1、专业课设武汉理工专业综合课程设计报告 题 目：模数转换电路测试与PSK1电路设计专业班级： 通信0804班 学生姓名： 指导教师： 赵宁 武汉理工大学信息工程学院 年 月 日专业综合课程设计任务书学生姓名： 邵全江 专业班级： 通信0804 指导教师： 赵宁 工作单位： 信息工程学院 题 目: 模数转换电路测试与PSK1电路设计 课程设计目的：1. 通过对THEX-1型综合实验平台的使用，较深入了解通信电路的原理；2. 掌握通信电路的测试方法和设计实验的方法；3. 学习利用EWB仿真设计简单通信系统的方法；4. 练习利用Protel绘制PCB电路的方法；5. 提高正确地撰写论文的基本能力。课程
2、设计内容和要求1. 电路测试：测试PAM1，PAM2，PAM3，PAM4，PCM，TDM1，TDM1实验电路板。要求详细分析实验电路的工作原理（说明每个元器件的作用和功能），写出测试项目，并对测试结果作出详细分析；如果电路板不能测出所需要的结果，要分析原因，找出电路板损坏的部位。2. 用EWB做出PSK1的仿真电路，并测试各点的波形；要求详细分析电路原理（说明每个元器件的作用和功能），对测试结果作出详细分析。3. 用Protel绘制CLK的PCB电路。4. 查阅不少于6篇参考文献。初始条件：1. THEX-1型综合实验平台及实验指导书；2. 示波器，万用表。3. EWB和Protel软件。时间
3、安排：第18周，安排设计任务；第19周，完成实验测试和仿真电路的设计与测试；第20周，完成PCB电路绘制；撰写设计报告，答辩。指导教师签名： 2011年 月 日系主任（或责任教师）签名： 2011年 月 日目录1模拟调制通信系统测试 11.1 PAM双路抽样脉冲形成实验PAM1 11.1.1实验原理 11.1.2实验步骤 21.1.3 实验测试结果 21.2 抽样定理与脉冲调幅实验PAM2 21.2.1 实验原理 31.2.2实验步骤 41.2.3实验测试结果 41.3 PAM模拟传输线实验PAM3（实验模块PAM1PAM3） 51.3.1 实验原理 51.3.2 实验步骤 61.3.3 实验
4、测试结果 61.4 PAM脉冲幅度解调实验PAM4（实验模块PAM1PAM2PAM4） 71.4.1实验原理 71.4.2 实验步骤 81.4.3 实验测试结果 91.5 PCM脉冲编译码实验PCM 101.5.1 实验原理 101.5.2 实验步骤 111.5.3 实验测试结果 111.6 数字多路传输系统实验 TDM1,TDM2 121.6.1实验原理 121.6.2 实验步骤及理论波形 132 抽样定理和脉冲调幅实验 PSK1 152.1实验目的 152.2实验原理 153 实验仿真 194 PCB制作 215 总结 236 参考文献 241模拟调制通信系统测试1.1 PAM双路抽样脉冲
5、形成实验PAM11.1.1实验原理 （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1-1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
6、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实验步骤 用20MHz双踪示波器观察各测试点波形。1.1.3 实验测试结果理论两路脉冲波形： ）图1-2 两路脉冲信号波形实际测试图片：图1-3 实际测试波形经验证，实验结果与理论结果一致。1.2 抽样定理与脉冲调幅实验PAM21.2
7、.1 实验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1-4 单路PCM系统示意图图1-5 抽样定理和脉冲调幅实验电原理图抽样定理指出，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。多路脉冲调幅的实验框图如图1-6所示，BG1和BG2构成
8、第一路脉冲调幅信号，BG3和BG4构成第二路脉冲调幅信号。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1-6 多路脉冲调幅实验框图1.2.2实验步骤观测PAM2音讯发生器部分输出TP1是正弦波输出，将其幅度调至最大不失真调节电位器R5和RW1，观测TP6波形输出。1.2.3实验测试结果理论波形：TP1输出信号：图1-7 TP1输出信号TP6脉冲调幅输出：TP6图1-8 TP6输出信号实际测试波形：图1-9 TP
9、1输出波形 图1-10 TP6输出波形1.3 PAM模拟传输线实验PAM3（实验模块PAM1PAM3）1.3.1 实验原理路际串话是衡量多路系统的重要指标之一。路际串话是指在同一时分多路系统中，某一路或某几路的通话信号串扰到其它话路上去，这样就产生了同一端机中的各路通话之间的串话。 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
10、：f1=1/(2R1C1)。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7-1(a)所示的低通网络，输出波形如图7-1(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。 图1-11 通道的低通等效网络图 1-12 通道的高频等效网络（二）路隙串话中的低频串话当考虑通道频带的低频端时，可将通道简化为图1-12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7-2(a)所示的高通网络后，输出波形如图7-2(
11、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。 （三）模拟的传输通道低通等效网络图7-3是模拟的传输通道实验原理图，R1、R2分别代表了传输线路的串联等效电阻，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1-13 模拟传输线实验电原理图1.3.2 实验步骤（一）准备工作 使“PAM双路抽样脉冲发生实验”（PAM1）模板处于正常工作状态。（二）依次在模拟传输线输入端验证抽样定理J1，J3，J5输入TP1-1的抽样脉冲，依次在
12、模拟传输线输出端J2，J4，J6用示波器观察抽样脉冲的畸变情况，并作图记录。同时在图中标出TP1-2的波形和位置1.3.3 实验测试结果理论波形如图：实际测试波形： 1.4 PAM脉冲幅度解调实验PAM4（实验模块PAM1PAM2PAM4）1.4.1实验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
13、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23-7。接收端的选通电路也采用结型场效应晶体管作为开关元件,但输出负载不是电阻而是电容。采用这种类似于平顶抽样的电路是为了解决PAM解调信号的幅度问题。由于时分多路的需要，分路脉冲的宽度S是很窄的。当占空比为S/T的脉冲通过话路低通滤波器后，低通滤波器输出信号的幅度很小。这样大的衰减带来的后果是严重的。但是，在分路选通后加入保持电容，可使分路后的PAM信号展宽到100%的占空比，从而解决信号幅度衰减过大的问题。但我们知道平顶抽样将引起固有的频率失真。
14、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3400Hz。（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25-1所示。图25-1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
15、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1-14 PAM脉冲幅度解调实验电原理图1.4.2 实验步骤（一）准备工作：准备好PAM1PAM3三块实验模块，并使其工作正常。（二）验证抽样定理1在PAM4的J5输入单路抽样时序信号(PAM2的J2输入音频信号：fH=1KHz幅度2VP-P，J3输入抽样脉冲TP1-1，连接PAM2的J6和PAM4的J5)。用20MHz双踪示波器分别观察PAM2的J2和PAM4的TP5TP7。2在PAM4的J5输入单路抽
16、样时序信号（PAM2的J2输入音频信号：fH=420Hz幅度2VP-P，J3输入抽样脉冲TP1-1，连接PAM2的J6和PAM4的J5）。用20MHz双踪示波器分别观察PAM2的J2和PAM4的TP5TP7。3在PAM4的J5输入单路抽样时序信号（PAM2的J2输入音频信号：fH=6KHz幅度2VP-P，J3输入抽样脉冲TP1-1，连接PAM2的J6和PAM4的J5）。用20MHz双踪示波器分别观察PAM2的J2和PAM4的TP5TP7。（三）分路选通和脉冲展宽1在PAM4的J1输入多路抽样时序信号（PAM2的J1输入音频信号fH=1KHz幅度2VP-P，J3输入第一路抽样脉冲TP1-1；PA
17、M2的J4输入音频信号fH=500Hz幅度2VP-P，J5输入第二路抽样脉冲TP2-1,连接PAM2的J6和PAM4的J1）。PAM4的J4分别输入分路选通脉冲TP1-2或TP2-2，用20MHz双踪示波器分别观察PAM2的TP2、TP4和PAM4的TP3。（四）时分多路系统中的路际串话：在PAM调制和解调之间串入PAM3模块在PAM4的J1输入第一路抽样时序信号（PAM4的J1输入音频信号fH=1KHz幅度2VP-P，J3输入第一路抽样脉冲TP1-1）。PAM4的J4输入第二分路选通脉冲TP2-2，连接J3和J5，在“近距离”、“中距离”、“远距离”三种情况下分别观察第一路对第二路的路际串话
18、情况。1.4.3 实验测试结果理论波形：TP1（J1）输入脉冲调幅PAM2的J6，如下图所示：TP1TP4(J4)抽样脉冲输入TP11，如下图所示：TP4观测TP3脉冲展宽输出波形如下图所示：TP3PAM4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： TP7实际测试结果： 1.5 PCM脉冲编译码实验PCM1.5.1 实验原理PCM基群作为数字微波通信和光纤通信系统的终端设备，在目前通信系统中占有很重要地位。本实验主要学习PCM30/32路基群系统的PCM编译码器、并对PCM编译码器进行自环测试，加深对PCM终端设备的了解。脉冲编码调制通信
19、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。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9-1所示。图1-15 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。所谓编码，就是用一组二进制码来表示每
20、一个有固定电平的量化值。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。在幅度与时间上连续变化的模拟信号经抽样后，虽然在时间轴上变为离散量，但在幅度上每一采样仍为连续量，为了使每一采样用数字代码表示，就必须将幅度用有限个电平来表示，实现这个过程称作幅度量化。PCM的原理如图9-2所示。话音信号先经防混迭低通滤波器，得到限带信号（3003400Hz），进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号，然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入” 办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。对于电话CCITT规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有2
21、8=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。为解决均匀量化时小信号量化误差大、音质差的问题，在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，具体如图1-17所示。 图1-16 PCM的原理框图 图1-17 A律与u律的压缩特性1.5.2 实验步骤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1.5.3 实验测试结果理论波形：观测编码输出TP2如下图所示：观测话音输出J4为1K的是频信号如下图所示：实际测试波形： 结果分析：PCM编译码的过程和工作原理PCM脉冲编码调制通信，就是把一个时间连续、取值连续的模
22、拟信号转换为时间离散、取值离散的数字信号后，在信道中进行传输。而脉冲编码调制就是对模拟信号先进行抽样过后，再对样值的幅度进行量化、编码的过程。1.6 数字多路传输系统实验 TDM1,TDM21.6.1实验原理数字复接设备的结构简图如图27-1所示。 图1-18 数字复接调设备结构简图数字复接系统包括数字复接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。数字多路传输实验：本实验系统由
23、发送端的复接器和接收端的分接器两部分组成，系统模块图如图27-4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1-19 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。1.6.2 实验步骤及理论波形测得回路信号波形如图a所示：FD1、FD2、FD3、FD4为四路输入信号； 图a复接器复接单元复接信号为DOUT 图b分接单元信号波形FD1、FD2、FD3、FD4为四路输入信号同上图a 1.6.3 实验测试波形 2 抽样定理和脉冲调幅实验 PSK12.1实验目的1掌握二相BPSK（DPSK）调制的工作原理及电路组成。2了解载频信号的产生方法。
24、3掌握二相绝对码与相对码的码型变换方法。4. 使用multisim软件仿真。2.2实验原理在本实验中，绝对移相键控（PSK）是采用直接调相法来实现，也就是用输入的基带信号直接控制已输入载波相位的变化来实现相位键控。图2-1是二相PSK（DPSK）调制器电路框图，图41-2是它的电原理图。图2-1 二相PSK（DPSK）调制器电路框图（一）电路基本工作原理数字相位调制又称为移相键控。它是利用载波相位的变化来传递数字信息的。通常又可把它分成绝对移相与相对移相两种方式。绝对移相就是利用载波不同相位的绝对值来传递信息。那么，怎样才能让载波不同相位的绝对值来传递数字信息呢？如果让所需传输的数字基带信号控
25、制载波相位改变，而载波的振幅和频率都不变，那么就得到载波的相位发生变化的已调信号，我们把这种调制方式称为数字相位调制。即移相键控PSK调制。PSK在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优先于ASK移幅键控和FSK移频键控。因此，PSK技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。当传送消息为一随机序列时，例如话音信号经过编码后的数字信号或其它数据信号，则传送的调相信号也相应的为一随机的振荡序列，其相位与传送消息相对应，如图41-3所示。下面对图41-2中的电路作一分析：图2-2 PSK移相键控调制实验电原理图图2-3 二相PSK调制信号波形1 内载波发生器
26、 电路如图2-4所示。图2-4 1.024MHz内载发生器从电路中可知，来自信号发生器的1.024MHz方波信号输入至C3的耦合电容上，由L1、C4、C5可调电容，将1.024MHz方波信号变换成1.024MHz的正弦波信号，其中调节R5可改变输出信号的幅波，由BG1等组件组成的是射随器电器，它起隔离作用。输出信号送至载波信号转换开关K1的1脚。内载波亦可由K1切换成512K正弦波。2载波倒相器模拟信号的倒相通常采用运放作倒相器，在本实验电路中，如图41-5所示，电路由U4（LM318）、R10、R11组成，来自1.024MHz载波信号经电阻R10输入到高速运放LM318的反相输入端2脚，在运
27、放的输出端即可得到一个反相的载波信号，即相载波信号。为了使后面的合路后的0相载波与相载波的幅度相等，在载波倒相器电路中加了增益调整电位器R11。3信码反相器由U1：C（74LS04）组成。4模拟开关相乘器对载波的相移键控是用乘法器来实现的，常用的乘法器有环行调制器、模拟乘法器集成电路以及模拟开关电路等，本实验采用的是模拟开关4066作乘法器，电路如图2.2-5右半部分。4066是一种4路双向模拟开关，其中每一路引脚互相独立。图2-5 载波倒相器，模拟开关相乘器下面再作详细分析 4066多路多向模拟开关在本实验电路中的工作原理。从图可知。0相载波与相载波分别加到模拟开关1：U5A的输入端（1脚）
28、、模拟开关2：U5B的输入端（11脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模拟开关1的输入控制端（13脚），它反极性加到模拟开关2的输入控制端（12脚）。用来控制两个同频反相载波的通端。当信码为“1”码时，模拟开关1的输入控制端为高电平，模拟开关1导通，输出0相载波，而模拟开关2的输入控制端为低电平，模拟开关2截止。反之，当信码为“0”码时，模拟开关1的输入控制端为低电平，模拟开关1截止。而模拟开关2的输入控制端却为高电平，模拟开关2导通。输出相载波，两个模拟开关的输出通过载波输出控制开关K3合路迭加后输出，即为二相PSK调制信号，波形如图41-6所示。图2-6 模拟开关乘相器工作波形5差
29、分编码器在数据传输系统中，由于相对移相键控调制具有干抗干扰噪声能力强，在相同的信噪比条件下，可获得比其它调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而这种方式广泛应用在实际通信系统中。DPSK调制是采用码型变换法加绝对调相来实现，即把数据信息源（如：伪随机码发生器输出的伪随机码序列、增量调制编码器输出的数据信号或脉冲编码调制PCM编码器输出的数字信号）作为绝对码序列an，通过差分编码器变成相对码序列bn，然后再用相对码序列bn，进行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK已调信号。图2.2-7是绝对与相对码转换电路，即差分编码器电路。图2-7 差分编码器电路上面已对绝对移相作了分析，那么
30、相对移相的含义是什么？所谓相对移相，就是利用载波相位的相对值来传递信息，也就是利用前后码元载波相位的相对变化来传递信息，所以也称为“差分移相”。“绝对移相”的原理提出还是比较早的，然而由于技术实现上的困难，一直未能在实际系统中推广应用，只是后来提出了“相对移相”后，才使移相键控付诸于实现。理论分析和实际试验证明：在恒参信道下，移相键控比振幅键控、频率键控，不但具有较高的抗干扰性能，而且可更经济有效地利用频带。所以说它是一种比较优越的调制方式，因而在实际中得到广泛的应用。在绝对相移方式，由于发端是以两个可能出现的相位之中一个相位作基准的。因而在收端也必须有这样一个相同的基准相位作参考，如果这个参考相位发生变化（0相变相或相变0相），则恢复的数字信息就会发生0变1或1变0，从而造成错误的恢复。在实际通信时参考基准相位的随机跳变是可能发生的，而且在通信过程中不易被发现。如，由于某各种突然的骚动，系统中的触发器可能发生状态的转移，锁相环路稳定状态也可能发生转移，等等，出现这种可能时，采用绝对移相就会使接收端恢复的数据极性相反。如果这时传输的是经增量调制的编码后话音数字信号，则并不影
