实验一信号发生器系统实验.docx
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实验一信号发生器系统实验
实验一信号发生器系统实验
一、实验目的
1.了解多种时钟信号的产生方法;
2.掌握用数字电路产生伪随机序列码的实现方法;
3.了解PCM编码中的收、发帧同步信号的产生过程;
4.掌握数字示波器的使用方法。
二、预习要求
阅读本实验的原理内容,理解信号发生器系统的原理,熟悉各芯片功能。
三、实验仪器仪表及所用芯片
(一)实验仪器仪表
1.+5V、+12V、-12V三组直流稳压电源
2.数字示波器
3.电子与通信原理实验系统实验箱
4.三用表
(二)实验用芯片的介绍
1.74LS04六倒相器
(1)典型参数:
,
/门
(2)逻辑表达式:
(3)外引线排列及逻辑图
2.74LS10三输入与非门(3个)
(1)典型参数:
,
/门
(2)逻辑表达式:
(3)外引线排列及逻辑图
3.74LS74双D型正沿触发器(带预置和清零)
(1)典型参数:
,
/门
(2)功能表:
输入
输出
PR
CLR
CLK
D
Q
L
H
L
H
H
H
H
L
L
H
H
H
X
X
X
L
X
X
X
H
L
X
H
L
H*
H
L
Q0
L
H
H*
L
H
PR预置*不稳定状态
CLR清零时钟脉冲上升沿
CLK时钟X任意状态
(3)外引线排列及逻辑图:
4.74LS86二输入异或门(4个)
(1)典型参数:
,
/门
(2)真值表:
输入
输出
A
B
Y
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
(3)逻辑表达式:
(4)外引线排列及逻辑图
5.74LS161可预置四位二进制计数器(直接清零)
(1)典型参数:
,
/门
(2)真值表:
计数
输出
计数
输出
Q3
Q2
Q1
Q0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
1
2
3
4
5
6
7
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
8
9
10
11
12
13
14
15
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
(3)功能表:
输入
输出
时钟
CLK
CP
清零
CLR
置数
LOAD
选通
CEP
选通
CET
数据输入
Q0
Q1
Q2
Q3
P0
P1
P2
P3
X
0
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
1
0
X
X
P0
P1
P2
P3
P0
P1
P2
P3
X
1
1
0
X
X
X
X
X
保持
X
1
1
X
0
X
X
X
X
保持
1
1
1
1
X
X
X
X
加法计数
(4)外引线排列图
6.TL084双极JFET四运算放大器
四、实验电路工作原理
时钟信号是其他各级电路的重要组成部分,在通信电路及其他电路中,若没有时钟信号,则电路基本工作条件得不到满足而无法工作。
因此,我们在做电子与通信原理各项实验时,必须先对所有的时钟信号加以了解、熟悉,以便能顺利地进行后面的各项实验。
(一)电路组成
信号发生器电路供给实验箱各实验系统的各种时钟信号和其他有用信号与测试信号,实验电路原理框图如图1-1所示:
图1-1信号发生器原理框图
图1-2是信号发生器电原理图,由以下电路组成:
1、内时钟信号源;
2、多极分频极脉冲编码调制(PCMCODEC)系统收、发帧同步信号产生电路;
3、伪随机序列码产生电路;
4、简易正弦信号发生电路。
(二)电路工作原理
1、内时钟信号源
内时钟信号源电路由晶振J101(4.096MHz)、电阻R101(1KΩ)和R102(1KΩ)、电容C101(0.01μf)、非门U101:
A(74LS04)和U101:
B(74LS04)、U106:
B(74LS74)组成。
若电路加电工作后,在U101:
A的输出端输出一个比较理想的方波信号,输出振荡频率为4.096MHz,经过D触发器进行二分频,输出为2.048MHz方波信号,输出送到信号转接开关K101的1脚。
2、三级基准信号分频电路及PCM编码调制收发帧同步信号产生电路
该电路的输入时钟信号为2.048MHz方波,即测量点TP101端,三级基准信号分频电路及PCM编码调制收发帧同步信号均由可预置四位二进制计数器(带直接清零)组成的三级分频电路组成,逐次分频变成8KHz窄脉冲。
U102、U103、U104(74LS161)的第二引脚为各级时钟输入端,输入时钟为2.048MHz、128KHz、8KHz。
数据输入端P3、P2、P1、P0均接地,为低电平这样每次均从零开始计数,当计数到16个脉冲后,其15引脚为进位输出端,输出一个被除16的128KHz、8KHz窄脉冲信号。
各级的Q0、Q1、Q2、Q3输出均为2分频输出波形。
由第一级分频电路产生的128KHz窄脉冲和由第二级分频电路产生的8KHz窄脉冲进行与非后输出,即为PCM编译码器中的收、发分频同步信号,波形如图1-3所示。
图1-2信号发生器电路电原理图
1-3信号发生器输出波形图
3、伪随机码发生器电路
众所周知,伪随机序列,也称作m序列,它的显著特点是:
(a)随机性,(b)预先可确定性,(c)可重复实现。
从而在实际通信领域中得到广泛应用。
在通信系统综合实验、通信系统的误码检测实验以及其他单元实验中,都用到伪随机序列发生器,主要是作为数据源,用来产生伪随机序列。
本实验电路采用的是一种带有两个反馈抽头线圈的3级反馈移位寄存器。
其原理如图1-4所示。
若设初始状态为111(Q2Q1Q0=111),则在CP时钟的作用下移位一次后,由Q1与Q2模二和产生新的输入Q=Q0⊕Q1=1⊕1=0,则新状态为Q2Q1Q0=011;当移位二次时,由Q1与Q2模二和产生新的输入Q=Q0⊕Q1=1⊕1=0,则新状态改变为Q2Q1Q0=001;当移位三次后,新状态为Q2Q1Q0=100;移位四次后,新状态为Q2Q1Q0=010;移位五次后,新状态为Q2Q1Q0=101;移位六次后,新状态为Q2Q1Q0=110;移位七次后,新状态为Q2Q1Q0=111,即又回到初始状态。
该状态转移情况可以直观地用状态转移图表示。
如图1-5所示。
也可以把上述各种移位后的状态列表表示。
如表1-1所示。
图1-4只有两个反馈抽头的伪随机序列码发生器
图1-5状态转移图
表1-1
CPU时钟
以为次数
转移状态
Q2
Q1
Q0
假设初始状态
1
1
1
第一次移位后所得的状态
0
1
1
第二次移位后所得的状态
0
0
1
第三次移位后所得的状态
1
0
0
第四次移位后所得的状态
0
1
0
第五次移位后所得的状态
1
0
1
第六次移位后所得的状态
1
1
0
第七次移位后所得的状态
1
1
1
本实验系统中伪随机序列发生器的实际电原理图在图1-2中。
从图中可知,这是由三级D触发器和异或门组成的3级反馈移存器。
在测量点TP108处的码型序列为1110010周期性序列。
该电路为了连续产生序列波形,防止全零状态出现,将三级D触发器的Q端分别连接到与非门U108:
A(74LS10)的三个输入端,与非门的输出端接到D触发器U105:
A(74LS74)的第四端(该端置为1),这样,一旦出现三级D触发器的输出端(Q端)出现全零状态是,或三级D触发器的Q非端全为1状态。
这时与非门的输出端立即输出低电平,使D触发器U105:
A的Q端输出置1,电路又恢复正常工作,即电路不可能回到Q2Q1Q0=000状态。
从而保证状态转移图在7个非0状态下循环。
该电路的工作时钟有32KHz、2KHz两种工作方式可以选择,由CPU中央集中控制单元进行控制,使输出不同速率的伪随机序列码序列。
4、简易正弦波信号发生器
简易正弦波信号发生器电路图在图1-2中,是由一个截止频率为ωH二阶低通滤波器和一个截止频率为ωL的二阶高通滤波器组合而成。
其二阶低通滤波器由U004:
D(TL084)、C102(6800pf)、C103(6000pf)、W101(10KΩ)、R103(10K)、R105(47K)、R104(27K)组成。
其二阶高通滤波器由U004:
C(TL084)、R106(10K)、R107(10K)、R108(47K)、R109(27K)、C105(6000pf)、C104(6000pf)组成。
其带通范围为
当取R103=W101=R106=R107=8.2K,C102=C103=C104=C105=6800pf,R104=R109=27K时,可根据低通滤波器和高通滤波器的计算方法得到其通频带的频率范围约为300Hz~3.4KHz,其通频带的增益为8dB。
然而在实际电路中,这些参数可能与该理论值有些差异。
五、实验内容
1、用内时钟信号源产生的信号作为总时钟输入,分别分析各级电路,并测出各测量点(TP101~TP108)波形。
2、分析伪随机码发生器的工作原理并画出输出波形。
六、实验步骤及注意事项
1、接好电源,打开开关K2、K3、K100,相对应的指示发光二极管D6、D7、D1亮,使电路工作。
2、注意信号转接开关K101、K102的作用,即
K101:
内时钟信号源的选择开关;
K102:
简易信号源频率选择开关;
K1021-2:
送入2KHz方波信号
K1022-3:
送入1KHz方波信号
3、分析该实验电路的电原理图,并理解其工作过程。
4、在分析和测试伪随机马发生器的输出波形时,注意观察并记录时钟速率不同时的输出波形。
5、在测试正弦波信号发生器输出波形时,注意调节W101、W102两个电位器,观察输出信号变化。
6、在分析和测试PCM编译码电路中使用的8KHz窄脉冲作收、发分帧同步信号时,先分析该电路的各点工作波形与时序关系。
然后画出波形图,并用示波器对各个测试点进行测试,并作详细的分析验证。
7、电路中的U109:
A、B、C、D(74LS04)四个反相器的作用是对该128KHz窄脉冲进行延时,使输出的8KHz分帧同步信号更加稳定、可靠,消除毛刺,其波形如图1-6所示。
(a)不加四级反相器(无延时)的输出波形
(b)加了四级反相器(有延时)的输出波形
图1-68KHz分频同步信号输出波形
七、讨论思考题
1、实验电路中内时钟信号源产生是由两极非门、晶振、电阻电容元器件组成的反馈式振荡器。
能否用其它形式的电路产生时钟信号,举例说明。
2、时钟信号的分频电路能否用其它方法产生,要求电路尽量简单、清楚。
有哪些方法?
画出原理图。
3、伪随机序列发生器中,如果在Q2与Q1级间再加上一级移存器Qs,试分析该电路的工作过程并画出输出波形。
见图1-7。
图1-7增加Qs时的伪随机序列发生器电路
4、理解并分析正弦波测试信号发生器电路后,试再用其他方法产生正弦波信号。
举例说明,并画出电路图。
八、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,划出各测量点的波形图。
3、对实验讨论思考题加以分析,并做出原理图与工作波形图。
4、写出本实验的心得体会,对本实验有什么要求与意见提出来。
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- 实验 信号发生器 系统