、 位同步信號恢復(fù)實驗20、 FSK調(diào)制實驗21、 FSK解調(diào)實驗22、 HDB3編碼和解碼實驗23、 AMI編碼和解碼實驗24、 通信系統(tǒng)綜合實驗25、 通信接口實驗26、 擴展實驗四、電子與通信原理實驗系統(tǒng)元器件總體布局分布電子與通信原理實驗系統(tǒng)布局分布圖：見實驗箱及下圖：。 系統(tǒng)布局圖實驗一 信號源與頻譜分析實驗，實驗裝置認識實驗一、實驗?zāi)康?1、 了解單片微型計算機在通信電路系統(tǒng)中的應(yīng)用2、 了解該系統(tǒng)單元對其它實驗系統(tǒng)中的管理、控制與檢測過程3、 熟悉鍵盤操作方法4、 了解多種時鐘信號的產(chǎn)生方法；5、

9、 掌握用數(shù)字電路產(chǎn)生偽隨機序列碼的方法；6、 了解PCM編碼中的收、發(fā)幀同步信號的產(chǎn)生過程；二、實驗預(yù)習(xí)要求 閱讀本實驗原理部份內(nèi)容，理解信號發(fā)生器系統(tǒng)的原理、熟悉各芯片的功能。預(yù)習(xí)單片微型計算機原理及其應(yīng)用，通信系統(tǒng)原理等相應(yīng)教材。三、實驗儀器儀表1、 雙蹤示波器 一臺2、 通信原理實驗箱 一臺3、 萬用表一塊4、 頻率計 一臺四、實驗裝置的實驗電路工作原理中央集中控制器是該綜合實驗系統(tǒng)中的中心控制部分，它控制著各部分實驗電路的工作，采用MCS-51單片機技術(shù)，對全部系統(tǒng)實現(xiàn)集中管理與控制，學(xué)生上機作某項實驗或綜合實驗時，由輔助鍵盤進行操作，可選擇各種方式的實驗。（一） 電路組成圖1-1是通

10、信原理實驗系統(tǒng)中央控制單元原理框圖圖1-2是通信原理實驗系統(tǒng)中央控制單元電原理圖（二） 電路基本工作原理CPU中央控制單元8031系統(tǒng)顯示電路（液晶）鍵盤輸入電路控制接口電路驅(qū)動電路各實驗?zāi)K擴展模塊圖1-1 中央控制單元原理框圖圖1-2 中央控制單元電路1、鍵盤輸入電路 在擴展AT89C51單片計算機系統(tǒng)時，除了配置擴展外部存儲器外，也要對I/O口的擴展進行考慮，這主要使單片機能按照要求工作，就必須將必要的命令和數(shù)據(jù)輸入到單片機中。這就需要配置一定的輸入設(shè)備。在本實驗系統(tǒng)中，輸入設(shè)備選用的是鍵盤，鍵盤是單片機中一個關(guān)鍵的部件，它能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機的主要手

11、段，其鍵盤與單片機系統(tǒng)接口電路框圖如圖1-2所示。本實驗箱有四個功能鍵，他們與各實驗單元及代碼的對應(yīng)關(guān)系如下表1-1：表1-1設(shè)置鍵PAM：脈沖振幅調(diào)制單元PCM：脈沖編碼調(diào)制單元：增量調(diào)制編碼單元VCO：基本鎖相環(huán)單元PSK：移相鍵控調(diào)制解調(diào)單元FSK：移頻鍵控調(diào)制解調(diào)單元EYE：眼圖實驗SET PN：設(shè)置偽隨機碼0鍵用于設(shè)置偽隨機碼的0（低）電平1鍵用于設(shè)置偽隨機碼的1（高）電平確認鍵用于確認各實驗?zāi)K復(fù)位鍵系統(tǒng)復(fù)位說明：(1) 按設(shè)置鍵選擇相應(yīng)的各實驗?zāi)K，然后按確認鍵進入此模塊，即送出該實驗所必須的控制信號。(2) 0和1鍵只在偽隨機碼功能下才能使用。本實驗系統(tǒng)提供的是16位的偽隨機碼

12、。(3) 復(fù)位鍵：系統(tǒng)復(fù)位，但不改變當(dāng)前設(shè)置的偽隨機碼。如需初值則應(yīng)上電復(fù)位。 (4) 按下復(fù)位鍵后在液晶上將會顯示 * AEDKSCE * 然后進入各項功能。WWWAEDKCOM2、 液晶顯示電路在對單片機擴展應(yīng)用時，有時單片機對數(shù)據(jù)的運算或處理的結(jié)果，也要通過一定的方式輸出，這就需要一定的輸出設(shè)備，在本實驗系統(tǒng)中，采用了字符型的液晶顯示模塊。3、 驅(qū)動與控制電路在通信原理實驗系統(tǒng)中，PCM系統(tǒng)單元，F(xiàn)SK系統(tǒng)單元，PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)單元，增量調(diào)制編譯碼系統(tǒng)以及基本鎖相環(huán)與鎖相式頻率合成器系統(tǒng)單元，這些系統(tǒng)能否正常工作，取決于CPU中央控制單元的管理與控制。圖 2-2是它的原理圖。例如在做脈

13、沖編碼調(diào)制PCM實驗時，控制輸入PCM實驗系統(tǒng)所需的工作時鐘2.048MHz，PCM編碼與譯碼所需的收發(fā)分幀同步信號8KHz，以及PCM系統(tǒng)的集成芯片所需的控制電壓都應(yīng)加到PCM系統(tǒng)電路中，這樣PCM系統(tǒng)才能正常工作。7、 鍵盤輸入與液晶顯示擴展電路用8031的I/O口直接控制。8、 系統(tǒng)復(fù)位電路當(dāng)中央集中控制器系統(tǒng)出現(xiàn)不正?；蜍浖还ぷ鲿r，則只需要重新復(fù)位，重新啟動電路來運行程序，這時只要按一下鍵盤上的功能鍵“復(fù)位”鍵即可。五、實驗裝置熟悉的實驗內(nèi)容1、熟悉鍵盤的功能鍵與使用方法。（1） 按下設(shè)置鍵1下與確認鍵，進入PAM實驗。（2） 按下設(shè)置鍵2下與確認鍵，進入PCM實驗。（3） 按下設(shè)置

14、鍵3下與確認鍵，進入實驗。（4） 按下設(shè)置鍵4下與確認鍵，進入VCO實驗。（5） 按下設(shè)置鍵5下與確認鍵，進入PSK實驗。（6） 按下設(shè)置鍵6下與確認鍵，進入FSK實驗。（7） 按下設(shè)置鍵7下與確認鍵，進入EYE實驗。（8） 按下設(shè)置鍵8下與確認鍵，進入SET PN實驗。此時可按自己要求按0或1鍵設(shè)置16位偽隨機碼。六、實驗注意事項：1、 打開開關(guān)，按鍵盤的“復(fù)位鍵”，使系統(tǒng)復(fù)位，以便與程序重新開始工作。2、 該中央集中控制器系統(tǒng)單元電原理總圖見圖1-2并作分析。并作簡要敘述。3、 當(dāng)發(fā)現(xiàn)某些電路不正常時，應(yīng)先關(guān)掉電源開關(guān)，再作靜態(tài)檢查，禁止帶電插拔集成塊電路。4、 GND為接地點，測量各模塊

15、的控制信號時，示波器應(yīng)注意接地。七、信號源實驗電路工作原理 時鐘信號是其他各級電路的重要組成部分，在通信電路及其他電路中，若沒有時鐘信號，則電路基本工作條件將得不到滿足而無法工作。因此，我們在做電子與通信原理各項實驗時，必須先對所有的時鐘信號加以了解、熟悉，以便能順利的進行后面的各項實驗。（一）電路組成：信號發(fā)生器單元的電路圖如圖2-2，信號發(fā)生器單元的布局圖如圖2-3信號發(fā)生器由以下電路組成：1、內(nèi)時鐘信號源；2多級分頻及脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)收、發(fā)幀同步信號產(chǎn)生電路；3、簡易正弦信號發(fā)生器電路。圖2-1 XC95108內(nèi)信號發(fā)生器原理框圖圖2-2 音頻信號和數(shù)字信號發(fā)生圖2-3 信號發(fā)生器面板圖

16、（一） 電路工作原理1、CPLD可編程數(shù)字信號發(fā)生電路CPLD可編程模塊可用來產(chǎn)生實驗系統(tǒng)所需要的各種時鐘信號和各種數(shù)字信號。本實驗箱選用的是Xilinx公司的XC95108，通過下載接口電路和一些外部晶振構(gòu)成。內(nèi)部時鐘信號源電路由晶振，電阻、電容和非門組成，若電路加電工作后，在輸出端輸出一個比較理想的4.096MHz方波信號，經(jīng)開關(guān)S0012-3選擇后到XC95108內(nèi)進行一系列的分頻電路，產(chǎn)生所需的信號，分配給各個實驗?zāi)K。其原理框圖見圖2-1。外部時鐘信號源可通過IN1接入同時將短路套置于開關(guān)S0011-2，這樣就可產(chǎn)生你所需的時鐘信號。2、簡易正弦信號發(fā)生器簡易正弦信號發(fā)生由ICL80

17、38信號發(fā)生芯片產(chǎn)生，除了能產(chǎn)生正弦波外也能產(chǎn)生三角波、方波。測試點分別為T054、T055、T056，它們的頻率、占空比、失真可以通過電位器RP001，RP002、RP003調(diào)節(jié)。八、信號源認識實驗內(nèi)容1、CPLD可編程數(shù)字信號發(fā)生器1、用內(nèi)部時鐘信號源產(chǎn)生的信號作為總時鐘輸入S001開關(guān)接2、3，分別分析各級電路，并測出各測量點波形。2、簡易正弦信號發(fā)生器1、 分析該實驗電路的電原理圖2-1，并理解其工作過程。2、 調(diào)節(jié)RP001，、RP002，RP003電位器，觀測T054、T055、T056輸出變化。九、信號源認識實驗注意事項1、 接好電源，打開電源開關(guān)，相對應(yīng)的指示發(fā)光二極管亮，使電

18、路工作。2、 該實驗單元的元器件位置結(jié)構(gòu)見圖2-2所示十、觀察信號的波形和分析正弦和方波的數(shù)字頻譜，并記錄1：參考波形跳線：S0012-3， T000&T001波形；2：T011&T012波形；3：T006&T007波形；4：T008&T009波形；5：T013波形；6：T002&T003波形7：T005&T004波形8：T017&T018波形9：T019&T016波形10：T016&T015波形11：T054&T055波形12：T054&T056波形十一、討論思考題1、 實驗電路中內(nèi)時鐘信號源產(chǎn)生是由兩級

19、非門、晶振、電阻電容元件組成反饋式振蕩器，分析其原理。能否用其他形式的電路產(chǎn)生時鐘信號，舉例說明。2、 時鐘信號得分頻電路能否用其他方法產(chǎn)生，要求電路盡量簡要、清楚。有哪些方法？畫出原理圖。13分頻，2.5分頻如何實現(xiàn)？3、 理解并分析正弦波測試信號發(fā)生器電路后，試用其他方法產(chǎn)生正弦波信號，舉例說明，并畫出電路圖。十二、實驗報告要求1、 分析實驗電路的工作原理，敘述其工作過程2、 根據(jù)實驗測試紀錄，畫出各個測量點的波形圖3、 對實驗討論思考題加以分析，并做出原理圖與工作波形圖4、 寫出本實驗的心得體會，對本實驗有什么要求與意見提出來。實驗二 脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)（PCM）實驗一、實驗?zāi)康?、 加

20、深對PCM編碼工作過程的理解。2、 掌握PCM編、譯碼的時序關(guān)系。3、 熟悉PCM編、譯碼專用集成芯片的使用方法及其要求。4、 了解PCM系統(tǒng)的工作過程。二、實驗預(yù)習(xí)要求1、 預(yù)習(xí)通信原理教材中關(guān)于脈沖編碼調(diào)制PCM原理的有關(guān)章節(jié)，2、 在閱讀本實驗內(nèi)容，詳細閱讀TP3067芯片資料。三、實驗所用儀表1、雙蹤示波器 一臺2、通信原理實驗箱一臺3、低頻信號源 一臺四、實驗電路工作原理（一）電路組成脈沖編碼調(diào)制電原理圖如圖41所示。脈沖編碼調(diào)制面板圖如圖42所示。（二）實驗電路工作原理1、TP3067芯片資料簡介：該電路是NATIONAL SEMICONDCTOR公司生產(chǎn)的單片串行接口的PCM編解

21、碼和濾波器，它能夠?qū)⒛M話音進行A律的PCM編碼，并可對A律PCM數(shù)字碼流進行解碼， 同TP3057相比增加了功率放大器，因而能提供推挽輸出能力，適用于程控交換系統(tǒng)與電話通信設(shè)備中。表41 TP3067 編譯碼集成電路引出端排列和功能框圖 腳號符號功能腳號符號功能1VPO功放正向輸出11MCLKx編碼主時鐘輸入2GNDA模擬地12BCLKx編碼位時鐘輸入3VPO功放反向輸出13Dx PCM數(shù)據(jù)輸出4VPI功放反向輸入14FSx編碼端幀同步脈沖輸入5VFRO解碼端濾波器輸出15TSX 指示信號輸出，在編碼時隙為低電平6VCC正電源(十5V)16ANLB反饋控制輸入7FSR解碼端幀同步脈沖17GS

22、x話音放大器輸出8DRPCM 數(shù)據(jù)輸入18VFx話音放大器的反向輸入9BLKR/CLKSEL解碼端位時鐘輸入19VFx+話音放大器的同向輸入10MCLKR/PDN解碼端主時鐘輸入或掉電控制輸入20+6VBB負電源(5V)圖4-1 PCM 編碼譯碼電路圖4-2 編碼、譯碼電路面板圖TP3067 編譯碼集成電路引出端排列和功能框圖 圖4-3 TP3067引出端排列圖 圖4-4 TP3067內(nèi)部功能框圖電路的功能說明：TP3067可以組成模擬用戶線與程控交換設(shè)備間的接口，包含有話音A律編解碼器、自調(diào)零邏輯、話音輸入放大器、RC濾波器、開關(guān)電容低通濾波器、話音推動功放等功能。TP3067具有完整的話音

23、到PCM和PCM到話音的A律壓擴編解碼功能。它的編碼和解碼工作既可同時進行，也可異步進行。（1）同步工作時，主時鐘加到MCLKx端上，移位時鐘加到BCLKx端上，主時鐘的頻率通過BCLKR/CLKSEL選擇。如果BCLKR/CLKSEL0，主時鐘為1.536MHz或1.544MHz如果BCLKR/CLKSEll，主時鐘為2.048MHz。移位時鐘可以從64k1Iz到2.048MHz，需和主時鐘同步。在這種方式下，編解碼主時鐘和移位時鐘相同。（2）異步工作時，MCLKR和MCLKx上均需2.048MHz時鐘，兩者可以不同步，但若要性能最佳，兩者應(yīng)該同步，同樣BCLKx和BCLKR/CLKSEL端

24、上也要加入編碼和譯碼時鐘,分別用作編碼輸出與譯碼輸入的PCM碼流的移位時鐘，兩者均可以從64kHz到2.048MHz。FSx和FSR分別為編碼和解碼的幀同步脈沖。FSx和FSR的頻率均為8KHz。TP3067模擬語音輸入部分含有可用電阻調(diào)節(jié)的運算放大器，RC濾波器、八級開關(guān)電容帶通濾波器和采樣保持電路，A/D變換器(具有A律壓縮特性)。譯碼部分是通過具有A律擴張?zhí)匦缘腄/A變換器、五級開關(guān)電容低通濾波器等完成，通過功率放大器輸出，可以直 接驅(qū)動線路變壓器，第一功放可將從譯碼濾波器輸出的±2.5V電壓提升到±3.3V(負載為300歐姆)，第二級功放可對平衡負載再提高6dB。T

25、P3067采用的是A律并帶有偶位取反的編碼方法。即：V1N十2.5V， 編碼為：10101010VIN0V， 編碼為：11010101或01010101VIN一2.5V， 編碼為：001010102、PCM基本工作原理眾所周知，脈沖調(diào)制通信就是把一個時間上連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散、取值離散的數(shù)字信號后在信道中進行傳輸。所謂脈沖編碼調(diào)制：就是對模擬信號先進行抽樣后，再對采樣值的幅度進行量化、編碼的過程。所謂抽樣，就是對模擬信號進行周期性掃描，從而把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號。它的抽樣速率的下

26、限是由抽樣定理確定的。在該實驗中，抽樣速率采用8Kbit/s。所謂量化，就是把經(jīng)過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示。所謂編碼，就是用一組二進制碼組來表示每一個有固定電平的量化值。然而，實際上量化是在編碼過程中同時完成的，故編碼過程也成為模/數(shù)變換，可記作A/D。由此可見，脈沖編碼調(diào)制方式就是一種傳遞模擬信號的數(shù)字通信方式。PCM的原理如圖41所示。輸入的語音信號先經(jīng)防混疊低通濾波器，得到限帶信號（3003400Hz），進行脈沖抽樣，變成8KHz重復(fù)頻率的抽樣信號（即離散的脈沖調(diào)幅PAM信號），然后將幅度連續(xù)的PAM信號用“四舍五入”辦法量化為

27、有限個幅度取值的信號，再經(jīng)編碼，轉(zhuǎn)換成二進制碼。對于電話，CCITT規(guī)定抽樣率為8KHz，每次抽樣編8位碼，即共有256個量化值，因而每話路PCM編碼后的標準數(shù)碼率是64Kbps。編碼后通過開關(guān)選擇解碼方式，是在PCM1解碼還是在PCM2解碼。有兩路PCM電路：PCM1和PCM2。它們的工作原理基本相同，只是在進行編解碼的同步時鐘脈沖PCM1和PCM2有一相位差，這樣就可以進行時分多路復(fù)用，時分多路復(fù)用將在實驗五中講到。下面以PCM1為例：語音信號輸入有兩種方式選擇：S3021-2：為D301D和D301C的輸入放大電路，S3022-3：為通過話機經(jīng)用戶接口電路輸入。解碼方式有兩種：S3001

28、-2：將PCM1編碼信號送本芯片的解碼，同時開關(guān)SA300往上撥。S3002-3： 將PCM1編碼信號和PCM2編碼信號組成一路信號送解碼開關(guān)SA300，當(dāng)開關(guān)往上撥，此時在本單元解碼。當(dāng)開關(guān)往下?lián)?，此時在另一單元解碼。本模塊解調(diào)后的信號可通過PAM單元的功率放大模塊，使解調(diào)后的語音信號通過喇叭傳出。S3401-2 ：PCM1解調(diào)輸出的信號。S3402-3 ：PCM2解調(diào)輸出的信號。五、實驗內(nèi)容1、PCM編碼電路1、 在不加信號的情況下，用雙蹤示波器測量T301-T306各測量點處的波形，仔細觀察。2、 S3021-2從實驗二信號發(fā)生器系統(tǒng)單元中輸入1KHz單音頻正弦信號至SIN300中，再測

29、量T301T306各點波形，畫出各點波形并分析其相位關(guān)系。3、 從外加信號發(fā)生器中輸入一正弦信號至SIN300中，重復(fù)上述“2”的過程及步驟。2、PCM解碼電路1、 PCM解碼系統(tǒng)實驗將S3001-2連接，開關(guān)SA300往上撥，在上述“1”、“2”、“3”的基礎(chǔ)上，繼續(xù)測量T301T306個測量點處的波形。并畫出波形，作詳細分析。2、 在PAM模塊S3401-2，測量T200信號，同時撥動開關(guān)203，喇叭將發(fā)音。六、實驗注意事項及主要波形說明1、 實驗注意事項(1) +5V、5V、48V工作；(2) 撥動開關(guān)S301至ON位置，HL300發(fā)光管亮。(3) 按設(shè)置鍵直到液晶的下行顯示PCM，再按

30、下確認鍵，會在旁邊顯示：<OK>，即表明已進入PCM模塊。這樣就給PCM系統(tǒng)中送上四組信號，即：a) 2048KHz主時鐘信號b) 8KHZ1收發(fā)分幀同步信號c) 8KHZ2收發(fā)分幀同步信號d) 選通4066的高電平信號。2、 跳線開關(guān)放置：S3001-2：PCM1編碼信號S3002-3：PCM1和PCM2編碼信號。S3201-2：PCM2編碼信號S3202-3：PCM1和PCM2編碼信號選擇S3021-2：輸入外接信號S3022-3：輸入話音信號。S3031-2：輸入外接信號S3032-3：輸入話音信號SA300上：本單元進行解碼SA300下：另一單元解碼SA320上：本單元進行

31、解碼SA300下：另一單元解碼3、 PCM系統(tǒng)實驗電路波形說明如下：（以PCM1為例）T301：為正弦波形，幅值較低，若幅度過大，則會被限幅電路限幅成方波，可通過調(diào)節(jié)RP301。T302：PCM編碼數(shù)字信號。T303：頻率為8KHZ的編碼幀同步信號。T304：PCM解碼數(shù)字信號輸入，由開關(guān)S300和SA300決定。T305：頻率為8KHZ的解碼幀同步信號，由開關(guān)S300和SA300決定。T306：解碼輸出的模擬信號。T311和T312：話機的語音信號。T313：話機摘掛機信號。七、觀察信號的波形參考波形跳線：S3001-2，S3021-2，SA300往上撥，SIN300接入1K左右的正弦波。（

32、或者S3031-2，S3201-2，SA320往上撥）。SIN320接入1K左右的正弦波。1：T301&T306波形2：T304&T305波形八、討論思考題1、 TP3067 PCM編碼器輸出的PCM數(shù)據(jù)的速率是多少？在本次實驗系統(tǒng)中，為什么要給TP3067提供2.048MHz的時鐘？2、 認真分析TP3067主時鐘與8KHz分幀收、發(fā)同步時鐘的相位關(guān)系？九、實驗報告要求1、 畫出實驗電路的實驗方框圖，并敘述其工作過程。2、 畫出試驗過程中各測量點的波形圖，注意對應(yīng)相位關(guān)系。3、 寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗有何改進意見。實驗三 數(shù)字基帶信號傳輸實驗一、實驗?zāi)康?、

33、了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶信號波形特點。2、 掌握AMI、HDB3碼的編碼規(guī)則。3、 掌握從HDB3碼信號中提取位同步信號的方法。4、 掌握集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號的幀結(jié)構(gòu)特點。5、 了解HDB3（AMI）編譯碼集成電路CD22103。二、預(yù)習(xí)要求認真預(yù)習(xí)通信系統(tǒng)原理中數(shù)字基帶信號的有關(guān)內(nèi)容。三、實驗儀器1、 示波器一臺2、 萬用表一臺3、 通信原理實驗箱一臺四、實驗電路及基本原理（一） 電路組成HDB3/AMI編譯碼模塊原理圖如圖14-2所示。HDB3/AMI編譯碼模塊面板圖如圖14-3所示。（二） 實驗電路工作原理1、 HDB3專用集成芯片介紹： CD22103的引

34、腳及內(nèi)部框圖臺圖14-1所示，引腳功能如下：圖14-1 CD22103的引腳及內(nèi)部框圖圖14-2 HDB3/AMI編/解碼原理圖圖14-3 HDB3/AMI面板圖（1）NRZ-IN 編碼器NRZ信號輸入端；（2）CTX 編碼時鐘（位同步信號）輸入端；（3）HDB3/AMI 碼型選擇端；接TTL高電平時，選擇HDB3碼；接TTL低電平時，選擇AMI碼；（4）NRZ-OUT HDB3譯碼后信碼輸出端；（5）CRX 譯碼時鐘（位同步信號）輸入端；（6） 告警指示信號（AIS）檢測電路復(fù)位端， 負脈沖有效；（7）AIS AIS信號輸出端，有AIS信號為高電平，無ALS信號時為低電平；（8）VSS 接地

35、端；（9）ERR 不符合HDB3/AMI編碼規(guī)則的誤碼脈沖輸出端；（10）CKR HDB3碼的匯總輸出端；（11）+HDB3-IN HDB3譯碼器正碼輸入端；（12）LTF HDB3譯碼內(nèi)部環(huán)回控制端，接高電平為環(huán)回，接低電平為正常；（13）-HDB3-IN HDB3譯碼器負碼輸入端；（14）-HDB3-OUT HDB3譯碼器負碼輸出端；（15）+HDB3-OUT HDB3譯碼器正碼輸入端；（16）VDD 接電源端（+5V）CD22103主要由發(fā)送編碼和接收譯碼兩部分組成，工作速率為50Kb/s-10Mb/s。兩部分功能簡述如下。發(fā)送部分：當(dāng)HDB3/AMI端接高電平時，編碼電路在編碼時鐘CT

36、X下降沿的作用下，將NRZ碼編成HDB3碼（+HDB3-OUT、-HDB3-OUT兩路輸出）；接低電平時，編成AMI碼。編碼輸出比輸入碼延遲4個時鐘周期。接收部分：（1）、在譯碼時鐘CRX的上升沿作用下，將HDB3碼（或AMI碼）譯成NRZ碼。譯碼輸出比輸入碼延遲4個時鐘周期。 （2）、HDB3碼經(jīng)邏輯組合后從CRX端輸出，供時鐘提取等外部電路使用。 （3）、可在不斷業(yè)務(wù)的情況下進行誤碼監(jiān)測，檢測出的誤碼脈沖從ERR端輸出，其脈寬等于收時鐘的一個周期，可用此進行誤碼計數(shù)。（4）、可檢測出所接收的AIS碼，檢測周期由外部RAIS決定。據(jù)CCITT規(guī)定，在RAIS信號的一個周期（500s）內(nèi)，若接

37、收信號中“0”碼個數(shù)少于3，則AIS端輸出高電平，使系統(tǒng)告警電路輸出相應(yīng)的告警信號；若接收信號中“0”碼個數(shù)不少于3，AIS端輸出低電平，表示接收信號正常。（5）、具有環(huán)回功能。2、 HDB3編譯碼基本工作原理原理框圖、電原理圖分別如圖14-5和圖14-1所示。本模塊內(nèi)部使用+5V和-5V電壓，其中-5V電壓由-12V電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器7905變換得到。本單元的編譯碼框圖如下所示：單-雙變換雙-單變換相加器帶通限幅放大鎖相環(huán)(AMI)HDB3編譯碼器NRZ-INBS-IN+H-OUT-H-OUTHDB3(AMI)+HNRZ(AMI)-H整流器(AMI-D)HDB3-D圖14-4 HDB3編譯碼方

38、框圖圖14-1中各單元元器件的對應(yīng)關(guān)系如下：·HDB3編譯碼器 D1：HDB3編譯碼集成電路CD22103A·單/雙極性變換器 D2：模擬開關(guān)4052·雙/單極性變換器 D7：非門74HC04·相加器 D8：或門74LS32·帶通 D3、D4：運放UA741·限幅放大器 D5：運放LM318·鎖相環(huán) D6：集成鎖相環(huán)CD4046本模塊上的開關(guān)XB1用于選擇碼型，XB1位于下邊（AMI端）選擇AMI碼，位于上邊（HDB3端）選擇HDB3碼。3、 AMI、HDB3碼編碼規(guī)律。AMI碼的全稱：傳號交替反轉(zhuǎn)碼。AMI碼的編碼規(guī)律是：

39、信息代碼1變?yōu)閹в蟹柕?碼即+1或-1，1的符號交替反轉(zhuǎn)；信息代碼0的為0碼。AMI碼對應(yīng)的波形是占空比為0.5的雙極性歸零碼，即脈沖寬度與碼元寬度（碼元周期、碼元間隔）TS的關(guān)系是=0.5TS。由于AMI碼的信號交替反轉(zhuǎn)，故由它決定的基帶信號將出現(xiàn)正負脈沖交替，而0電位保持不變的規(guī)律。由此看出，這種基帶信號無直流成分，且只有很小的低頻成分，因而它特別適宜在不允許這些成分通過的信道中傳輸。從AMI碼的編碼規(guī)則看出，它已從一個二進制符號序列變成了一個三進制符號序列，而且也是一個二進制符號變換成一個三進制符號。把一個二進制符號變換成一個三進制符號所構(gòu)成的碼稱為1B1T碼型。但是當(dāng)它用來獲取定時信

40、息時，由于它可能出現(xiàn)長的連0串，因而會造成提取定時信號的困難。HDB3碼的全稱：三階高密度碼。HDB3碼保留了AMI碼所有的優(yōu)點（如前所述），還可將連碼限制在3個以內(nèi)，克服了AMI碼如果長連“0”過多對提取定時鐘不利的缺點。HDB3碼的編碼規(guī)律是：4個連續(xù)0信息碼用取代節(jié)000V或B00V代替，當(dāng)兩個相鄰V碼中間有奇數(shù)個信息1碼時取代節(jié)為000V，有偶數(shù)個信息1碼（包括0個信息1碼）時取代節(jié)為B00V，其它的信息0碼仍為0碼；信息碼的1碼變?yōu)閹в蟹柕?碼即+1或-1；HDB3碼中1、B的符號符合交替反轉(zhuǎn)原則，而V的符號破壞這種符號交替反轉(zhuǎn)原則，但相鄰V碼的符號又是交替反轉(zhuǎn)的；HDB3碼是占空

41、比為0.5的雙極性歸零碼。設(shè)信息碼為0000 0110 0001 0000 0，則NRZ碼、AMI碼、HDB3碼如圖14-6所示信息編碼 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 NRZ波形 AMI代碼 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 0AMI波形HDB3代碼 B 0 0 V 0 -1 1 -B 0 0 -V 1 0 0 0 VHDB3波形圖14-5 HDB3編碼示意圖本單元用CD22103集成電路進行AMI或HDB3編譯碼。當(dāng)它的第3腳（HDB3 /AMI）接+5V時為HDB3編譯碼器，接地時為AMI編譯碼器。編碼時，需輸入NRZ碼及位同步

42、信號，它們來自數(shù)字信源單元，已在電路板上連好。CD22103編碼輸出兩路并行信號+HDB3OUT和-HOUT，它們都是半占空比的正脈沖信號，分別與AMI或HDB3碼的正極性信號及負極性信號相對應(yīng)。這兩路信號經(jīng)單/雙性變換后得到AMI碼或HDB3。雙/單極性變換及相加器構(gòu)成一個整流器。整流后的（AMI）HDB3-D信號含有位同步信號頻率離散譜。由于位同步頻率比較低，很難將有源帶通濾波器的帶寬做得很窄，它輸出的信號是一個幅度和周期都不恒定的正弦信號（T09）。對此信號進行限幅放大處理后得到幅度恒定、周期變化的脈沖信號，但仍不能將此信號作為譯碼器的位同步信號，再經(jīng)過鎖相環(huán)（關(guān)于鎖相環(huán)的基本原理已在實

43、驗七中介紹）輸出一個符合譯碼器要求的位同步信號（T10）。譯碼時，需將AMI或HDB3碼變換成兩路單極性信號分別送到CD22103的第11、第13腳，此任務(wù)由雙/單變換電路來完成。當(dāng)信息代碼連0個數(shù)太多時，從AMI碼中較難于提取穩(wěn)定的位同步信號，而HDB3中連0個數(shù)最多為3，這對提取高質(zhì)量的位同信號是有利的。這也是HDB3碼優(yōu)于AMI碼之處。HDB3碼及經(jīng)過隨機化處理的AMI碼常被用在PCM一、二、三次群的接口設(shè)備中。在實用的HDB3編譯碼電路中，發(fā)端的單/雙極性變換器一般由變壓器完成；收端的雙/單極性變換電路一般由變壓器、自動門限控制和整流電路完成，本實驗?zāi)康氖钦莆誋DB3編碼規(guī)則，及位同步

44、提取方法，故對極性變換電路作了簡化處理，不一定符合實用要求。五、實驗內(nèi)容1、HDB3、AMI編碼規(guī)則實驗（1） 用示波器觀察數(shù)字信源單元上的各種信號波形。連接T11（M序列）或T22（1000序列）到T01-IN。（2） 測量T08，比較用HDB3和AMI編碼的區(qū)別。觀察相應(yīng)的波形并將它記錄下來。通過開關(guān)XB1選擇編碼方式。本實驗中若4位信源代碼中只有1個“1”碼，則無法從AMI碼中得到一個符合要求的位同步信號，因此不能完成正確的譯碼。若4位信源代碼全為“0”碼，則更不可能從AMI信號（亦是全0信號）得到正確的位同步信號。信源代碼連0個數(shù)越多，越難于從AMI碼中提取位同步信號（或者說要求帶通濾

45、波器的Q值越高，因而越難于實現(xiàn)）。而HDB3碼則不存在這種問題。2、HDB3、AMI譯碼實驗（1） 用示波器觀察HDB3編譯單元的各種波形。（2） 用示波器觀察單極性非零碼（NRZ）、信號交替反轉(zhuǎn)碼（AMI）、三階高密度雙極性碼（HDB3）、整流后的AMI碼及整流后的HDB3碼。（3） 用示波器觀察從HDB3碼中和從AMI碼中提取門同步信號的電路中有關(guān)波形。六、實驗注意事項及主要波形說明：1、 實驗注意事項（1） +5V，+12V，-12V電壓（2） 撥動開關(guān)S01為ON；相應(yīng)的HL01發(fā)光兩極管亮。2、 各測量點波形簡要說明如下：T11：信源位同步信號輸出點/測試點（M序列輸出）T22：信源

46、幀同步信號輸出點/測試點（1000序列輸出）T01-IN：信號輸入端。T03：負碼輸出端。T04：正碼輸出端。T08：編碼器輸出信號（正負）。T05：正碼輸入端。T06：負碼輸入端。T07：正負碼合成信號。T09：帶通濾波器輸出信號T10：鎖相環(huán)輸出的位同步信號（256KHZ）T02：譯碼器輸出信號，波形同T01，稍有延時。七、觀察信號的波形： 參考波形連線：將T11與T01-IN1： T01-IN&T08(HDB3)&T08(AMI)2： T08&T04波形3： T08&T03波形4： T08&T06波形5： T08&T05波形6： T08&a

47、mp;T07波形7： T09&T10波形8： T01-IN&T02(M序列)波形9： T01-IN&T02(1000序列)波形八、實驗報告要求1、 根據(jù)實驗觀察和記錄回答：（1） 不歸零碼和歸零碼的特點是什么？（2） 與信源代碼中的“1”碼相對應(yīng)的AMI碼及HDB3碼是否一定相同？為什么？2、 設(shè)代碼為全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，給出AMI及HDB3碼的代碼和波形。3、 總結(jié)從HDB3碼中提取位同步信號的原理。4、 試根據(jù)占空比為0.5的單極性歸零碼的功率譜密度公式說明為什么信息代碼中的連0碼越長，越難于從AMI碼中提取位同步

48、信號，而HDB3碼則不存在此問題。5、 根據(jù)公式，計算環(huán)路自然諧振頻率n，阻尼系數(shù)和等效噪聲帶寬BL。式中IP=0.05A，K0=8×103rad/s.v。再用計算鎖相環(huán)等效帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù)，式中=170.5KHz。將C17改為1000f，重新計算鎖相環(huán)等效帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù)。實驗四（1） FSK調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康?1、 理解FSK調(diào)制工作原理及電路組成。2、 理解利用鎖相環(huán)解調(diào)KSK的原理和實現(xiàn)方法。二、預(yù)習(xí)要求:實驗前預(yù)習(xí)通信原理關(guān)于二進制頻率鍵控FSK及解調(diào)有關(guān)章節(jié)。三、實驗儀器儀表:1、 示波器一臺2、 通信實驗系統(tǒng)實驗箱一臺3、 萬用表一個四、實驗電路工作原理（

49、一） 電路組成FSK調(diào)制的電原理圖如圖13-1所示。FSK解調(diào)的電原理圖如圖13-2所示。FSK調(diào)制解調(diào)的面板圖如圖13-3所示。（二） 實驗電路的工作原理 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)，抗噪聲和抗衰減性較強，因此在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了較為廣泛的應(yīng)用。數(shù)字調(diào)頻又可稱作移頻鍵控FSK，它是利用載頻頻率變化來傳遞數(shù)字信息。數(shù)字調(diào)頻信號可以分為相位離散和相位連續(xù)兩種情形。若兩個振蕩頻率分別有不同的獨立振蕩器提供，他們之間相位互不相關(guān)，這叫相位離散的數(shù)字調(diào)頻信號；若兩個振蕩頻率由同一振蕩信號源提供，只是對其中載頻進行分頻，這樣產(chǎn)生的兩個載頻就是相位連續(xù)

50、的數(shù)字調(diào)頻信號。本實驗電路中，由實驗二提供的載頻頻率經(jīng)過本實驗電路分頻而得到的兩個不同頻率的載頻信號，則為相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號。1、FSK調(diào)制的工作原理由圖13-1可知，輸入的基帶信號由轉(zhuǎn)換開關(guān)S902轉(zhuǎn)接后分成兩路，一路控制f1=32KHz的載頻，另一路經(jīng)倒相去控制f2=16KHz的載頻。當(dāng)基帶信號為“1”時，模擬開關(guān)1打開，模擬開關(guān)2關(guān)閉，此時輸出f1=32KHz，當(dāng)基帶信號為“0”時，模擬開關(guān)1關(guān)閉，模擬開關(guān)2開通。此時輸出f2=16KHz，于是可在輸出端得到已調(diào)的FSK信號。電路中的兩路載頻(f1，f2)由內(nèi)時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)過開關(guān)S900，S901送入。兩路載頻分別經(jīng)過射隨、選

51、頻濾波、射隨、再送至模擬開關(guān)D900A、D900B(4066)?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)RP901和RP900來改變載波的幅值。2、FSK解調(diào)的工作原理。FSK解調(diào)采用集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器。FSK集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器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f1上，對應(yīng)輸出高電平，而另一載頻f2失鎖，對應(yīng)輸出低電平，那么在鎖相環(huán)濾波器輸出端就可以得到調(diào)節(jié)的基帶信號序列。FSK鎖相環(huán)解調(diào)器中的集成鎖相環(huán)選用了MC14046，其芯片簡介見實驗七。MC14046集成電路內(nèi)有兩個數(shù)字鑒相器（PD1，PD2）、一個壓控振蕩器（VCOUT），還有輸入放大電路等，環(huán)路低通濾波器接在集成

52、電路的外部。圖13-1 FSK 調(diào)制原理圖圖13-2 FSK 解調(diào)原理圖圖13-3 FSK調(diào)制解調(diào)面板圖壓控振蕩器的中心頻率設(shè)計在32KHz 。圖13-2中R1(R951、RP950)、R2(R952、RP951)、C1(CA951)主要用來確定壓控振蕩器的振蕩頻率。R954、C951構(gòu)成外接低通濾波器，其參數(shù)選擇要滿足環(huán)路性能指標的要求。從要求環(huán)路能捕捉、迅速鎖定來看，低通濾波器的通帶要寬些；從提高環(huán)路的跟蹤特性來看，低通濾波器的通帶又要窄些。因此電路設(shè)計應(yīng)在滿足捕捉時間前提，盡量減小環(huán)路低通濾波器的寬帶。由圖13-2可知，當(dāng)輸入信號為32KHZ時，環(huán)路鎖定，環(huán)路對輸入信號中的32KHZ載波

53、處于跟蹤狀態(tài)。此時鑒相器PC2輸出端（13腳）為低電平，鎖定指示輸出PCP（1腳）為高電平，鑒相器PC1輸出（2腳）為低電平，PC1輸出和鎖定指示輸出經(jīng)或非門D951A（74LS32）和D952A（74LS14）后輸出低電平，再經(jīng)箝位電路V952、R955、C952和非門D952B（74LS14）后輸出為高電平，最后經(jīng)過D952C（74LS14）、D952D（74LS14）整形電路后輸出信號。當(dāng)輸入信號為16KHZ時，環(huán)路失鎖。此時環(huán)路對16KHZ載波的跟蹤破壞，鑒相器輸入端的兩個比較信號存在頻差，經(jīng)鑒相器PD1后輸出一串無規(guī)則矩形脈沖，而鎖定指示（第一引腳）輸出為低電平，PD1輸出和鎖定指示經(jīng)或非門D951A與D952B 后，輸出仍為無規(guī)則矩形脈沖，這些矩形脈沖經(jīng)箝位電路及非門D952C（74LS14）、D952D（74LS14）后輸出為低電平?？梢?，環(huán)路對32KHZ載頻鎖定時輸出高電平，對16KHZ載波輸出失鎖時就輸出低電平。只要適當(dāng)選擇環(huán)路參數(shù)，使它對32KHZ鎖定，對16KHZ失鎖，則在解調(diào)