通信原理实验系统.docx

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通信原理实验系统

第一篇通信原理实验系统

实验一各种模拟信号源实验

实验内容

1．测试各种模拟信号的波形。

2．测量信号音信号的波形。

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、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、非同步正弦波信号、话音信号、音乐信号等。

（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或1KHz正弦波信号，作为增量调制编码、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1-1为同步正弦信号发生器的电路图。

它由2KHz（或1KHz）方波信号产生器（图中省略了）、高通滤波器、低通滤波器和输出电路四部分组成。

2KHz（或1KHz）方波信号由CPLD可编程器件U101内的逻辑电路通过编程产生。

TP104为其测量点。

U107C及周边的阻容网络组成一个截止频率为ωL的二阶高通滤波器，用以滤除各次谐波。

U107D及周边的阻容网络组成一个截止频率为ωH的二阶低通滤波器，用以滤除基波以下的杂波。

两者组合成一个2KHz（或1KHz）正弦波的带通滤波器只输出一个2KHz（或1KHz）正弦波，TP107为其测量点。

输出电路由BG102和周边阻容元件组成射极跟随器，起阻抗匹配、隔离与提高驱动能力的作用。

W104用来改变高通滤波器反馈量的大小，使其工作在稳定的状态，W105用来改变输出正弦波的幅度。

（二）非同步信号源（非同步正弦波发生器）

1．功用

非同步信号源是一个简易正弦波信号发生器，它可产生频率为0.3~10KHz（使用范围0.3～3.4KHz）的正弦波信号，输出幅度为0~2V。

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音频信号源。

2．工作原理

非同步信号源的电路图如图1-2所示。

它由一个正弦波振荡器和一级输出电路组成。

正弦波振荡器由U107A、U107B和R、C元件组成。

R103、C101为反馈元件。

调节W101、W102可改变其振荡频率在0.3~3.4KHz间变化。

调整W103可使输出（TP108处测）在0~2V间变化。

输出电路由BG101及RC元件组成，它是一级射极跟随器，起隔离、阻抗匹配和提高驱动能力的作用。

图1-1同步正弦信号发生器电路图

（三）话筒输入电路（麦克风电路）

1．功用：

话筒电路用来给驻极体话筒提供直流工作电压。

2．原理：

话筒电路如图1-3所示，VCC经分压器向话筒提供约2.5V工作电压，讲话时话筒与R101上的电压发生变化，其电压变化分量即为话音信号，经E101耦合输出，送往模拟信号输入选择电子开关。

（四）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。

2．工作原理

音乐信号产生电路见图1-4。

音乐信号由U109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R117、D101向U109的1脚提供3.3V电源电压，当2脚通过K105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E105送往模拟信号输入选择电子开关。

（五）外加模拟信号输入电路

在一些特殊情况下，简易正弦波信号发生器不能满足实验要求，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与电平、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。

（六）模拟电话输入电路：

图1-5是用PBL38710/1电话集成电路组成的电话输入电路，J103是手柄的送话器接口。

讲话时话音信号从TIPX与RINGX引脚输入，经U112内部话音信号传输处理后从VTX与RSN引脚输出。

输出信号分两路，一路经K103的1－2送往PCM

（一）编码器或经K103的2－3送往PCM

（二）编码器；另一路经K104的1－2或2－3送往话路终端接收滤波电路的J105，选择后从音信号输出电路的喇叭输出话音。

图1-2非同步正弦波信号发生器电路图

图1-3话筒电路图

图1-4音乐信号产生电路图

图1-5电话输入电原理图

三、实验内容

1．用示波器在相应测试点上测量各点波形：

同步信号源、非同步信号源、电话输入电路、话音输入电路、外加模拟信号输入电路。

2．熟悉上述各种信号的产生方法、来源及去处，了解信号流程。

四、实验仪器

①通信原理实验箱②100MHZ数字示波器

③频率计

五、实验步骤

1．用示波器测量TP106、TP107、TP108、TP109、TP110、TP112、TP113、TP114等各点波形。

2．测量音乐信号时用K105接通+3.3V，令音乐片加上控制信号，产生音乐信号输出。

六、各测量点波形

TP106：

由CPLD（EPM7128SLC-15）分频产生的2KHz方波。

TP107：

与工作时钟同步输出的2KHz或1KHz正弦波信号。

TP108：

0.3~3.4KHz的正弦波。

TP109：

话路终端接收模拟信号输入。

TP110：

音频功放输入信号。

TP111：

音频输出信号。

TP112：

话路终端发送模拟信号输出。

TP113：

电话电路送往PCM编码器的话音信号。

TP114：

电话电路送往话音终端接收滤波电路的话音信号。

七、实验报告要求

1.分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。

2.根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测试点的波形图，并分析实验现象。

实验二CPLD可编程数字信号发生器实验

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

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2-1是CPLD可编程模块的电路图。

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Xilinx公司的XC95108（或者是ALTERA公司的EPM7128）、下载接口电路和一块晶振组成。

晶振JZ101用来产生系统内的4.096MHz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生成这些信号，理论联系实验，提高实际操作能力。

（二）、各种信号的功用及波形

1．83脚输入4.096MHz时钟，方波。

由JZ101产生的4.096MHz时钟，经R118，从83脚送入U101进行整形，然后进行分频输出。

2．58脚，输出2.048MHz时钟，方波。

3．56脚，输出1.024MHz时钟，方波。

4．28脚，输出64KHz时钟，方波。

5．29脚，输出32KHz时钟，方波。

6．15脚，输出16KHz时钟，方波。

7．31脚，输出2KHz时钟，方波。

8．16脚，输出1KHz时钟，方波。

9．57脚，输出8KHz的窄脉冲同步信号（ZM80），供PCM

（一）用。

10．36脚，输出第一时序8KHz的窄脉冲同步信号（ZM81），供PCM

（二）用。

11．35脚，输出第二时序8KHz的窄脉冲同步信号（ZM82），供PCM

（二）用。

12．34脚，输出第三时序8KHz的窄脉冲同步信号（ZM83），供PCM

（二）用。

13．33脚，输出第四时序8KHz的窄脉冲同步信号（ZM84），供PCM

（二）用。

ZM81、ZM82、ZM83、ZM84的时间间隔为125μs,可通过编程来改变它们的时序及时间间隔，它们同时接到J102，通过跳接器选择，供PCM

（二）使用（见图2－1）。

图2-1CPLD可编程模块电路图

三、实验内容

1．熟悉通信原理实验系统电路组成。

2．熟悉信号发生器各测量点信号波形。

3．测量并分析各测量点波形及数据。

四、实验仪器

①通信原理实验箱②100MHZ数字示波器③频率计

五、实验步骤

1．打开电源开关K01、K02，使系统工作。

2．用示波器测出各测量点波形，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应接地良好。

各测量点波形如图2－2所示，具体说明如下：

TP101：

2048KHz的时钟信号。

TP102：

128KHz的时钟信号（方波）。

TP103：

8KHz的方波信号。

TP104：

伪随机序列码，码元速率为2KHz，码型为000011101100101。

TP105：

伪随机序列码，码元速率为32KHz，码型为000011101100101。

图2－2CPLD产生主要测量点波形

六、实验报告要求

1.分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。

2.根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测试点的波形图，并分析实验现象。

实验三话路终端发送和接收滤波实验

实验内容

1.通信话路终端发送实验

2.通信话路终端接收滤波器实验

一、实验目的

1.了解语音信号在通信话路终端的传输过程

2.掌握滤波器电路在通信话路终端接收电路中的作用

3.熟悉通信话路终端滤波器的带宽与幅频特性曲线

二、实验电路工作原理

话路终端语音传输电路方框图如图3-1所示。

从图中可知：

1.模拟输入选择开关J106

2.话路终端发送电路

3.PAM脉冲幅度调制电路

4.PCM

（一）脉冲编码和译码电路

5.PCM

（二）时分多路复用电路

6.增量调制编码电路和译码电路

7.模拟输出选择开关J104

8.接收信号选择开关J105

9.话路终端接收电路

九部分组成一个发送通道和接收通道。

原理框图如图3-2所示，其中PAM、PCM

（一）、PCM

（二）、△M四部分电路在后面实验中分别介绍。

本次实验主要介绍：

话路终端发送与接收电路。

由图3-2可知，话路终端发送电路由发送放大电路组成；接收电路由输出选择开关、低通滤波、音频功率放大电路组成。

图3-1话路终端模拟信号传输电路框图

图3-5输出音频功放电路图

（1）话路终端发送电路

话路终端发送电路如图3-3所示。

在发送端，音频信号的输入由开关J106选择，经过发送放大器放大后，信号幅度可由W108进行调节。

J104用来选择模拟信号送往哪一个调制器。

（2）话路终端接收电路

话路终端接收电路如图3-4所示。

在接收端，各种译码器输出的信号经过接收选择开关J105后，进入通信话路终端接收滤波器滤波与放大，如图3-4所示。

信号幅度可由W107进行调节，最后由扬声器输出原模拟音频信号。

见图3－5所示。

三、实验内容

1.通信话路终端发送放大器实验

2.通信话路终端接收滤波器实验

四、实验仪器

①通信原理实验箱②100MHZ数字示波器

③频率计

五、实验步骤及注意事项（以PCM

（一）为例）

1.按下开关：

K01，K02，K500。

分别接通－12V，＋5V，＋12V及PCM

（一）编译码器的电源（＋5V与－5V）。

2.跳线开关放置：

选择J106的外模拟输入方式、接通J104的PCMIN

（一）、J105的PCMOUT

（一）。

接通K501的2–3脚、K502的1-2脚，使PCM

（一）编译码器处于自环状态。

接通K503的1-2脚，使8KHz窄脉冲分帧同步脉冲送入PCM

（一）编译码器。

3.外加300Hz3400Hz信号从S107进入。

在外加模拟信号输入端S107处，用外加信号源输入800Hz音频信号，用示波器在TP501处观察测量，在该点信号输出幅度应不失真，如有削顶失真则减小外加信号源的输出幅度或调节W108。

在TP112处观察其通信话路终端发送滤波器输出波形。

用示波器在TP109、TP110处观察测量其通信话路终端接收滤波器输出波形。

4.在外加模拟信号输入端S107处，改变外加信号源的频率，分别为300Hz、800Hz、1.6KHz、2.4KHz、4KHz，在测量点TP112、TP109、TP110处用示波器观测其通信话路终端滤波器的带宽，并绘出幅频特性曲线，掌握通信话路终端语音信号传输的幅频特性。

5.在电话输入水晶头J103处输入话音信号，或者接通音乐信号（此时开关J106接通模拟电话或音乐输入），在TP111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。

六、测量点说明

TP501：

在输入端输入信号，一般此点输入信号幅度在1V左右。

若幅度过大，则被限幅电路限幅成方波，因此信号波形幅度尽量小一些，方法是，可改变外部信号源的幅度大小，或调节通信话路终端发送放大电路中的电位器W108。

TP506：

PCM译码输出模拟信号，波形同TP501。

TP109：

话路终端接收模拟信号输入。

TP110：

音频功放输入信号。

TP111：

音频输出信号。

TP112：

话路终端发送模拟信号输出。

七、实验报告要求

1.分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。

2.根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测试点的波形图，并分析实验现象。

实验四抽样定理实验

实验内容

1.抽样定理实验

2.脉冲幅度调制（PAM）及系统实验

一、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特点。

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、实验电路工作原理

（一）电路组成

脉冲幅度调制实验系统如图4-1所示，由输入电路、调制电路、脉冲发生电路、解调滤波电路、功放输出电路等五部分组成，如图4-2所示。

图4-1脉冲振幅调制电路原理框图

（二）实验电路工作原理

1.输入电路

该电路由发送放大、限幅电路等组成。

该电路还用于PCM

（一）、PCM

（二）、增量调制编码电路中。

由限幅二极管D601、D602组成双向限幅电路，防止外加输入信号幅度过大而损坏后面调制电路中的场效应管器件。

电路电原理图如4-2所示。

2.PAM调制电路

调制电路见图4-2中的BG601。

这是一种单管调制器，采用场效应管3DJ6F，利用其阻抗高的特点和控制灵敏的优越性，能很好的满足调制要求。

取样脉冲由该管的S极加入，D极输入音频信号，由于场效应管良好的开关特性，在TP602处可以测到脉冲幅度调制信号，该信号为双极性脉冲幅度信号，不含直流分量。

3DJ6的G极为输出负载端，接有取样保持电路，由R601、C601以及R602等组成，由开关K601来控制，在做调制实验时，K601的2端与3端相连，能观察其取样定理的波形。

在做系统实验时，将K601的1端与2端相连，即与解调滤波电路连通。

3.脉冲发生电路

该部分电路详见图4-2所示，主要有两种抽样脉冲，一种由555及其它元件组成，这是一个单谐振荡器电路，能产生极性、脉宽、频率可调的方波信号，可通过改变CA601的电容来实现输出脉冲频率的变化，以便用来验证取样定理，另一种由CPLD产生的8KHz抽样脉冲，这两种抽样脉冲通过开关K602来选择。

可在TP603处很方便地观测到脉冲频率变化情况和输出的脉冲波形。

4.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。

该电路还用在接收通道电路中。

5.功放输出电路

功放电路主要用来放大输出信号，提高解调后的音频信号输出功率。

该电路选用了常见的小功率运放LM386，配以少量的外围元件来完成。

放大后的音频信号由喇叭作为负载输出。

三、实验内容

1.抽样定理实验

2.脉冲幅度调制（PAM）及系统实验

四、实验仪器

①通信原理实验箱②100MHZ数字示波器

③频率计④电容器若干

五、实验步骤及注意事项

1.脉冲幅度调制实验步骤

接入非同步正弦波或外接模拟正弦波信号，用示波器在TP601处观察，以该点信号输出幅度不失真时为好，如有削顶失真则减小外加信号源的输出幅度或调节W108。

在TPP603处观察其取样脉冲信号。

改变CA601处的电容，再用示波器观察TP602该点波形。

做详细记录、绘图。

2.PAM通信系统实验步骤

（1）将K602的2端和3端相连，为CPLD产生的8KHz抽样时钟脉冲，用示波器观测TP601～TP604各点波形，并做详细记录、绘图。

（2）将K602的1端和2端相连，然后改变CA601的电容，即改变抽样频率fsr，使f＞fsr、fc

=2fsr、fc＜2fsr，在TP603处用示波器观测系统输出波形，以判断和验证取样定理在系统中的正确性，同时做详细记录和绘图，记下在系统通信状态下的奈奎斯特速率。

并分析比较。

（3）在TP111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。

3.脉冲幅度调制实验注意事项

（1）CA601上插电容，可改变抽样时钟。

电容在5600pf～0.1f之间。

（2）验证取样定理时，有时会产生不同步现象，在示波器中观察不到稳定的信号。

此时可适当调整外加信号频率，使之同步，有时需要反复耐心地调整才能观察到。

特别当观察fc2fsr时，注意判断区别临界状态时的波形及频率，并记下奈氏（Nyquist）速率。

六、测量点说明

TP601：

若外加信号幅度过大，则被限幅电路限幅成方波了，因此信号波形幅度尽量小一些。

方法是：

调节通信话路终端发送放大电路中的电位器W108。

TP602：

抽样脉冲波形输出，其抽样脉冲波形由抽样时钟电路（在TP603处观察）决

定，在抽样时钟电路里，在CA601中插上不同大小的电容，可改变抽样时钟

的频率。

电容值在5600pf0.1f之间选取。

TP603：

抽样时钟信号输出，抽样频率由CA601上的电容大小决定，用频率计测量其频率的大小。

电容值在5600pf～0.1f之间选取；另一种抽样时钟为CPLD可编程模块产生的8KHz时钟脉冲，由开关K602选择。

TP604：

收端PAM调制信号，由开关K601的1脚与2脚相接。

七、实验报告要求

1.分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。

2.根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测试点的波形图，并分析实验现象。

3.对实验思考题加以分析，并做出回答。

八、实验报告思考题

1.简叙抽样定理。

2.引起系统失真的原因有那些？

3.为什么采用低通滤波器可以完成PAM解调？

实验五增量调制编译码系统实验

实验内容

1.增量调制CVSD（

M）编译码实验

2.工作时钟可变时

M编译码比较实验

一、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。

二、实验电路工作原理

1、增量调制的编码

（一）电路组成

图5-1是增量调制编码器实验结构框图,图5-4是电原理图。

图5-1增量调制编码器实验结构框图

（二）电路工作原理

1.增量调制的工作原理

增量调制是由PCM发展而来的模拟信号数字化的一种编码方式，它是PCM的一种特例。

增量调制编码基本原理是只用一位编码，这一位码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量特性，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还在减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。

输出的“1”、“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的绝对值。

2．大规模集成电路MC34115芯片功能引脚介绍。

见图5-2所示。

第1引脚：

ANI（AnalogInput）模拟信号输入端。

输入音频模拟信号经过直流分量转换为内部参考电压值，则应在该端与第10引脚（Vcc/2端）间接入偏置电阻。

第2引脚：

ANF（AnalogFeedback）模拟反馈输入端。

该端为电路内模拟比较器的同相输入端。

当电路工作于编码方式时，其本地解码信号从该端输入至内部的模拟比较器；当该电路工作于译码方式时，该端不用，可接到第10引脚（Vcc/2端），也可以接地或悬空。

第3引脚：

SYL（SyllabicFilter）量阶控制信号输入端。

第4引脚：

GC（GainControlInput）增量控制输入。

第5引脚：

VREF（RefInput）参考电压输入端。

该端为积分运算放大器的同相输入端，用于调节模拟信号的直流分量。

在编码时，为保证输入输出模拟信号有相同的直流分量。

该端应通过偏置电阻与VCC/2相连。

第6引脚：

FIL（FilterInput）外接积分器输入端。

该端为积分运算放大器的反相输入端，用于外接元件组成积分滤波器。

第7引脚：

ANO（AnalogOutput）模拟信号输出端。

该端为积分运算放大器输出端。

它根据第13引脚即DDI（接收数据输入端）端输入数据恢复的音频模拟信号从该端输出到积分网络中。

第8引脚：

V–负电源端。

当电路单电源供电时该端接地，若正、负电源供电时该端接至负电源。

在本实验电路中，采用单电源+12V供电，故该引脚接地。

第9引脚：

DOT（DigitalOutput），发送编码数据输出端。

该电路将输入音频信号编码后从该端输出，其输出电平与TTL或CMOS兼容。

第10引脚：

VCC/2（VCC/2Output）参考电压输出端。

第11引脚：

COIN（CoincidenceOutput）一致脉冲输入端。

当电路内的移位寄存器的各输出为全“1”码或全“0”码时，该端输出负极性一致脉冲，该脉冲经外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压。

第12引脚：

DTN（DigitalThreshold）接口电平控制端。

该端用于控制数字输入端接口电平。

第13引脚：

DDI（DigitalDataInput）接收数据输入端。

电路译码时，收端的信码从该端输入至芯片内的数字运算放大器进行比较。

第14引脚：

CP（Clockinput）编译码时钟输入端。

该端时钟信号的频率决定于电路的工作速率，当时钟的下降沿到来时，芯片内的移位寄存器工作。

在实验电路中，该端的时钟信号可通过K201选择不同的时钟速率，其时钟速率有：

64KHz、32KHz、16KHz、8KHz，译码电路有：

64KHz、32KHz、16KHz、以及从二相PSK解调来的再生时钟等几种方式可供选择。

第15引脚：

E/D（Encode/Decode）编码/译码方式控制输入端。

当选择编码工作时，接高电平，使片内的模拟运算放大器与移位寄存器连接；在实验电路中，该端由CPU控制，由软件输出高电平送至该端；当译码工作时，该端接低电平，使该芯片内的数字运算放大器与移位寄存器相连，即做增量调制译码实验。

第16引脚：

Vcc正电源输入端。

该端为4.75～16.5V，在本实验电路中，Vcc为+12V电源。

3．芯片内部电路组成

MC34115集成电路内部电路由下列