通信原理实验指导书++(凌特修改)Word格式文档下载.doc
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包含以下五部分:
1)时钟信号产生电路
将晶振产生的32.768MHZ时钟送入CPLD内计数器进行分频,生成实验所需的时钟信号。
通过拨码开关S4和S5来改变时钟频率。
有两组时钟输出,输出点为“CLK1”和“CLK2”,S4控制“CLK1”输出时钟的频率,S5控制“CLK2”输出时钟的频率。
2)伪随机序列产生电路
通常产生伪随机序列的电路为一反馈移存器。
它又可分为线性反馈移存器和非线性反馈移存器两类。
由线性反馈移存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移存器序列,通常简称为m序列。
以15位m序列为例,说明m序列产生原理。
在图1-1中示出一个4级反馈移存器。
若其初始状态为()=(1,1,1,1),则在移位一次时和模2相加产生新的输入,新的状态变为()=(0,1,1,1),这样移位15次后又回到初始状态(1,1,1,1)。
不难看出,若初始状态为全“0”,即“0,0,0,0”,则移位后得到的仍然为全“0”状态。
这就意味着在这种反馈寄存器中应避免出现全“0”状态,不然移位寄存器的状态将不会改变。
因为4级移存器共有24=16种可能的不同状态。
除全“0”状态外,剩下15种状态可用,即由任何4级反馈移存器产生的序列的周期最长为15。
图1-115位m序列产生
信号源产生一个15位的m序列,由“PN”端口输出,可根据需要生成不同频率的伪随机码,码型为111100010011010,频率由S4控制,对应关系如表1-2所示。
3)帧同步信号产生电路
信号源产生8K帧同步信号,用作脉冲编码调制的帧同步输入,由“FS”输出。
4)NRZ码复用电路以及码选信号产生电路
码选信号产生电路:
主要用于8选1电路的码选信号;
NRZ码复用电路:
将三路八位串行信号送入CPLD,进行固定速率时分复用,复用输出一路24位NRZ码,输出端口为“NRZ”,码速率由拨码开关S5控制,对应关系见表1-2。
5)终端接收解复用电路
将NRZ码(从“NRZIN”输入)、位同步时钟(从“BS”输入)和帧同步信号(从“FSIN”输入)送入CPLD,进行解复用,将串行码转换为并行码,输出到终端光条(U6和U4)显示。
2、24位NRZ码产生电路
本单元产生NRZ信号,信号速率根据输入时钟不同自行选择,帧结构如图1-2所示。
帧长为24位,其中首位无定义(本实验系统将首位固定为0),第2位到第8位是帧同步码(7位巴克码1110010),另外16位为2路数据信号,每路8位。
此NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号。
光条(U1、U2和U3)对应位亮状态表示信号1,灭状态表示信号0。
图1-2帧结构
1)并行码产生器
由手动拨码开关S1、S2、S3控制产生帧同步码和16路数据位,每组发光二极管的前八位对应8个数据位。
拨码开关拨上为1,拨下为0。
2)八选一电路
采用8路数据选择器74LS151,其管脚定义如图1-3所示。
真值表如表1-1所示。
表1-174LS151真值表
C
B
A
STR
Y
L
D0
H
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
×
图1-374LS151管脚定义
74LS151为互补输出的8选1数据选择器,数据选择端(地址端)为C、B、A,按二进制译码,从8个输入数据D0~D7中选择一个需要的数据。
STR为选通端,低电平有效。
本信号源采用三组8选1电路,U12,U13,U15的地址信号输入端A、B、C分别接CPLD输出的74151_A、74151_B、74151_C信号,它们的8个数据信号输入端D0~D7分别与S1,S2,S3输出的8个并行信号相连。
由表1-1可以分析出U12,U13,U15输出信号都是以8位为周期的串行信号。
五、测试点说明
CLK1:
第一组时钟信号输出端口,通过拨码开关S4选择频率。
CLK2:
第二组时钟信号输出端口,通过拨码开关S5选择频率。
FS:
脉冲编码调制的帧同步信号输出端口。
(窄脉冲,频率为8K)
NRZ:
24位NRZ信号输出端口,码型由拨码开关S1,S2,S3控制,码速率和第二组时钟速率相同,由S5控制。
PN:
伪随机序列输出,码型为111100010011010,码速率和第一组时钟速率相同,由S4控制。
NRZIN:
解码后NRZ码输入。
BS:
NRZ码解复用时的位同步信号输入。
FSIN:
NRZ码解复用时的帧同步信号输入。
六、实验步骤
1、打开信号源模块的电源开关POWER1,使信号源模块工作。
2、观测时钟信号输出波形。
信号源输出两组时钟信号,对应输出点为“CLK1”和“CLK2”,拨码开关S4的作用是改变第一组时钟“CLK1”的输出频率,拨码开关S5的作用是改变第二组时钟“CLK2”的输出频率。
拨码开关拨上为1,拨下为0,拨码开关和时钟的对应关系如下表所示
表1-2
拨码开关
时钟
0000
32.768M
1000
128K
0001
16.384M
1001
64K
0010
8.192M
1010
32K
0011
4.096M
1011
16K
0100
2.048M
1100
8K
0101
1.024M
1101
4K
0110
512K
1110
2K
0111
256K
1111
1K
1)根据表1-2改变S4,用示波器观测第一组时钟信号“CLK1”的输出波形;
2)根据表1-2改变S5,用示波器观测第二组时钟信号“CLK2”的输出波形。
3、用示波器观测帧同步信号输出波形
信号源提供脉冲编码调制的帧同步信号,在点“FS”输出,一般时钟设置为2.048M、256K,在后面的实验中有用到。
将拨码开关S4分别设置为“0100”、“0111”或别的数字,用示波器观测“FS”的输出波形。
4、用示波器观测伪随机信号输出波形
伪随机信号码型为111100010011010,码速率和第一组时钟速率相同,由S4控制。
根据表1-2改变S4,用示波器观测“PN”的输出波形。
5、观测NRZ码输出波形
信号源提供24位NRZ码,码型由拨码开关S1,S2,S3控制,码速率和第二组时钟速率相同,由S5控制。
1)将拨码开关S1,S2,S3设置为“011100101100110010101010”,S5设为“1010”,用示波器观测“NRZ”输出波形。
`
2)保持码型不变,改变码速率(改变S5设置值),用示波器观测“NRZ”输出波形。
3)保持码速率不变,改变码型(改变S1、S2、S3设置值),用示波器观测“NRZ”输出波形。
七、实验报告要求
1、分析各种时钟信号及数字信号产生的方法,叙述其功用。
2、画出各种时钟信号及数字信号的波形。
3、记录实验过程中遇到的问题并进行分析,提出改进建议。
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数字信号产生及终端显示电路
第95页共95页
实验二模拟信号源实验
一、实验目的
1、熟悉各种模拟信号的产生方法及其用途。
2、观察分析各种模拟信号波形的特点。
二、实验内容
1、测量并分析各测量点波形及数据。
2、熟悉几种模拟信号的产生方法,了解信号的来源、变换过程和使用方法。
三、实验器材
1、信号源模块一块
2、连接线若干
3、20M双踪示波器一台
四、实验原理
模拟信号源电路用来产生实验所需的各种低频信号:
同步正弦波信号、非同步信号和音乐信号。
(一)同步信号源(同步正弦波发生器)
1、功用
同步信号源用来产生与编码数字信号同步的2KHz正弦波信号,可用在PAM抽样定理、增量调制、PCM编码实验,作为模拟输入信号。
在没有数字存贮示波器的条件下,用它作为编码实验的输入信号,可在普通示波器上观察到稳定的编码数字信号波形。
2、电路原理
图2-1为同步正弦信号发生器的电路图。
它由2KHz方波信号产生器(图中省略了)、同相放大器和低通滤波器三部分组成。
图2-1同步正弦波产生电路
2KHz的方波信号由CPLD可编程器件U8内的逻辑电路通过编程产生。
“2K同步正弦波”为其测量点。
U19A及周边的电阻组成一个的同相放大电路,起到隔离和放大作用,。
U19C及周边的阻容网络组成一个截止频率为2K的二阶低通滤波器,滤除方波信号里的高次谐波和杂波,得到正弦波信号。
调节W1改变同相放大器的放大增益,从而改变输出正弦波的幅度(0~5V)。
(二)非同步信号源
非同步信号源利用混合信号SoC型8位单片机C8051F330,采用DDS(直接数字频率合成)技术产生。
通过波形选择器S6选择输出波形,对应发光二极管亮。
它可产生频率为180Hz~18KHz的正弦波、180Hz~10KHz的三角波和250Hz~250KHz的方波信号。
按键S7、S8分别可对各波形频率进行增减调整。
非同步信号输出幅度为0~4V,通过调节W4改变输出信号幅度。
可利用它定性地观察通信话路的频率特性,同时用作增量调制、脉冲编码调制实验的模拟输入信号。
图2-2非同步信号发生器电路图
(三)音乐信号产生电路
1、功用
音乐信号产生电路用来产生音乐信号,作模拟输入信号检查话音信道的开通情况及通话质量。
2、工作原理
图2-3音乐信号产生电路
音乐信号产生电路见图2-3。
音乐信号由U21音乐片厚膜集成电路产生。
该片的1脚为电源端,2脚为控制端,3脚为输出端,4脚为公共地端。
VCC经R34、D4向U21的1脚提供3.3V电源电压,当2脚通过K1输入控制电压+3.3V时,音乐片即有音乐信号从第3脚输出,经低通滤波器输出,输出端口为“音乐输出”
(四)载波产生电路
载波产生电路用来产生数字调制所需的正弦波信号,频率有64KHz和128KHz两种。
64K载波产生电路如图2-4所示,128K载波产生电路如图2-5所示
64KHz(128KHz)的方波信号由CPLD可编程器件U8内的逻辑电路通过编程产生。
“64K同步正弦波”(“64K”同步正弦波)为其测量点。
U17A(U18A)及周边的电阻组成一个的同相放大电路,起到隔离和放大作用。
U17D(U18D)及周边的阻容网络组成一个截止频率为64K(128KHz)的二阶低通滤波器,滤除方波信号里的高次谐波和杂波,得到正弦波信号。
调节W2(W3)改变同相放大器的放大增益,从而改变输出正弦波的幅度(0~5V)。
图2-464K载波产生电路
图2-5128K载波产生电路
五、测试点说明
2K同步正弦波:
2K的正弦波信号输出端口,幅度(0~5V)由W1调节。
64K同步正弦波:
64K的正弦波信号输出端口,幅度(0~5V)由W2调节。
128K同步正弦波:
128K的正弦波信号输出端口,幅度(0~5V)由W3调节。
非同步信号源:
普通正弦波、三角波和方波信号输出端口,波形由S6选择,频率由S7、S8调节,幅度(0~4V)由W4调节。
音乐输出:
音乐片输出端口。
音频信号输入:
音频功放输入端口(功放输出信号幅度由W6调节)。
K1:
音乐片信号选择开关。
K2:
扬声器输出选择开关。
W6:
调节扬声器音量。
六、实验步骤
1、用示波器测量“2K同步正弦波”、“64K同步正弦波”、“128K同步正弦波”各点输出的正弦波波形,对应的电位器W1,W2,W3可分别改变各正弦波的幅度。
2、用示波器测量“非同步信号源”输出波形。
1)按键S6选择为“正弦波”,改变W4,调节信号幅度(调节范围为0~4V),用示波器观察输出波形。
2)保持信号幅度为3V,改变S7、S8,调节信号频率(调节范围为180Hz~18KHz),用示波器观察输出波形。
3)将波形分别选择为三角波、方波,重复上面两个步骤。
3、将控制开关K1设为“ON”,令音乐片加上控制信号,产生音乐信号输出,用示波器在“音乐输出”端口观察音乐信号输出波形。
七、实验报告要求
1、画出各测量点波形,并进行分析。
2、画出各模拟信号源的电路组成方框图,叙述其工作原理。
实验三抽样定理和PAM调制解调实验
1、通过脉冲幅度调制实验,使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。
2、通过对电路组成、波形和所测数据的分析,加深理解这种调制方式的优缺点。
1、观察模拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号,并注意观察它们之间的相互关系及特点。
2、改变模拟输入信号或抽样时钟的频率,多次观察波形。
1、信号源模块一块
2、①号模块一块
3、20M双踪示波器一台
4、连接线若干
(一)基本原理
1、抽样定理
抽样定理表明:
一个频带限制在(0,)内的时间连续信号,如果以T≤秒的间隔对它进行等间隔抽样,则将被所得到的抽样值完全确定。
假定将信号和周期为T的冲激函数相乘,如图3-1所示。
乘积便是均匀间隔为T秒的冲激序列,这些冲激序列的强度等于相应瞬时上的值,它表示对函数的抽样。
若用表示此抽样函数,则有:
图3-1抽样与恢复
假设、和的频谱分别为、和。
按照频率卷积定理,的傅立叶变换是和的卷积:
因为
所以
由卷积关系,上式可写成
该式表明,已抽样信号的频谱是无穷多个间隔为ωs的相迭加而成。
这就意味着中包含的全部信息。
需要注意,若抽样间隔T变得大于,则和的卷积在相邻的周期内存在重叠(亦称混叠),因此不能由恢复。
可见,是抽样的最大间隔,它被称为奈奎斯特间隔。
上面讨论了低通型连续信号的抽样。
如果连续信号的频带不是限于0与之间,而是限制在(信号的最低频率)与(信号的最高频率)之间(带通型连续信号),那么,其抽样频率并不要求达到,而是达到2B即可,即要求抽样频率为带通信号带宽的两倍。
图3-2画出抽样频率≥2B(无混叠)和<2B(有混叠)时两种情况下冲激抽样信号的频谱。
(a)连续信号的频谱
1
0
(b)高抽样频率时的抽样信号及频谱(无混叠)
(c)低抽样频率时的抽样信号及频谱(混叠)
图3-2采用不同抽样频率时抽样信号的频谱
2、脉冲振幅调制(PAM)
所谓脉冲振幅调制,即是脉冲载波的幅度随输入信号变化的一种调制方式。
如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的,则前面所说的抽样定理,就是脉冲增幅调制的原理。
但是实际上真正的冲激脉冲串并不能付之实现,而通常只能采用窄脉冲串来实现。
因而,研究窄脉冲作为脉冲载波的PAM方式,将具有实际意义。
图3-3自然抽样及平顶抽样波形
PAM方式有两种:
自然抽样和平顶抽样。
自然抽样又称为“曲顶”抽样,已抽样信号ms(t)的脉冲“顶部”是随m(t)变化的,即在顶部保持了m(t)变化的规律(如图3-3所示)。
平顶抽样所得的已抽样信号如图3-3所示,这里每一抽样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值,但其形状都相同。
在实际中,平顶抽样的PAM信号常常采用保持电路来实现,得到的脉冲为矩形脉冲。
(二)电路组成
脉冲幅度调制实验系统如图3-4所示,主要由抽样保持芯片LF398和解调滤波电路两部分组成,电路原理图如图3-5所示。
图3-4脉冲振幅调制电路原理框图
图3-5脉冲幅度调制电路原理图
(三)实验电路工作原理
1、PAM调制电路
如图3-5所示,LF398是一个专用的采样保持芯片,它具有很高的直流精度和较高的采样速率,器件的动态性能和保持性能可以通过合适的外接保持电容达到最佳。
LF398的内部结构如图3-6所示;
图3-6LF398的内部电路结构
N1是输入缓冲放大器,N2是高输入阻抗射极输出器。
S为逻辑控制采样/保持开关,当S接通时,开始采样;
当S断开时,开始保持。
LF398的引脚功能为:
3、12脚:
正负电源输入端。
1脚:
Vi,模拟电压输入端。
11脚:
MCTR,逻辑控制输入端,高电平为采样,低电平为保持。
10脚:
MREF,逻辑控制电平参考端,一般接地。
8脚:
HOC,采样/保持电容接入端。
7脚:
OUT,采样/保持输出端。
如图3-5所示,被抽样信号从PAM-SIN输入,进入LF398的1脚Vi端,经内部输入缓冲放大器N1放大后送到模拟开关S,此时,将抽样脉冲作为S的控制信号,当LF398的11脚MCTR端为高电平时开关接通,为低电平时开关断开。
然后经过射极输出器N2输出比较理想的脉冲幅度调制信号。
K1为“平顶抽样”、“自然抽样”选择开关。
2、PAM解调与滤波电路
解调滤波电路由集成运放电路TL084组成。
组成了一个二阶有源低通滤波器,其截止频率设计在3.4KHz左右,因为该滤波器有着解调的作用,因此它的质量好坏直接影响着系统的工作状态。
该电路还在后续实验接收部分有用到。
电路如图3-7所示
图3-7PAM解调滤波电路
1、输入点参考说明
PAM-SIN:
音频信号输入端口
PAMCLK:
抽样时钟信号输入端口
IN:
PAM解调滤波电路输入端口
2、输出点说明
自然抽样输出:
自然抽样信号输出端口
平顶抽样输出:
平顶抽样信号输出端口
OUT:
PAM解调滤波输出端口
六、实验步骤及注意事项
1、将信号源模块、模块1固定在主机箱上,将黑色塑封螺钉拧紧,确保电源接触良好。
2、插上电源线,打开主机箱右侧的交流开关,将信号源模块和模块1的电源开关拨下,观察指示灯是否点亮,红灯为+5V电源指示灯,绿灯为-12V电源指示灯,黄色为+12V电源指示灯。
(注意,此处只是验证通电是否成功,在实验中均是先连线,再打开电源做实验,不要带电连线)。
3、观测PAM自然抽样波形
1)用示波器观测信号源“2K同步正弦波”输出,调节W1改变输出信号幅度,使输出信号峰-峰值在4V左右。
2)将信号源上S4设为“1010”,使“CLK1”输出32K时钟。
3)将模块1上K1选到“自然”。
4)关闭电源,按如下方式连线
源端口
目标端口
连线说明
信号源:
“2K同步正弦波”
模块1:
“PAM-SIN”
提供被抽样信号
“CLK1”
“PAMCLK”
提供抽样时钟
*检查连线是否正确,检查无误后打开电源
5)用示波器在“自然抽样输出”处观察PAM自然抽样波形。
4、观测PAM平顶抽样波形
a)用示波器观测信号源“2K同步正弦波”输出,调节W1改变输出信号幅度,使输出信号峰-峰值在4V左右。
b)将信号源上S1、S2、S3依次设为“10000000”、“10000000”、“10000000”,将S5拨为“1000”,使“NRZ”输出速率为128K,抽样频率为:
NRZ频率/8(实验中的电路,NRZ为“1”时抽样,为“0”时保持。
在平顶抽样中,抽样脉冲为窄脉冲)。
c)将K1设为“平顶”。
关闭电源,按下列方式进行连线。
“2K同步正弦波
模块1:
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