通信原理实验指导书@0821.doc

目目 录录 第一章第一章 信号源实验信号源实验 1 实验一 CPLD 可编程数字信号发生器实验 1 实验二 模拟信号源实验 6 第二章第二章 语音编码技术语音编码技术 12 实验三 抽样定理和 PAM 调制解调实验 12 实验四 增量调制编译码系统实验 20 实验五 脉冲编码调制解调实验 36 实验六 ADPCM 编译码实验 50 第三章第三章 锁相环实验锁相环实验 61 实验七 模拟锁相环实验（选做）61 实验八 数字频率合成实验（选做）73 第四章第四章 数字调制与差错控制技术数字调制与差错控制技术 77 实验九 振幅键控（ASK）调制与解调实验 77 实验十 移频键控 FSK 调制与解调实验 83 实验十一 移相键控（PSK/DPSK）调制与解调实验 89 实验十二 QPSK/OQPSK 调制与解调实验（选做）97 实验十三 矢量调制星座图实验（选做）105 实验十四 汉明码编译码实验（选做）109 第五章第五章 数字基带传输技术数字基带传输技术 114 实验十五 码型变换实验 114 实验十六 眼图实验 121 第六章第六章 同步技术同步技术 124 实验十七 载波同步提取实验 124 实验十八 位同步提取实验 130 实验十九 帧同步提取实验 139 第七章第七章 时分复用技术时分复用技术 148 实验二十 两路 PCM 时分复用实验 148 实验二十一 两路 PCM 解复用实验 154 实验二十二 计算机数据通信实验 157 第八章第八章 信道模拟信道模拟 174 实验二十三 眼图观测实验（选做）174 实验二十四 数字信号的最佳接收实验（选做）177 实验二十五 信道模拟实验（选做）181 第第九九章章 系统实验系统实验 184 实验二十六 载波传输系统实验 184 实验二十七 数字基带传输系统实验 186 实验二十八 两路话音两路计算机数据综合传输系统实验 188 第第十十章章 二次开发实验二次开发实验 191 实验二十九 分频器实验 191 实验三十 PN 序列产生实验 194 实验三十一 AMI 编码实验 197 实验三十二 AMI 译码实验 200 实验三十三 HDB3 编码实验 202 实验三十四 HDB3 译码实验 205 实验三十五 CMI 编码实验 207 实验三十六 CMI 译码实验 209 第十一第十一章章 模拟调制实验（选做）模拟调制实验（选做）211 实验三十七 调幅及同步检波实验 211 实验三十八 调频及正交鉴频实验 219 第一章第一章 信号源实验信号源实验 实验一实验一 CPLD 可编程数字信号发生器实验可编程数字信号发生器实验 一、一、实验目的实验目的 1、熟悉各种时钟信号的特点及波形。2、熟悉各种数字信号的特点及波形。二、二、实验内容实验内容 1、熟悉 CPLD 可编程信号发生器各测量点波形。2、测量并分析各测量点波形及数据。3、学习 CPLD 可编程器件的编程操作。三、三、实验器材实验器材 1、信号源模块 一块 2、连接线 若干 3、20M 双踪示波器 一台 四、四、实验原理实验原理 CPLD 可编程模块用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和各种数字信号。它由 CPLD可编程器件 ALTERA 公司的 EPM240T100C5、下载接口电路和一块晶振组成。晶振 JZ1 用来产生系统内的 32.768MHz 主时钟。1、CPLD 数字信号发生器 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（0123,aaaa）（1,1,1,1），则在移位一次时1a和0a模 2 相加产生新的输入4110a ，新的状态变为（1234,aaaa）（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。a3a2a1a0+?图 1-1 15 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。1 1 1 0 0 1 0 无定义位帧同步码数据1数据2 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 1-1 74LS151 真值表 C B A STR Y L L L L D0 L L H L D1 L H L L D2 L H H L D3 H L L L D4 H L H L D5 H H L L D6 H H H L D7 H L 图 1-3 74LS151 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 D0D7 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D0D7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、五、测试点说明测试点说明 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、六、实验步骤实验步骤 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 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“01110010 11001100 10101010”，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、七、实验报告要求实验报告要求 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。实验二实验二 模拟信号源实验模拟信号源实验 一、实验目的一、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、实验器三、实验器材材 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（一）同步信号源（同步正弦波发生器）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。C25333321411U19ATL0841098U19CTL084R1920KC35472W1100K2K1TP32KC7104C19104C14104+12V-12VR76k8R106k8R96k8R1510kTH1TH 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（05V）。（二）非同步信号源（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180Hz18KHz 的正弦波、180Hz10KHz 的三角波和 250Hz250KHz 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 04V，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。32184U10ATL082C4104-12V+12VC31041TP4非 同 步 信 号调 节 幅 度TH8TH32184U11ATL082R61100W4100KS6SW-PBS7SW-PBS8SW-PBR3010KR6015KC38330PC41100P567U10BTL082C40330PR2722KR2827KR2910KR3347KC26104C24104+12V-12VC37330PP0.31P0.22P0.13P0.04GND5VDD6RST/C2CK7P2.0/C2D8P1.79P0.420P0.519P0.618P0.717P1.016P1.115P1.214P1.313P1.412P1.511P1.610U5C8051F3303.3VR596203.3VC2CKC2DC33104C30104C43100uD9LEDD10LEDD11LEDR77330R78330R80330R76100R74100R73100波 形 选 择频 率 +频 率 -567U11BTL082R8310KR823.3KselR811KX013X114X215X312X41X55X62X74INH6A11B10C9VEE7X3VCC16GND8U14CD4051sel+12V567U20BTL082R8710KR853.3KR211K567U9BTL082+12V-12VC42330PR8415KR716.8KR233.3KC44200PR2510K32184U9ATL082sel132184U20ATL082R8810KR863.3KR221Ksel1+12V-12V 图 2-2 非同步信号发生器电路图（三）音乐信号产生电路（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 D43.3VR34100E410uF/16V1234U21K13PIN1TP10MUSICVCCTH7THC6104C9104+12V-12V32184U7AR4751kR524k7R56100kC10153R628k2R4010k567U7BC22682C11102C20222 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（四）载波产生电路 1、功用 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。2、工作原理 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（05V）。321411U17ATL084C31104W250KR1451KR2447K121314U17DTL0841TP164KC21470pfC28200pfR354k7R3110K64kC18104C15104C39102R547k+12V-12VTH2TH 图 2-4 64K 载波产生电路 321411U18ATL084C32104W350KR1651KR2639k121314U18DTL0841TP2128KC23330pfC29100pfR363k3R328k2128kC2104C12104C17470pfR7239k+12V-12VTH3TH 图 2-5 128K 载波产生电路 五、测试点说明五、测试点说明 2K 同步正弦波：2K 的正弦波信号输出端口，幅度（05V）由 W1 调节。64K 同步正弦波：64K 的正弦波信号输出端口，幅度（05V）由 W2 调节。128K 同步正弦波：128K 的正弦波信号输出端口，幅度（05V）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(04V)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 04V），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 180Hz18KHz），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。3、记录实验过程中遇到的问题并进行分析，提出改进建议。第二章第二章 语音编码技术语音编码技术 实验三实验三 抽样定理和抽样定理和 PAM 调制解调实验调制解调实验 一、一、实验目的实验目的 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。二、二、实验内容实验内容 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。三、三、实验实验器材器材 1、信号源模块 一块 2、号模块 一块 3、20M 双踪示波器 一台 4、连接线 若干 四、四、实验原理实验原理（一）基本原理（一）基本原理 1、抽样定理 抽样定理表明：一个频带限制在（0，Hf）内的时间连续信号()m t，如果以 THf21秒的间隔对它进行等间隔抽样，则()m t将被所得到的抽样值完全确定。假定将信号()m t和周期为 T 的冲激函数）t(T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()m t的值，它表示对函数()m t的抽样。若用()mts表示此抽样函数，则有：()()()sTm tm tt 图 3-1 抽样与恢复 假设()m t、()Tt和()sm t的频谱分别为()M、()T和()sM。按照频率卷积定理，()m t()Tt的傅立叶变换是()M和()T的卷积：1()()()2sTMM 因为 2()TTsnnT Ts2 所以 1()()()sTsnMMnT 由卷积关系，上式可写成 1()()ssnMMnT 该式表明，已抽样信号()mts的频谱()Ms是无穷多个间隔为s的()M相迭加而成。这就意味着()Ms中包含()M的全部信息。需要注意，若抽样间隔 T 变得大于Hf21，则()M和()T的卷积在相邻的周期内存在重叠（亦称混叠），因此不能由()Ms恢复()M。可见，HfT21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Hf之间，而是限制在Lf（信号的最低频率）与Hf（信号的最高频率）之间（带通型连续信号），那么，其抽样频率sf并不要求达到Hf2，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sf2B（无混叠）和sf2B（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 （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。0 sT t()sf t m m s s ()sF 1 ST1 0 0 0 m m ()F t()f t 1 0 t ST1 m m s s ()sF 0 sT()sf t 自然抽样平顶抽样)(tm)(tT 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（二)电路组成电路组成 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。LF398N1话音输入模拟开关S自然抽样/平顶抽样选择抽样脉冲N2PAM解调 图 3-4 脉冲振幅调制电路原理框图 1TP2PAM-SIN1PAMCLK1PAM TH3THINPUT1NC2V-3NC4NC5NC6OUTPUT7Vos14NC13V+12LOGIC11LOGIC REF10NC9Ch8U2LF398E210uF/16VC1104C29104C31222R41KC20104+12V-12VR7104Y01Y22Yout3Y34Y15INH6VEE7VSS8B9A10X311X012Xout13X114X215VDD16U3CD4052VCCGNDGNDC2104E110uF/16V1PAM TH1THOUTPUTOUTPUTC4104VEED44.3VR9150-12VVEE平 顶 抽 样 输 出自 然 抽 样 输 出12U1A74LS04K1CLK-INCLK-IN 图 3-5 脉冲幅度调制电路原理图（三）实验电路工作原理（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；MCTRC1N1-+N2-+。30K150SViMREFLF398OUTHOCOFAD 图 3-6 LF398 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 R2910k1TP10IN E1010uF/16V321411U7ATL084567U7BTL084R393k3R448k2C21222C27223R3710kR3415k1TP11OUTTH14THR810kVCC1098U7CTL084121314U7DTL084+12V-12VC3512C28102C8222C22102C25222C7152R4110kW110KR4310kR4210k 图 3-7 PAM 解调滤波电路 五、五、测试点说明测试点说明 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、六、实验步骤及注意事项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 源端口源端口 目标端口目标端口 连线说明连线说明 信号源：“2K 同步正弦波”模块 1:“PAM-SIN”提供被抽样信号 信号源：“CLK1”模块 1:“PAMCLK”提供抽样时钟*检查连线是否正确，检查无误后打开电源检查连线是否正确，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。源端口源端口 目标端口目标端口 连线说明连线说明 信号源：“2K 同步正弦波 模块 1：“PAM-SIN”提供被抽样信号 信号源：“NRZ”模块 1：“PAMCLK”提供抽样脉冲 d)打开电源，用示波器在“平顶抽样输出”处观察平顶抽样波形。5、改变抽样时钟频率，观测自然抽样信号，验证抽样定理。6、观测解码后 PAM 波形与原信号的区别 1)步骤 3 的前 3 步不变,按如下方式连线 源端口源端口 目标端口目标端口 连线说明连线说明 信号源：“2K 同步正弦波”模块 1:“PAM-SIN”提供被抽样信号 信号源：“CLK1”模块 1:“PAMCLK”提供抽样时钟 模块 1:“自然抽样输出”模块 1:“IN”将 PAM 信号进行译码 2)将 K1 设为“自然”，用“PAM-SIN”信号做示波器的触发源，用双踪示波器对比观测“PAM-SIN”和“OUT”波形。7、将信号源产生的音乐信号输入到模块 1 的“PAM-SIN”，“自然抽样输出”和“IN”相连，PAM 解调信号输出到信号源上的“音频信号输入”，通过扬声器听语音，感性判断该系统对话音信号的传输质量。七、七、实实验思考题验思考题 1、简述平顶抽样和自然抽样的原理及实现方法。2、在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？3、造成系统失真的原因有哪些？4、为什么采用低通滤波器就可以完成 PAM 解调？八、八、实验报告要求实验报告要求 1、分析电路的工作原理，叙述其工作过程。2、绘出所做实验的电路、仪表连接调测图。并列出所测各点的波形、频率、电压等有关数据，对所测数据做简要分析说明。必要时借助于计算公式及推导。3、对实验思考题加以分析，按照要求作出回答。实验四实验四 增量调制编译码系统实验增量调制编译码系统实验 一、一、实验目的实验目的 1、掌握增量调制编译码的基本原理，并理解实验电路的工作过程。2、了解不同速率的编译码，以及低速率编译码时的输出波形。3、理解连续可变斜率增量调制系统的电路组成与基本工作原理。4、熟悉增量调制系统在不同工作频率、不同信号频率和不同信号幅度下跟踪输入信号的情况。二、二、实验内容实验内容 1、观察增量调制编码各点处的波形并记录下来。2、观察增量调制译码各点处的波形并记录下来。3、工作时钟可变时M 编译码比较实验。三、三、实验器材实验器材 1、信号源模块 一块 2、号模块 一块 3、20M 双踪示波器 一台 4、连接线 若干 四、四、实验原理实验原理 （一）（一）基本原理基本原理 增量调制简称为M，它是继 PCM 后出现的又一种模拟信号数字化方法。近年来在高速超大规模集成电路中用作DA/转换器。增量调制获得应用的主要原因是：1）在比特率较低时，增量调制的量化信噪比高于 PCM；2）增量调制的抗误码性能好。能工作于误比特率为 10-210-3的信道，而 PCM 则要求误比特率为 10-410-6；3）增量调制的编译码器比 PCM 简单。我们知道，一位二进制码只能代表两种状态，当然就不可能去表示抽样值的大小。可是，用一位码却可以表示相邻抽样值的相对大小，而相邻抽样值的相对变化将能同样反馈模拟信号的变化规律。为了证明这一点，我们通过下面的例子来说明。设一个频带受限的模拟信号如图 4-1 中的()m t所示，此模拟信号用一个阶梯波形()m t来逼近。在图中，若用二进制码的“1”代表()m t在给定时刻上升一个台阶，用“0”表示()m t下降一个台阶，则()m t就被一个二进制的序列所表征。图 4-1 增量调制波形示意图 一个简单的M系统组成如图 4-2 所示。它由相减器、判决器、本地译码器、积分器、抽样脉冲产生器及低通滤波器组成。本地译码器实际为一脉冲发生器和积分器，它与接收端的译码器完全相同。图 4-2 M系统组成框图 其工作过程如下：消息信号()m t与来自积分器的信号()m t相减后得到量化误差信号()e t。如果在抽样时刻()0e t，判决器（比较器）输出则为“1”；反之()0e t 时则为“0”。判决器输出一方面作为编码信号经信道送往接收端，另一方面又送往编码器内部的脉冲发生器：“1”产生一个正脉冲，“0”产生一个负脉冲，积分后得到()m t。由于()m t与接收端译码器中积分输出信号是一致的，因此()m t常称为本地译码信号。接收端译码器与发送端编码器中本地译码部分完全相同，只是积分器输出再经过一个低通滤波器，以滤除高频分量。下面，进一步举例阐述简单增量调制的工作过程。设()m t为单一的正弦波信号，频率为 1000Hz 的模拟话音信号加入到发端编码器的输入端，如图 4-3 所示。由图 4-3 可知，根据上述编码规则，当07tt时刻，输入信号的正斜率增大，并且是连续上升的，即()0e t 时，编码器连续输出“1”码；当711tt时刻，输入信号相对平稳，()e t一会儿大于 0，又一会儿小于 0，则编码器输出码型也是一会儿输出“1”码，一会儿输出“0”码。从1937tt时刻，可根据编码规则，输出其相应的二进制数字信号。在接收端，译码器的电路与工作过程同发送端编码器中的本地译码器完全相同。图 4-3 增量调制编码输出波形 从理论上，简单增量调制的最大信号量化噪声比max()SNq为：321max220lg0.2lg(0.2)()()fsdBSNqffac (4-1)在(4-1)式中，fs是频率，fa是低通滤波器的截止频率，fc 是信号频率。当fs=32KHz，fa=3.4KHz，cf1KHz 时：123232()20lg0.2lg(0.2)25.8()max3.41ssdBSNq 由于语音信号幅度的变化范围较宽，为了获得满意的通话质量，语音信号的动态范围至少要达到 30dB才能满足通话的要求，然而，信号的幅度与信号量化噪声比的变化有关，所以，还必须分析在不同语音信号幅度时的信号量化噪声比。当信号幅度的最大值为maxA，信号的幅度为A时，求出对应的信噪比如下：maxmaxmaxmax22()qqqqAAAAS NS NNNAA (4-2)由（4-2）式可知，任意幅值信号的信噪比与最大信噪比减小的分贝数，等于信号幅度值较maxA减小的分贝数。如果，(/)25.8maxS NdBq而信号在其所要求的动态范围内幅度下降 20dB，信号量化噪声比为dBdBdB8.5208.25，当信号量化噪声比为 5.8dB时，已不能满足保证话音质量的基本要求。从上述讨论可以看出，M信号是按台阶来量化的，因而同样存在量化噪声问题。M系统中的量化噪声有两种形式：一种称为过载量化噪声，另一种称为一般量化噪声，如图 4-4所示。过载量化噪声发生在模拟信号斜率陡变时，由于阶梯电压波形跟不上信号的变化，形成了很大失真的阶梯电压波形，这样的失真称为过载现象，也称过载噪声；如果无过载噪声发生，则模拟信号与阶梯波形之间的误差就是一般的量化噪声。()a一般量化噪声 ()b过载量化噪声 图 4-4 两种形式的量化噪声 综上所述，简单增量调制电路在实际通信中没有得到应用是因为它的信号量化噪声比小，主要是量化阶距（量阶）固定不变，即为均匀量化。对均匀量化而言，如果量阶取值较大，则信号斜率变化较小的信号量化噪声（又称颗粒噪声）就大；如果量阶取值较小，则信号斜率较大的量化噪声（又称过载噪声）就大。均匀量化无法使两种噪声同时减小，这样，以致于信号的动态范围变窄，但是它为增量调制技术提供了理论基础。在语音通信中应用较为广泛的是音节压扩自适应增量调制，它是在数字码流中提取脉冲控制电压，经过音节平滑，按音节速率（