数据通信实验指导书Word格式文档下载.docx

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可改变时分复用的时隙位置，时分可复用路数及进行时分数据交换，加深学生对时分复用概念的理解

9、增量调制的编码模块

完成增量调制的编码实验，可进行模块或系统实验。

注：

提供了三种编码时钟

10、增量调制的译码模块

完成增量调制的译码实验，可进行独立模块或系统实验。

注：

提供了对应的三种译码时钟

11、AMI/HDB3编译码系统模块

完成AMI编译码功能、HDB3编译码功能。

提供对全“1”、全“0”、伪随机码、手工编制数字信号等进行编码译码

12、卷积编码实验模块

完成卷积编码实验。

通过对地址开关拨动编制数字信号输入，可模拟在信道中插入误码，分析卷积编译码的纠错能力

13、卷积译码实验模块

完成卷积译码实验。

14、VCO数字频率合成器模块

完成对1KHz、2KHz和外加数字信号的倍频输出。

15、频移键控FSK（ASK）调制模块

完成频移键控FSK调制实验,ASK调制实验。

可对方波，伪随机码，计算机数据等信号的调制输出；

可对已调信号进行放大或衰减输出；

可在已调信号中加入噪声，模拟信道干扰

可完成本实验箱的自环单工通信实验，也可完成两台实验箱间的双工通信实验

16、频移键控FSK（ASK）解调模块

完成频移键控FSK解调实验，ASK解调实验。

17、相移键控BPSK（DPSK）调制模块

完成相移键控BPSK（DPSK）调制实验。

可对方波，伪随机码，及计算机数据等信号进行调制输出；

18、相移键控BPSK（DPSK）解调模块

完成相移键控BPSK（DPSK）解调实验。

19、数字同步提取及眼图观察模块

完成对CPLD产生的伪随机码，PSK解调的基带信号等信号同步时钟的提取，信码再生、相对码与绝对码的转换等实验。

完成多种类型的眼图观察实验，效果明显。

20、音频功放模块

完成对终端模拟信号的功率放大，喇叭播放功能，可直观判断通信质量的优劣。

21、误码测试接口模块

完成测试FSK、PSK信道误码率时，在中央处理器的控制下，误码数据的输入输出，同步时钟的输入输出等功能。

22、中央处理器模块

完成键盘的扫描，液晶显示的控制，实验参数的控制选择等功能。

23、CPLD可编程全开放系统模块

全开放CPLD开发系统，在中央处理器的控制下，切换运行学生的CPLD实习程序，产生信号可送往各模块进行实验。

24、计算机接口，MODEM通信接口模块

完成计算机与实验箱间通信，实验箱间的通信，计算机间的通信，可扩展光纤通信信道。

二、薄膜键盘及液晶显示屏使用说明

本实验平台应用薄膜键盘和液晶来控制管理各实验模块的实验参数，避免了因实验参数较多而硬件设置复杂易乱的实际使用问题。

一、打开电源总开关，电源指示灯亮，系统开始工作。

二、薄膜键盘和液晶模块，主要功能是控制和显示各实验模块的工作方式及数字信号的输入输出选择；

其位于平台的中下方，薄膜键盘上有“开始”、“复位”、“返回”、“确认”及“↑”和“↓”方向等按键。

三、按薄膜键盘上“复位”键，中央处理器进行一次复位操作。

液晶显示，如：

四、按薄膜键盘上的“开始”键，系统进入实验项目选择状态。

五、按薄膜键盘上的“↑”和“↓”键，液晶中横向箭头对应于所要选择的实验项目。

六、按薄膜键盘上的“确认”键，选中实验项目，或进行实验参数的选择。

七、按薄膜键盘上的“↑”和“↓”键，横向箭头对应于所要选择的实验参数。

八、按薄膜键盘上的“确认”键，选中实验中需要的实验参数，相关的测量点将有所选择的信号输出（此类测量点开机时都有默认信号输出）。

九、若重新选择参数，按“返回”键，返回上一级菜单，重复以上步骤重新选择有关参数。

十、后面章节，我们简化叙述如“薄膜键盘选择×

×

参数”，即需选择对应的实验项目（模块）菜单下的实验参数。

三、仪器配置及相关说明

1.RZ8621D通信原理实验箱一台

2.20M双踪模拟示波器一台

3.铜铆孔连接线若干

4.电源线一根

5.MODEM通信连接线一根

6.小平口螺丝刀一只

7.电话单机（配双水晶头电话线）一部

8.计算机一台

9.计算机串口连接线一根

10.并行下载电缆线一根（编程ALTERA公司的MAX7000S系列器件，25针阳性插座连接PC机并行端口，10针阴性插座连接电路板上的CPLD芯片的下载接口）

说明：

1～6项为基本实验内容配置，7～10项为根据实际情况配置。

实验时，示波器的幅度档一般设置在2V档，探头1X无衰减，接地夹子应先接地。

一般情况下，本实验平台上元器件的标号都是按照模块划分的。

如标号TP301，“TP”即表示测量点，“301”中的“3”表示PSK调制模块，“01”表示编号，合起来即表示PSK调制模块中标号为TP301的一个波形测量点。

关于模块的编号划分见书后“附录一”，要求根据元器件的标号能很快找到其在平台上的具体位置。

标号的首字母意思：

TP表示波形测量点或信号输入输出铜铆孔，U表示芯片集成电路，R表示电阻，C表示普通电容，E表示电解电容，J表示接插件，JZ表示晶振或晶体，K表示选择开关等。

第二章基础实验

预备实验一CPLD可编程数字信号发生器实验

一、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、实验仪器

1.RZ8621D实验箱1台

2.20M双踪示波器1台

三、实验电路的工作原理

（一）、CPLD可编程模块二电路的功能及电路组成

图1-1是CPLD可编程模块的电路图。

CPLD可编程模块（芯片位号：

U101）用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和数字信号。

它由CPLD可编程器件ALTERA公司的EPM240（EPM7128或者是Xilinx公司的XC95108）、下载接口电路（J101）和一块晶振（JZ101）组成。

晶振用来产生16.384MHz系统内的主时钟。

本实验要求参加实验者了解这些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，才可通过CPLD可编程器件的二次开发（本实验箱提供专门的开发模块）生成这些信号，理论联系实践，提高实际操作能力。

图1-1CPLD可编程模块电路示意图

（二）、各种信号的功用及波形

1．12脚输入16.384MHz主时钟，方波。

由晶振JZ101产生的16.384MHz时钟，经电阻R111，从12脚送入U101进行整形，然后分频、产生各种信号输出。

2．27脚，输出2.048MHz时钟，方波。

3．100脚，输出1.024MHz时钟，方波。

4．6脚，输出64KHz时钟，方波。

5．2脚，输出32KHz时钟，方波。

6．1脚，输出16KHz时钟，方波。

7.33脚，输出32KHz伪随机码。

8.5脚，输出2KHz伪随机码。

9.69脚，输出8KHz的窄脉冲同步信号，供PCM

（一）编码模块用（时隙可变）。

10．70脚，输出8KHz的窄脉冲同步信号，供PCM

（二）编码模块用（时隙可变）。

8KHz的窄脉冲同步信号,可通过编程来改变它们的时序和脉冲宽度，学生可通过薄膜键盘选择，供PCM

（一）模块、PCM

（二）模块使用

电原理示意图见如图1－1所示，由CPLD芯片U101、下载接口电路J101、一块晶振JZ101及外围一些电容电阻组成（有兴趣的同学，可以到网上搜索相关原器件的详细资料）。

本实验平台中所有数字信号都是由同一个信号源JZ101分频产生，所以频率相同或者频率成倍数关系的数字信号，都有相对固定的相位关系。

四、实验内容

1．熟悉CPLD可编程数字信号发生器各测量点信号波形。

2．查阅CPLD可编程技术的相关资料，了解这些信号产生的方法。

五、实验步骤

1．打开电源总开关，电源指示灯亮，系统开始工作。

2．用示波器测出下面所列各测量点波形，并对每一测量点的波形加以分析。

GND为接地点，测量各点波形时示波器探头的地线夹子应先接地。

各测量点波形如图1－2所示，具体说明如下：

以下信号均由CPLD可编程器件EPM240芯片编程产生并送往各测量点。

TP301：

1024KHz的时钟信号，作为PSK调制模块中产生载频信号用。

TP901：

32KHz的时钟信号，作为FSK调制模块中产生载频信号用。

TP602：

方波信号，作为抽样定理模块中抽样时钟用。

可由薄膜键盘选择“抽样定理模块”中不同的抽样时钟信号（默认为2KHz方波）。

TP503:

8KHz的窄脉冲同步信号,可通过薄膜键盘选择不同时隙。

32KB/S伪随机码

8Hz窄脉冲

32KHz方波

1024KHz方波

测量时将示波器通道1的探头放在TP509上（固定0时隙和脉冲宽度），将通道2的探头放在TP503上，调整通道1为触发通道，通过薄膜键盘选择“PCM编译码模块”中不同选项，对比两路波形可以看到8KHz的窄脉冲同步信号不同的时序关系和脉冲宽度。

TP110：

15位的伪随机序列码，码元速率为32Kb/S，码型为111100010011010，可对比TP901的32KHz的时钟信号读出它的码型序列。

该波形用来输岀到PSK调制等模块单元，作为数字基带信号。

TP905：

K901开关1-2连，15位的伪随机序列码，码元速率为2Kb/S，码型为111100010011010，可对比TP001的2KHz的时钟信号读出它的码型序列。

该波形用来输岀到FSK调制模块单元，作为FSK调制的数字基带信号（默认2KHzPN），也可通过薄膜键盘选择2KHz方波。

本实验平台中CPLD可编程器件EPM240芯片产生的信号还有很多，学生可在以后实验过程中逐步遇到。

图1-2CPLD可编程模块产生的部分信号波形示意图

五、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．了解CPLD可编程技术方面的知识。

预备实验二各种模拟信号源实验

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。

2.20M双踪示波器1台

3.铆孔线1根

4.小平口螺丝刀1只

5.电话单机1台（选用）

三、电路工作原理

模拟信号源电路用来产生实验所需的各种音频信号：

同步正弦波信号、非同步简易信号、话音信号、音乐信号，白噪声等。

（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，可作为抽样定理PAM、增量调制CVSD编码、PCM编码实验的输入音频信号。

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2-1中SC2K表示）、低通滤波器和输出放大电路三部分组成。

2KHz方波信号（SC2K）由CPLD可编程器件U101内的逻辑电路通过编程产生。

TP001为其测量点。

U001A及周边的阻容网络组成一个截止频率为ωL的低通滤波器，用以滤除各次谐波,只输出一个2KHz正弦波，TP002“同步输出”铜铆孔为其输出点。

2K正弦波通过铜铆孔输出可供PAM、PCM、CVSD（

M）模块使用。

W001用来改变输出同步正弦波的幅度。

（二）非同步信号源

非同步信号源是一个简易信号发生器，它可产生频率为0.3～4KHz频率可调的正弦波信号、三角波信号和方波信号，输出幅度为0～10V（一般使用范围0～4V）连续可调（注：

可改变某些器件参数调整频率、幅度的输出范围）。

可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用做PAM、PCM、CVSD（

M）模块的音频信号源，信号波形见图2-7所示。

2．工作原理

非同步信号源的电路图如图2-2所示。

它由集成函数发生器ICL8038（或者XR2206，这里不做介绍）和一些外围电路组成。

ICL8038是大规模集成电路，它的内部电路主要有矩形波、三角波或正弦波发生器电路，正弦波由管脚2输出，三角波由管脚3输出，矩形波管脚9输出。

管脚8为频率调节（简称调频）电压输入端。

振荡频率与调频电压成正比，其线性度约为0.5%（详细用法可到网上查找）。

一般情况下，正弦波信号（频率在0.3～3.4KHz间）易于观察和分析，且完全满足本平台通信原理实验的需要，所以我们建议使用正弦波输出作为非同步信号源。

信号形式可由K002选择输出，调节W003可使其振荡频率在0.3～3.4KHz间变化，幅度由W002调节（可在0～4V间无失真变化），占空比由W004调节。

TP003“非同步输出”铜铆孔为其输出点。

非同步正弦波通过铜铆孔输出可供PAM、PCM、CVSD（

图2-1同步正弦信号发生器电路图

（三）音乐信号产生电路

音乐信号产生电路用来产生音乐信号送往音频终端电路，以检查话音信道的开通情况及通话质量。

音乐信号产生电路见图2-3。

音乐信号由U004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R018、D003向U004的1脚提供3.3V电源电压，当2脚通过SW001接触开关触发输入控制电压+3.3V时，音乐片即有音乐信号从第3脚输出，经TP005“音乐输出”铜铆孔送往各实验模块。

（四）外加模拟信号输入电路

在一些特殊情况下，简易正弦波信号形式不能满足实验要求，就要用外加信号源提供所需信号。

例如要定量地测试通信话路的频率特性时需要使用频率、电平与输出阻抗都很稳定的频率范围很宽的音频测试信号，这就需要外接音频信号产生器或函数信号发生器。

外加模拟信号输入电路为它们提供了连接到实验的接口电路。

外加模拟信号加入S02接口，转接后由P01铜铆孔“外加模拟输出”输出送往各实验模块。

（五）模拟电话输入电路

图2-4是专用电话集成电路组成的电话模块电路。

J01是电话机的水晶头接口，D001为摘机检测显示，U003是PBL38710/1专用电话集成电路。

它的工作原理是：

当对电话机的送话器讲话时，该话音信号从PBL38710/1的TIPX和RINGX引脚输入，经U003内部话音信号传输处理后从第19引脚（VTX）输出。

由VTX引脚来的模拟电话输出信号经“电话模拟发”TP004T铜铆孔送出，可作为语音信号输出用

当接收对方的话音时，送入U003第16引脚（RSN）的对方模拟电话输入信号可由“电话模拟收”TP004R铜铆孔送入。

有时输入信号需要先经过右下脚的“音频功放”，再由TP007处通过铆孔线连接送入铜铆孔TP004R（功放电原理图，如图2-5）。

（六）音频功放电路

如图2-5,U005为NE555芯片。

在接收端，各种信号经过连接线接入TP006“输入”后，进入功放电路。

信号幅度可由W005进行调节，最后由扬声器输出，其测量铆孔为TP107。

在TP007处用示波器观察话音输出波形，通过喇叭听话音，感性判断该系统对话音信号的传输质量。

图2-2非同步正弦波信号发生器电路图

图2-3音乐信号产生电路图

图2-4电话模块电原理图

图2-5音频功放电原理图

四、实验内容

1．用示波器在相应测试点上测量并熟悉各点波形：

同步正弦波信号、非同步简易信号、电话语音输出信号、音乐信号及外加模拟信号输入电路等。

2．熟悉上述各种信号的产生方法，并了解信号流程。

1．打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮。

2．用示波器测量TP001、TP002、TP003、TP004T、TP004R、TP005等各点波形。

3．将各模拟信号由相应铜铆孔输出，通过连接线接入TP006铜铆孔，此时模拟信号可由喇叭输出（K001的1-2连通），学生可直观地感受各模拟信号间的差别

4．模拟信号源模块有关器件接口介绍

TP002：

同步正弦波输出，频率2KHZ，幅度可调（一般峰峰值2V）。

TP003：

非同步信号输出，一般使用范围0.3～3.4KHZ，幅度可调（一般峰峰值2V）。

TP005：

音乐信号输出，SW001触发后产生。

TP004T：

模拟电话信号发。

TP004R：

模拟电话信号收。

TP006：

功放输入。

TP007：

功放放大后输出。

TP108：

高斯白噪声。

SW001：

音乐信号触发按钮（有些无需触发）。

K002：

非同步信号形式选择。

S01：

外加数字信号输入。

S02：

外加模拟信号输入。

S03：

误码测试时钟输出接口。

S04：

误码测试数据输入接口。

SW03：

误码测试时钟模块选择，1-2：

FSK，2-3：

PSK。

电位器调节

W001：

同步正弦波信号幅度调节。

W002：

非同步信号幅度调节。

W003：

非同步信号频率调节。

W004：

非同步信号直流分量调节（一般调节支流分量为0）。

W005：

功放放大幅度调节。

W101：

噪声幅度调节。

六、各测量点波形

TP001：

2KHz方波，由EPM240芯片编程产生。

TP002：

与TP001工作时钟同步输出的2KHz的正弦波信号。

TP003：

0.3~3.4KHz的非同步信号，可通过K002选择正弦波、三角波和方波，通过W003来改变频率，通过W002来改变其幅度。

TP004T：

电话电路送往各编码器模块的模拟话音信号。

作为电话电路的去话信号。

作为电话电路的来话信号输入接口。

音乐电路模块输出音乐信号，通过SW001触发产生。

P01：

外加模拟信号输出。

外加模拟信号由S02接口加入本实验箱，再由P01“外加模拟输出”铜铆孔输出送往各实验模块。

高斯白噪声，噪声幅度由W101调节。

本模块产生的原理这里就不做详细介绍。

2KHz同步正弦波

2KHz方波

TP002

TP001

图2-6同步正弦波信号波形示意图

非同步方波

非同步三角波

非同步正弦波

TP003

图2-7非同步信号波形示意图

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。

实验一脉冲编码调制PCM与时分复用实验

—、实验目的

1.加深对PCM编码过程的理解；

2.熟悉PCM编、译码专用集成芯片的功能和使用方法；

3.了解PCM系统的工作过程；

1.掌握时分多路复用的工作过程；

5.用同步正弦波信号观察A律PCM八比特编码的实验。

3.铆孔线5根

三、实验电路工作原理

（一）PCM基本工作原理

脉冲调制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传输。

脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，量化、编码的过程。

所谓抽样，就是在抽样脉冲来到的时刻提取对模拟信号在该时刻的瞬时值，抽样把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

抽样速率的下限是由抽样定理确定的。

在该实验中，抽样速率采用8Kbit/s。

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。

一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。

所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每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。

PCM的原理如图3-1所示。

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”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码后转换成二进制码。

对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有28=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，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，而在大信号时分层疏、量化间隔大。

在实际中广泛使用的是两种对数形式的压缩特性：

A律和律。

A律PCM用于欧洲和我国，律用于北美和日本。

它们的编码规律如图3-3所示。

图中给出了信号抽样编码字与输入电压的关系，其中编码方式

（1）为符号/幅度数据格式，Bit7表示符号位，Bit6～0表示幅度大小；

（2）为A律压缩数据格式，它是

（1）的ADI（偶位反相）码；

（3）为律压缩数据格式，它是由

（1）的Bit6～0反相而得到，通常为避免00000000码出现，将其变成零抑制码00000010。

对压缩器而言，其输入输出归一化特性表示式为:

A律:

μ律:

图3