1、三、实验基本原理及电路中央处理控制器单元电路方框图如图6-1所示，它由AT89C51单片机，显示接口电路、数字接口电路，模拟接口电路与键盘电路等五个部分组成。该控制单元是综合实验系统中的中心控制部分，它控制着其他各部分实验电路的工作，采用MCS-51单片机技术对全系统实验集中管理与控制，学生上机作某项实验或综合实验时，通过键进行操作，可选择各种方式的实验，通过发光管指示，可了解实验系统的工作状态。 从实验系统的输入键盘可看出，共有12个功能键，其中“脉冲波”、“方波”、“CMI”、“PN”、“数字电话”、“PCM” 键为数字信号功能键。在做数字信号光传输实验时，用此6个功能，若再做数字信号与模
2、拟信号的光传输实验时，则再加上“三角波”、“正弦波”、“外输入”、“模拟电话”4个模拟信号功能键。具体操作为：若做数字电话光传输实验时，则按一下“数字电话”键后，再按下“确认”键，这时，CPU接通与数字电话有关的数字电路、光发系统与光收系统等单元电路。实验结束后，再按一下“复位”键，使系统复位重新启动。四、实验内容及步骤内容： 1. 熟悉CPU单元电路模块工作过程。2. 熟悉CPU单元电路对实验系统的管理与控制。3. 熟悉键盘的功能键和操作方法。4. 测量并分析TP101、TP102、TP103、TP104、TP105、TP107、TP109、TP110各测量点波形及数据。步骤：1.接好电源，
3、打开交流电源，打开开关K1、K2，发光管D5-D14循环发亮，使电路开始工作。按下复位键使系统复位，便于程序重新开始工作。2.用示波器测量AT89C51单片机的工作状态。GND为接地点，测量各点波形时示波器应接地，示波器探头的地线与GND要保持接触良好。 TP1：TP1为晶振输出端即AT89C51单片机的18引脚，f=12MHz。 若有波形，则AT89C51单片机工作正常。 若没有波形，则AT89C51单片机工作不正常。 TP2：TP2为晶振输出端即AT89C51单片机的ALE信号，即30引脚。 若有波形，则AT89C51单片机与接口电路工作正常。 若没有波形，则AT89C51单片机与接口电路
4、工作不正常。各测量点波形如下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TP104：8KHz的窄脉冲信号，作为PCM编译码电路的帧同步信号和脉冲波产生电路的波形。TP105：2KHz或1KHz的方波信号，作为正弦波产生电路的输入信号。TP107：8KHz或4KHz的方波信号，作为三角波产生电路的输入信号。TP109：64KHz的方波信号。TP110：伪随机码产生电路输出波形，码型为000011101100101。3.用示波器测出测量点TP1、TP2的波形，并对测量点的波形加以分析。4.用万用
5、表测量直流电压值，其测量点为TP3、TP4、TP5、TP6,并做记录。5.关掉K1、K2开关，关闭交流电源，拔下交流电源插头。五、实验要求 （1）分析CPU中央处理控制器单元方框图的工作原理，叙述其工作过程。 （2）根据实验测试记录，写出分析的结果与实测的是否一致，画出各测量点正常工作时的波形。 （3）依据实验结果分析存在的偏差或误差。六、实验思考题试一试能否写出该实验系统的软件程序流程图？实验二 码型变换综合设计实验 l.了解光纤通信采用的线路码型2.掌握CMI码的特点3.了解CMI的编解码实现方法CMI码即为传号翻转码，“1”交替地用“00”和“11”表示，而“0”则固定用“01”表示，因
6、此1bit变为2bit，故属于二电平的NRZ的1B2B码型，这种码的特点是有一定的纠错能力，易于实现，易于定时提取，因此在低速系统中选为传输码型，图71 为CMI码与NRZ的关系 a、编码部分编码电路接收来自信号源的单极性非归零码（NRZ）码，并把这种码型变换为CMI码送至光发送单元，本实验中CMI编码电路的设计思路是利用并串变换电路来产生CMI码，即分别产生CMI传号码和空号码，再按照输入单极性信码的电平高低来选通传号码或空号码，用合路器把两者串行输出成为CMI码。编码后用两位码来代表一位码，并行码变成串行码，其码速增加了一倍。编码电路的组成方框图如图7-2所示。它由时钟分频器和01码产生器
7、U102：B、控制电路U113：A、传号翻转电路U115：A、传号开关电路U114：B、空号开关电路U114：A、合成电路U116：A、输出电路U113：B七部分组成。 时钟分频器将64KHz的时钟分成同相的和反相的两路32KHz时钟，同相时钟供给控制电路，反相时钟供给翻转电路，并作为输出空号“01”码的信号源。控制电路监测输入信号，如果是传号则接通传号开关电路，是空号则接通空号开关电路。传号翻转电路是一个用反相时钟下降沿触发的JK触发器，当JK端同时输入高电平时，它输出端的电平就会在时钟下降沿触发时翻转一次。利用此功能它监测信码的传号与空号，来一个传号就将Q端的电平翻转一次，当Q端为高电平时
8、输出“11”码，低电平时输出“00”；来空号时Q端电平不翻转。两个开关电路分别控制传号码、空号码的输出。合成电路将两路输入信号合成一路输出。输出电路也是一个移位寄存器，用64KHz时钟的上升沿触发，采样后使输出信码与输入信码的相位一致，它同时给输出信码整形，使脉冲顶部平整，上升沿和下降沿陡峭，除去各个逻辑器件由于时序的不一致而引起输出信号产生的“毛刺”（叠加在输出信号上的尖脉冲）。 当一序列32Kb/s的单极性的信码进入编码电路后，同时送到控制电路与传号翻转电路检测，输入信码若是一个传号，则从U114：B输出一组“00”（或“11”）码；如果再来一个传号则是“11”（或“00”）码，以后轮流变
9、化；若是一个空号，则从U114：A输出一组“01”码。两路信码合成后经U113：B采样移存，输出一序列的64Kb/s的CMI码。 b、解码部分 CMI解码器接收光接收器送来的CMI码，把这种码型变换为单极性非归零码。CMI解码器的组成方框图、电原理图如图7-5、图7-6所示。它的设计思路是采用串并变换电路把串行码变成并行码，即把CMI码的每一组00、11、获01码中的奇数码与偶数码分离开来，变成奇偶分列的、时序一致的码序列，再用判决电路逐一加以比较，判决输出传号还是空号，从而解出单极性信码。 CMI解码电路中，奇数码提取电路由U503：A、U503：B组成，它是两级移位寄存器，第一级用同相时钟
10、触发，第二级用反相时钟触发，使奇数码延迟了一个64Kb/s码元的时间，从而与偶数码同时出现于判决电路输入端。偶数码提取电路由U504：A组成，它是一级移位寄存器，用反相时钟触发。判决电路由异或门U505：A和反相器U506：A组成，异或门作逻辑比较器用，两个输入端电平相同时输出低电平，相反时输出高电平。反相器用来实现判决器所要求的逻辑关系，它将异或门输出信号反相，从而使判决器在奇偶数码相同时输出传号（高电平），相异时输出空号（低电平）。串并变换之后两位码变回一位码，码速也随之降低一半，从输入的64Kb/s恢复为输出的32Kb/s。当一序列64Kb/s的CMI码进入解码器后，奇数码经过两级移位寄
11、存器与只经过一级移位寄存器的偶数码同时到达判决电路，判决器根据CMI码的编解码规则解码，奇偶数码相同者判为传号、相反者判为空号，输出一序列32Kb/s的单极性码。实验思路（内容）：1. 了解光纤通信采用的线路码型及CMI码的特点2. 了解CMI码的编解码实现方法3. 分析CMI编解码器电路的各个测量点的波形4. 比较CLK时钟、NRZ码及CMI码的异同1.接好电源，打开交流电源，按下直流电源开关K1、K2，发光管D5-D14循环点亮，电路即正常工作。按下“复位”键令系统复位，使程序重新开始工作。2.按下“CMI”键后再按下“确认”键，向系统下达进行CMI编解码器实验的命令，并将K702跳线置于
12、CMI处。用CLK时钟送入NRZ码到CMI编码，用示波器测出编码电路测量点TP109、TP110、TP111、TP112、TP113、TP114和TP115的波形。测量各点波形时示波器应接地，示波器探头的接地线要与GND接地点保持接触良好。3.用示波器测出解码电路各测量点TP504、TP505、TP506、TP507的波形。4.关掉开关K1、K2，关闭交流电源，拔下电源插头。六、实验要求 （1）预习理论课上光纤通信采用的线路码型及CMI码的特点。 （2）对实验过程，记录编码部分TP110、TP111、TP112、TP113、TP114的波形和解码部分TP504、TO505、TP506、TP50
13、7的波形。 （3）说明综合性实验的原理、方案。七、实验思考题 1.为什么要进行线路编码，什么叫做线路码型，光纤能否传HDB3码？2.比较CLK时钟、NRZ码及CMI码的异同实验三 光纤发收系统综合设计实验l.了解光源的发光特性。2.掌握光发端机所完成的电光变换原理。3.了解模拟光发端机和数字光发端机的区别。1.数字光发送系统数字光发送系统由数字信号源、数字信号选择开关、数字接口电路、数字驱动电路和光发送模块五部分组成，如图8-1所示数字信号源提供8KHz脉冲波、16KHz方波、64Kb/sCMI码、32Kb/s15位PN码、PCM码和数字电话六种信号输入。数字信号选择开关采用8选1数字开关集成
14、电路74LS51。它的控制信号由CPU输出3位码送到ABC三个引脚，通过软件编程实现其工作模式。数字接口电路为电平转换器MC10116。它把TTL电平转换为ECL电平，以适应驱动电路的要求。数字驱动电路微一差分电路，它是一个电流源电路，用来把电压脉冲转换成电流脉冲去驱动半导体发光二极管。光发送模块把电流脉冲变成光脉冲注入光纤，完成对光载波的调制。2.模拟光发送系统模拟光发送系统由模拟信号源、模拟信号选择开关、模拟接口电路、模拟驱动电路和光发送模块五部分组成，如图8-2所示模拟信号源提供正弦波、三角波、外输入、模拟电话四种模拟信号。模拟信号选择开关采用4路模拟开关4066。其控制信号由CPU输出
15、，送到相对应的开关控制端，控制信号为高电平时，模拟开关接通，其输出波形可从TP404测量。模拟接口电路为一级射随器，用作阻抗匹配把高阻抗输入变成低阻抗输出，以适应模拟驱动电路的要求。模拟驱动电路为一级电流放大器，用来把电压控制信号变成电流控制信号去驱动半导体发光二极管。光发送模块把注入电流强度的变化转换成光强度的变化，实现对光载波的强度调制。3.光收发送系统方框图 光发送系统实验电路的方框图如图8-4所示， 数字信号光传输实验时，其测试点为TP401、TP402。 模拟信号光传输实验时，其测试点为TP404、TP405、TP406。 其波形测试点有TP701、TP702、TP703、TP704
16、。TP705为接收伪随机码输出，TP706为接收PCM信号输出。光接收电路方框图如图5-1所示。图5-1 光接收电路方框图4、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。 TP402、TP405的信号由自锁开关PC切换后送入高性能的半导体模块HFBR-1414T中，将电信号转换成光信号输出。1. 测量并分析数字光发送的波形及数据2. 测量并分析模拟光发送的波形及数据3. 对应光发送，试测
17、量光收端的波形及数据2.按下“数字电话”后“确认”，并将K702跳线置于“数字电话”处。按下自锁开关PA401接通数字信号光传输系统，用示波器观察发送端测量点TP201、TP202、TP203、TP204;TP401、TP402、TP406波形，并且记录TP401、TP402信号的幅度变化。再用示波器观察接收端测量点TP301、TP302、TP303、TP304;TP701、TP702、TP703、TP704、TP706波形。3.按下“PN”后“确认”，并将K702跳线置于“PN ”处。按下自锁开关PA401接通数字信号光传输系统，用示波器观察发送端测量点TP401、TP402、TP406波形
18、，并且记录TP401、TP402信号的幅度变化。再用示波器观察接收端测量点TP701、TP702、TP703、TP704、TP705波形。4.按下“方波”后“确认”，并将K702跳线置于“方波”处。按下自锁开关PA401断开数字信号光传输，用示波器观察发送端测量点TP401、TP402、TP406波形，并且记录TP401、TP402信号的幅度变化。再用示波器观察接收端测量点TP701、TP702、TP703、TP704波形。5. 按下“模拟电话”后“确认”，并将K702跳线置于“模拟电话”处。抬起自锁开关PA401接通数字信号光传输系统，用示波器观察发送端测量点TP201、TP205;TP40
19、3、TP404、TP405波形，并且记录TP404、TP405信号的幅度变化。再用示波器观察接收端测量点TP301、TP305;TP701、TP702、TP703、TP704波形。6. 按下“正弦波”后“确认”，并将K702跳线置于“正弦波”处。抬起自锁开关PA401接通数字信号光传输系统，用示波器观察发送端测量点TP403、TP404、TP405波形，并且记录TP404、TP405信号的幅度变化。实验提示：光发送模块有保护套，使用时逆时针旋松并拉出，注意旋转方向并保管好保护套，在实验做完后立即重新套上。各三端跳线设置：1-2为数字电话，2-3为模拟电话。五、参考实验接线图及实验结果 TP40
20、1为数字脉冲信号输入到光发端机的测试点，可为数字电话、方波、PCM码、PN码、CMI码。 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，可为方波、三角波、正弦波、模拟话 TP405为位驱动半导体光源的模拟信号 TP403 、TP406由自锁开关PA401切换后送光发送模块。 （1）预习理论课上光发送的电光变换原理。 （2）对实验过程，记录光发端TP401、TP402、TP406、TP403、TP404、TP405及接收端 TP701、TP702、TP703、TP704、TP705的波形。比较数字信号发送端与模拟信号发端机的区别。实验五 PCM编码光传输系统
21、综合设计实验 l.通过电话接入话音信号掌握电话通信经过光纤信道的全过程。2.了解话音质量的高低与系统的哪些指标有关。 1、光纤通信实验箱一个4、电话机两个1.话音信号经过PCM编码后送入光发送端机，经光纤信道传输再由光接收端机完成光电转换和信号恢复，再送到PCM解码电路恢复成原始话音信号，框图如图10-1所示2.话音信号先经防混叠低通滤波器，进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用四舍五入的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。如图10-2所示，对于电话，CCITT规定抽样频率为8KHz,每抽样值编8位码，即共
22、有2=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64Kb/s。实验电路中，用户模块为U201、U301，其型号为SJ0612，PCM编译码电路选用集成电路TP3067，标号为U202、U302，电话机从A201、A301接入，摘机时发光二极管D201、D301亮，挂机时不亮。1. 熟悉光传输系统电话通信全过程2. 了解电话通信过程中的PCM编解码3. 观察并分析通话过程中的话音信号波形及其影响因素2.分别从A201、A301处接好电话机，按下“PCM”后“确认”，并将K702跳线置于“PCM”处。用示波器测出语音信号输出TP201、TP301，帧同步信号TP202、TP302的波形。
23、GND为接地点，测量各点波形时示波器应接地。3.用示波器测出PCM编码的数字信号输出TP203、TP303的波形。4.用示波器测出PCM译码的数字信号输入TO204、TP304的波形，观察它与TP203、TP303是否一致、有无失真。5.用示波器测出语音信号模拟输入TP205、TP305的波形，观察其与初始信号是否相同，评估话音传输的质量。6.关掉开关，关闭交流电源，把下交流电源插头。 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。 （1）预习光传输系统电话通信全过程。 （2）对实验过程，记录TP201、TP301、TP202、TP302、TP203、TP303、TP204、TP304、TP205、TP305的波形。 影响话音信号的因素有哪些？
