肇慶學院光機電一體化綜合性實驗教學示范中心實驗教材...

1、前言肇慶學院光機電一體化綜合性實驗教學示范中心實驗教材之十三通 信 原 理實 驗 教 程 肇慶學院電子信息與機電工程學院 編二00八年九月63前言前言通信原理是通信工程、信息工程、網(wǎng)絡(luò)工程、信息對抗等電子信息類專業(yè)的一門重要理論課程。它是一般專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的橋梁，承擔著從一般基礎(chǔ)理論到實踐應(yīng)用、從獨立電路功能到系統(tǒng)的重要過渡。現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，學習通信專業(yè)知識的學生和科技人員不但需要掌握扎實的基礎(chǔ)理論，而且需要學習與了解更多的現(xiàn)代通信技術(shù)理論，并將理論與實踐相結(jié)合。理論教學與實驗教學是現(xiàn)代高等教育的兩個重要組成部分，實驗課是整個教學過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)。本書作為現(xiàn)代通信原

2、理實驗課程的配套教材，旨在讓讀者了解常見的通信系統(tǒng)，加深對現(xiàn)代通信的理解，培養(yǎng)獨立解決問題的能力，特意精選了鎖相環(huán)、FM調(diào)制解調(diào)、脈沖編碼調(diào)制(PCM)、AMI/HDB3編譯碼、FSK調(diào)制解調(diào)、2DPSK調(diào)制解調(diào)等實驗內(nèi)容，同時選擇 AM調(diào)制系統(tǒng)、二進制差分相移鍵控（2DPSK）、二進制幅度鍵控（2ASK）、二進制頻移鍵控（2FSK）、二進制相移鍵控（2PSK）、脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)、眼圖的Systemview仿真實驗內(nèi)容。這些實驗過程中所用到的主要電路由現(xiàn)代通信原理實驗室自主設(shè)計制作，采用集成IC純硬件模塊化平臺實現(xiàn)，這樣的電路具有系統(tǒng)設(shè)計先進、結(jié)構(gòu)合理、成本低廉，主要電氣指標良好，性能穩(wěn)定可靠

3、，能反映當今通信技術(shù)的發(fā)展方向，操作使用方便，有較強的系統(tǒng)性。本書由陳英俊、吳海濤老師編寫，由于編者水平有限，書中錯誤在所難免，敬請廣大讀者不吝賜教。作者2008年 10月于肇慶學院通信原理實驗教程目 錄實驗一 鎖相環(huán)基本實驗 1實驗二 FM調(diào)制解調(diào)實驗 6實驗三 脈沖編碼調(diào)制(PCM)實驗 9實驗四 AMI/HDB3編譯碼實驗 13實驗五 FSK調(diào)制解調(diào)實驗 17實驗六 2DPSK調(diào)制解調(diào)實驗 19實驗七 AM調(diào)制系統(tǒng)的Systemview仿真 24實驗八 進制差分相移鍵控（2DPSK）的Systemview仿真 27實驗九 二進制幅度鍵控（2ASK） 30實驗十 二進制相移鍵控（2PSK）

4、的Systemview仿真 33實驗十一 二進制頻移鍵控（2FSK）的Systemview仿真 36實驗十二 脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)的Systemview仿真 40實驗十三 眼圖的Systemview仿真 43附 錄 SystemView及其操作簡介 46參考文獻 60實驗一 鎖相環(huán)基本實驗實驗一 鎖相環(huán)基本實驗一、實驗?zāi)康?.熟悉數(shù)字鎖相環(huán)CD4046、模擬高頻鎖相環(huán)NE564芯片的使用方法及工作原理。2.熟悉并觀察鎖相環(huán)環(huán)路的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)。3.掌握VCO中心頻率、同步帶、捕捉帶的測量原理及方法。4.熟悉定時電容及環(huán)路濾波的作用及參數(shù)選擇。二、實驗工作原理在實驗之前，首先對本實驗電路中使用的

5、鎖相環(huán)CD4046芯片、NE564芯片作一介紹：（一）數(shù)字鎖相環(huán)CD4046CD4046是低功耗CMOS型、多功能數(shù)字環(huán)。主要參數(shù)如下：（1）工作電壓3V18V；（2）靜態(tài)工作電流（15端開路）10uA；（3）最高工作頻率為 1.2MHZ；（4）穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓4.45V6.15V。它含有兩個相位比較器PCI與PCII。PCI要求輸入信號為方波，PCII則無此要求，有一個壓控（頻率）振蕩器VCO。在兩個相位比較器的輸入端有一個前置放大器，可把100mV的微弱信號變?yōu)闈M電平的方波脈沖。A2是低濾波器輸出緩沖放大器。CD4046采用16線雙列直插式封裝，各管腳排列及功能如圖1、表1所示：1引腳功能說

6、明圖1 CD4046引腳圖表1 CD4046引腳功能2. 數(shù)字鎖相環(huán)CD4046功能框圖 鎖相環(huán)CD4046功能框圖如圖2所示。 圖2 鎖相環(huán)CD4046功能框圖CD4046工作原理如下：輸入信號Ui從14腳輸入后，經(jīng)放大器A1進行放大、整形后加到相位比較器、的輸入端，圖2開關(guān)K撥至2腳，則比較器將從3腳輸入的比較信號Uo與輸入信號Ui作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓U則反映出兩者的相位差。U經(jīng)R3、R4及C2濾波后得到一控制電壓Ud加至壓控振蕩器VCO的輸入端9腳，調(diào)整VCO的振蕩頻率f2，使f2迅速逼近信號頻率f1。VCO的輸出又經(jīng)除法器再進入相位比較器，繼續(xù)與Ui進行相位比較，最后

7、使得f2f1，兩者的相位差為一定值，實現(xiàn)了相位鎖定。若開關(guān)K撥至13腳，則相位比較器工作，過程與上述相同，不再贅述。（二）模擬鎖相環(huán)NE564單片集成鎖相環(huán)NE564是工作頻率可到50MHz的超高頻通用集成鎖相環(huán)路。除了鎖相環(huán)路的基本部件：鑒相器、壓控振蕩器、放大器和低通濾波器之外，電路中還有一個輸入信號限幅器、一個直流恢復(fù)器和一個施密特觸發(fā)器。它只需外界環(huán)路濾波器及定時電容等少數(shù)元器件即可構(gòu)成一個效果很好的限幅鑒頻器。NE564 的主要參數(shù)如下：NE564 的最高工作頻率為50MHz，最大鎖定范圍達±12% f0 ，輸入阻抗大于50k，電源工作電壓512V，典型工作電壓為5V，典型

8、工作電流為60mA，最大允許功耗為40mV；在頻偏為±10%，中心頻率為5MHz 時，解調(diào)輸出電壓可達140 p p mV 。輸入信號為有效值大于或等于200 Rms mV。1. 引腳分布說明圖3 NE564引腳圖2. 模擬鎖相環(huán)NE564功能框圖圖4 鎖相環(huán)NE564功能框圖LIMITER為限幅器，可抑制FM調(diào)頻信號的寄生調(diào)幅；PHASE COMPARATOR為相位比較器（鑒相器），內(nèi)部含有限幅放大器，以提高對AM調(diào)幅信號的抗干擾能力；4、5腳一般外接電容組成低通濾波器，用來濾掉比較器輸出的直流誤差電壓中的紋波；2腳用來外接輸入電流源，通過改變輸入電流可改變環(huán)路增益；VCO為壓控振

9、蕩器，內(nèi)部已經(jīng)接有固定電阻（R=100歐），只要在外面12，13腳之間外接定時電容即可產(chǎn)生振蕩。DC RETRIEVER為增益跨導(dǎo)放大器，SCHMITT TRIGGER為施密特觸發(fā)器，它們二者構(gòu)成了后置鑒相器，其中放大器提供解調(diào)FSK信號時的補償直流電平或者用作線性解調(diào)FM信號時的后置鑒相濾波器；施密特觸發(fā)器的回差電壓可通過腳15外接直流電壓進行調(diào)整，以消除輸出信號的相位抖動。（三）鎖相環(huán)（PLL）基本原理1. 鎖相環(huán)的基本組成圖5是鎖相環(huán)的基本組成框圖，它主要由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）組成。本實驗系統(tǒng)中采用4046 集成電路鎖相環(huán)，該芯片包含鑒相器（PD）、壓

10、控振蕩器電路兩部分，而環(huán)路濾波器（LF）由外接阻容元件構(gòu)成。掌握這些部件的作用，工作原理和其特性的測試方法是分析和掌握鎖相環(huán)的基礎(chǔ)。圖5 基本鎖相環(huán)組成框圖鑒相器的輸出信號 是輸入信號 和壓控振蕩器輸出信號 之間相位差的函數(shù)。 經(jīng)環(huán)路濾波器濾波（也可能包括放大），濾除高頻分量后，成為壓控振蕩器的控制電壓 。在 的作用下，壓控振蕩器輸出信號的頻率將發(fā)生相應(yīng)變化并反饋到鑒相器，最后進入穩(wěn)定狀態(tài)。2. 鎖相環(huán)的同步與捕捉鎖相環(huán)的輸出頻率（或VCO的頻率）o能跟蹤輸入頻率i的工作狀態(tài)，稱為同步狀態(tài)，在同步狀態(tài)下，始終有o = i。在鎖相環(huán)保持同步的條件下，輸入頻率i的最大變化范圍，稱為同步帶寬，用DH

11、 表示。超出此范圍，環(huán)路則失鎖。失鎖時，o¹i，如果從兩個方向設(shè)法改變i，使i向o靠攏，進而使Do =（io）¯，當o小到某一數(shù)值時，環(huán)路則從失鎖進入鎖定狀態(tài)。這個使PLL經(jīng)過頻率牽引最終導(dǎo)致入鎖的頻率范圍稱為捕捉帶Dp。同步帶DH，捕捉帶Dp 和VCO 中心頻率o的 關(guān)系如圖6。f4f3f2f1圖6 同步帶DH，捕捉帶Dp 和VCO中心頻率o的關(guān)系（四）實驗電路的工作原理(b) 鎖相環(huán)NE564（a）鎖相環(huán)CD4046圖7 鎖相環(huán)基本實驗電路原理圖本實驗中，我們主要測量數(shù)字鎖相環(huán)CD4046 VCO的中心頻率f0及同步帶、捕捉帶的范圍。電路如圖7(a)所示。1.中心頻率f

12、0的測量方法測量中心頻率f0的方法有兩種：一是輸入信號斷開，即無輸入信號時，低通濾波器9腳連至相位比較器PCI的輸出端2腳，VCO的輸出端4腳連至相位比較器PCI的輸入端3腳，即可使VCO振蕩在中心頻率f0上。另一種方法是：直接在9腳加2.5V(Vcc/2),也可使VCO振蕩在中心頻率f0上。2. 環(huán)路的同步帶與捕捉帶測量方法實驗方法：電路連接好后，測量完中心頻率f0后，將鎖相環(huán)鎖定在256KHz。 慢慢增加輸入信號fi 的頻率（調(diào)節(jié)標號為“頻率細調(diào)”的電位器），直至環(huán)路失鎖時頻率為f1，此時f1 為同步帶的最高頻率。 慢慢減小輸入信號fi 的頻率，直至環(huán)路鎖定時頻率為f2，此時f2 為捕捉帶

13、的最高頻率。 繼續(xù)減小輸入信號fi 的頻率，直至環(huán)路再次失鎖時頻率為f3，此時f3 為同步帶的最低頻率。 慢慢增加輸入信號fi 的頻率，直至環(huán)路再次鎖定時頻率為f4，此時f4 為捕捉帶的最低頻率。注意：（1）當信號源頻率遠大于（高端）或遠小于（低端）的中心頻率時，fi波形還保持穩(wěn)定清晰，但fo不能保持穩(wěn)定清晰，這就是失鎖。(2) 由于我們用的是PD1，是異或門相鑒器，當fi和fo為分數(shù)倍數(shù)關(guān)系時，也可能出現(xiàn)兩個穩(wěn)定的波形，這種情況應(yīng)認為是“失鎖”。只有出現(xiàn)兩個同頻的穩(wěn)定波形時才認為是“鎖定”。三、實驗步驟 （1）取出“鎖相環(huán)基本實驗”模塊，插在實驗箱上固定。（2）連線。首先將“+5V”、“+5

14、V”連接到實驗板，注意不要接反。然后將由信號源產(chǎn)生的256K左右的方波接到實驗?zāi)K的“信號輸入”，然后再按照上述所講的測量方法把相應(yīng)點相連，最后將實驗板上的“GND”與實驗箱主板“GND”相連。 （3）插上電源線，按下電源開關(guān)，使之處于“開”，船形開關(guān)亮，然后測量各點波形。 （4）改變輸入方波的頻率，用示波器觀察鎖定、失鎖波形變化。四、測量點說明1.VCO中心頻率f0輸出：在定時電容選擇確定后（實驗中固定為181pf）的輸出波形。2.信號輸入：方波信號為100500KHz。(實驗中選擇此頻段，不用換頻段，易于觀察鎖定、失鎖波形變化)。3. 鎖相輸出： VCO輸出的鎖相信號波形。五、實驗報告要求

15、 1根據(jù)所觀察的實驗結(jié)果及步驟分析鎖相環(huán)工作原理？2CD4046的VCO中心頻率測量方法有哪兩種？寫出步驟及相應(yīng)連線方式。3記錄同步帶、捕捉帶頻率范圍，參照CD4046手冊（datasheet）中相應(yīng)公式，根據(jù)實驗板電路，代入相關(guān)參數(shù)計算并分析誤差。4. 有興趣的同學可參照CD4046有關(guān)測量方法及原理，自己測量一下NE564的相關(guān)參數(shù)。5. 寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗有何改進意見。實驗二 FM調(diào)制解調(diào)實驗實驗二 FM調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康?.加深對FM調(diào)制解調(diào)工作過程的理解。2.熟悉鎖相環(huán)CD4046的使用方法,驗證FM調(diào)制解調(diào)原理。3.觀察FM調(diào)制解調(diào)電路的測量點波形。二、實

16、驗工作原理在分析FM調(diào)制解調(diào)原理之前，首先對本實驗電路中使用的鎖相環(huán)CD4046芯片作一介紹：（一）鎖相環(huán)CD4046CD4046是低功耗CMOS型、多功能數(shù)字環(huán)。主要參數(shù)如下：（1）工作電壓3V18V；（2）靜態(tài)工作電流（15端開路）10uA；（3）最高工作頻率為 1.2MHZ；（4）穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓4.45V6.15V。它含有兩個相位比較器PCI與PCII。PCI要求輸入信號為方波，PCII則無此要求，有一個壓控（頻率）振蕩器VCO。在兩個相位比較器的輸入端有一個前置放大器，可把100mV的微弱信號變?yōu)闈M電平的方波脈沖。A2是低濾波器輸出緩沖放大器。CD4046采用16線雙列直插式封裝，各管

17、腳排列及功能如圖1、表1所示：1.引腳功能說明圖1 CD4046引腳圖表1 CD4046引腳功能2. 鎖相環(huán)CD4046功能框圖 鎖相環(huán)CD4046功能框圖如圖2所示。 圖2 鎖相環(huán)CD4046功能框圖CD4046工作原理如下：輸入信號Ui從14腳輸入后，經(jīng)放大器A1進行放大、整形后加到相位比較器、的輸入端，圖2開關(guān)K撥至2腳，則比較器將從3腳輸入的比較信號Uo與輸入信號Ui作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓U則反映出兩者的相位差。U經(jīng)R3、R4及C2濾波后得到一控制電壓Ud加至壓控振蕩器VCO的輸入端9腳，調(diào)整VCO的振蕩頻率f2，使f2迅速逼近信號頻率f1。VCO的輸出又經(jīng)除法器再進入

18、相位比較器，繼續(xù)與Ui進行相位比較，最后使得f2f1，兩者的相位差為一定值，實現(xiàn)了相位鎖定。若開關(guān)K撥至13腳，則相位比較器工作，過程與上述相同，不再贅述。（二）實驗電路的工作原理(b)解調(diào)（a）調(diào)制圖3 FM調(diào)制解調(diào)電路原理圖本實驗中，采用直接調(diào)頻法，即把輸入的1KHz正弦波直接加在CD4046的VCO輸入端9腳，從4腳可輸出受輸入信號調(diào)制的調(diào)頻信號。電路如圖3(a)所示，由于調(diào)頻時要求VCO有一定的頻率范圍（頻偏），所以不用R2收縮頻帶，即R2為無窮大（12腳空置）僅用R1和C1確定VCO的中心頻率f0即可。當從14腳輸入被正弦信號調(diào)制的（中心頻率與CD4046的VCO的中心頻率相同）調(diào)頻

19、信號，則相位比較器輸出端將輸出一個與正弦信號具有相同變化頻率的包絡(luò)信號，經(jīng)低通濾波器濾去載波后，即剩下調(diào)頻信號解調(diào)后的正弦信號了。一般使用PCI，這時僅由R1和 C1確定VCO的中心頻率f0，而不用R2來收縮頻率范圍（其為無窮大）。三、實驗步驟 （1）取出“FM調(diào)制解調(diào)實驗”模塊，插在實驗箱上固定。（2）連線。首先將“+5V”、“+5V”連接到實驗板，注意不要接反。然后將由信號源產(chǎn)生的1K左右的正弦波接到實驗?zāi)K的“信號輸入”，然后再將“FM調(diào)制輸出”與“FM調(diào)制輸入”相連，最后將實驗板上的“GND”與實驗箱主板“GND”相連。 （3）插上電源線，按下電源開關(guān)，使之處于“開”，船形開關(guān)亮，然后

20、測量各點波形。 （4）改變輸入正弦波的頻率，觀察波形變化。四、測量點說明1信號輸入：正弦信號為1KHz左右。2FM調(diào)制輸出：正弦信號控制VCO輸出的FM已調(diào)信號波形。3FM解調(diào)輸出：經(jīng)過CD4046解調(diào)后的輸出波形。五、實驗報告要求1根據(jù)所觀察的實驗結(jié)果分析FM調(diào)制解調(diào)原理？2CD4046的VCO中心頻率受哪些因素影響，如何確定中心頻率？3當輸入正弦信號的頻率大于或小于一定范圍時，分析波形失真的原因。4. 寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗有何改進意見。實驗三 脈沖編碼調(diào)制（PCM）實驗實驗三 脈沖編碼調(diào)制(PCM)實驗一、實驗?zāi)康?.加深對PCM編碼工作過程的理解。2.掌握PCM編、譯碼

21、的時序關(guān)系。3.熟悉PCM編、譯碼專用集成芯片的使用方法及其要求,驗證PCM編譯碼原理。4.觀察PCM編譯碼電路的測量點波形。二、實驗工作原理在分析PCM編譯碼工作原理之前，鑒于我國采用的是A律量化特性，因此，首先對本實驗電路中使用的專用集成電路TP3067芯片作一介紹：（一）PCM專用集成電路TP30671.引腳功能說明引腳功能說明見下表1圖1 TP3067引腳圖引腳號符 號功 能1VPO+接收功率放大器非倒相輸出2GNDA模擬地3VPO-接收功率放大器倒相輸出4VPI接收功率放大器倒相輸入5VFRO接收濾波器的模擬輸出6VCC正電源引腳，Vcc=+5V±5 7FSR接收的幀同步脈

22、沖，它啟動BCLKR， 于是PCM數(shù)據(jù)移入Dr，F(xiàn)SR為8KHz脈沖序列。8Dr接收幀數(shù)據(jù)輸入，PCM數(shù)據(jù)隨著FSR前沿移入Dr。9BCLKRCLKSEL在FSR的前沿后把數(shù)據(jù)移入Dr的位時鐘，其頻率可從64KHz到2.048MHz。另一方面它也可能是一個邏輯輸入，以此為在同步模式中的主時鐘選擇頻率1.536MHz/1.544MHz或2.048MHz。BCLKR 用在發(fā)送和接收兩個方向。10MCLKR/PDN接收主時鐘。其頻率可以為1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。它允許與MCLKx異步，但為了獲得最佳性能應(yīng)當與MCLKx同步，當MCLKR連續(xù)聯(lián)在低電位時，MCLKx被選用

23、為所有內(nèi)部定時，當MCLKR連續(xù)工作在高電位時，器件就處于掉電模式。11MCLKx發(fā)送主時鐘，其頻率可以是1.536MHz，1.544MHz或2.048MHz，它允許與MCLKR異步，同步工作能實現(xiàn)最佳性能。12BCLKx把PCM數(shù)據(jù)從Dx上移出的位時鐘，其頻率可從64KHz變至2.048MHz，但必須與MCLKx同步。13Dx由FSx啟動的三態(tài)PCM數(shù)據(jù)輸出14FSx發(fā)送幀同步脈沖輸入，它啟動BCLKx，并使Dx上PCM數(shù)據(jù)移出。15TSx開漏輸出，在編碼器時隙內(nèi)為低電平脈沖。16ANLB模擬環(huán)回路控制輸入，在正常工作時必須置為邏輯“0”，當拉到邏輯“1”時，發(fā)送濾波器和發(fā)送前置放大器輸出的

24、連接線被斷開，而改為和接收功率放大器的VPO+輸出連接。17GSx發(fā)送輸入放大器的模擬輸出。用來在外部調(diào)節(jié)增益。18VFxI-發(fā)送輸入放大器的倒相輸入。19VFxI+發(fā)送輸入放大器的非倒相輸入。20VBB負電源引腳，VBB=-5V±5表1 引腳功能說明2. PCM專用集成電路TP3067功能框圖TP3067是CMOS工藝制造的單片PCM的A律編譯碼器，并且片內(nèi)帶有輸入輸出話路濾波器。 PCM專用集成電路TP3067功能框圖如圖2所示。 圖2 集成電路TP3067功能框圖（二）PCM編譯碼原理脈沖編碼調(diào)制（PCM）簡稱為脈碼調(diào)制，它是一種將模擬語音信號變換成數(shù)字信號的編碼方式。脈碼調(diào)制

25、的過程如圖3所示。PCM主要包括抽樣、量化與編碼三個過程。抽樣是把時間連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成時間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號；量化是把時間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號轉(zhuǎn)換成時間離散、幅度離散的數(shù)字信號；編碼是將量化后的信號編碼形成一個二進制碼組輸出。國際標準化的PCM碼組（電話語音）是用八位碼組代表一個抽樣值。編碼后的PCM碼組，經(jīng)數(shù)字信道傳輸，在接收端，用二進制碼組重建模擬信號，在解調(diào)過程中，一般采用抽樣保持電路。預(yù)濾波是為了把原始語音信號的頻帶限制在3003400Hz左右，所以預(yù)濾波會引入一定的頻帶失真。發(fā)送端接收端模擬信源抽樣器預(yù)濾波器模擬終端波形編碼器量化、編碼數(shù)字信道波形解碼器重建濾波器抽樣保

26、持、低通圖3 PCM 調(diào)制原理框圖（三）實驗電路的工作原理本實驗采用大規(guī)模集成電路TP3067對語音信號進行PCM編、解碼。TP3067在一個芯片內(nèi)部集成了編碼電路和譯碼電路，是一個單路編譯碼器。其編碼速率為2.048MHz，每一幀數(shù)據(jù)為8位，幀同步信號為8KHz。模擬信號在編碼電路中，經(jīng)過抽樣、量化、編碼，最后得到PCM編碼信號。在單路編譯碼器中，經(jīng)變換后的PCM碼是在一個時隙中被發(fā)送出去的，在其他的時隙中編譯碼器是沒有輸出的，即對一個單路編譯碼器來說，它在一個PCM幀（32個時隙）里，只在一個特定的時隙中發(fā)送編碼信號。同樣，譯碼電路也只是在一個特定的時隙（此時隙應(yīng)與發(fā)送時隙相同，否則接收不

27、到PCM編碼信號）里才從外部接收PCM編碼信號，然后進行譯碼，經(jīng)過帶通濾波器、放大器后輸出。具體電路圖如圖4所示。 GND 64K時鐘輸入 2.048M時鐘輸入 譯碼輸出 譯碼輸入 編碼輸出 編碼輸入圖4 PCM編解碼電路原理圖三、實驗步驟 （1）取出“脈沖編碼調(diào)制實驗”模塊，插在實驗箱上固定。（2）連線。首先將“+5V”、“-5V”連接到實驗板，注意不要接反。然后，將時鐘源“8K”與“2048K”分別接到實驗?zāi)K的“8K clock”和“2.048M clock”，并將由信號源產(chǎn)生的1K左右的正弦波接到實驗?zāi)K的“編碼輸入”，然后再將“編碼輸出”與“譯碼輸入”相連，最后將實驗板上的“GND”

28、與實驗箱主板“GND”相連。 （3）插上電源線，按下電源開關(guān)，使之處于“開”，船形開關(guān)亮，然后測量各點波形。 （4）改變輸入正弦波的頻率，觀察波形變化。四、測量點說明1.8K時鐘：幀同步信號為8KHz。2.2048K時鐘：主時鐘2.048MHz。3.編碼輸出：PCM編碼時的輸出波形。4.譯碼輸出：PCM譯碼時的輸出波形。五、實驗報告要求 1TP3067 PCM編碼器輸出的PCM數(shù)據(jù)的速率是多少？在本次實驗系統(tǒng)中，為什么要給TP3067提供2.048MHz的時鐘？2為什么實驗時觀察到的PCM編碼信號總是隨時變化的？3當輸入正弦信號的頻率大于3400Hz或小于300Hz時，分析脈沖編碼調(diào)制和解調(diào)的

29、波形。4.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗有何改進意見。六、注意事項 編譯碼器芯片是本實驗中最易受損器件，稍有不慎就有燒壞的可能，所以在實驗中要求特別細致，做到以下幾點:(1)在使用中要注意編譯碼器芯片說明中的要求。(2)在實驗中要細心，接線正確，避免因接線錯誤或探頭抖動等導(dǎo)致測點短路；(3)在關(guān)電源之前應(yīng)該首先將所有外來的輸入信號(如時鐘，同步脈沖等)去除，即先關(guān)掉其他幾部分的電源，最后關(guān)編譯碼器的電源，以免在關(guān)電后仍有信號輸入。并將示波器去掉，以免關(guān)電后因示波器引起的靜電對芯片產(chǎn)生影響。實驗四 AMI/HDB3編譯碼實驗實驗四 AMI / HDB3編譯碼實驗一、實驗?zāi)康?.熟悉AMI

30、/HDB3編譯碼的工作過程。2.觀察AMI/HDB3碼型變換編譯碼電路的測量點波形。二、實驗工作原理在分析HDB3數(shù)字基帶信號傳輸及HDB3碼型變換線路編譯碼工作原理之前，首先對本實驗電路中使用的HDB3專用集成電路CD22103芯片作一介紹：（一）HDB3專用集成電路CD221031.引腳功能說明第1腳：NRZ-IN 發(fā)端非歸零碼輸入腳 欲需進行HDB3編碼的非歸零輸入數(shù)據(jù)，它被編碼時鐘CP1的下降沿定位。第2腳：CTX 發(fā)端編碼時鐘輸入腳 對NRZI數(shù)據(jù)編碼的輸入時鐘。第3腳：AMIHDB3碼變換方式選擇輸入腳，若AMI / HDB3=L，為NRZAMI編譯碼；若AMIHDB3H,為HDB

31、3編譯碼。第4腳：NRZ-OUT 收端非歸零碼輸出腳譯碼后非歸零數(shù)據(jù)，它定位于CP2上升沿。第5腳：CRX 收端解碼時鐘輸入腳對AIN、BIN數(shù)據(jù)進行解碼的時鐘信號。 圖1 CD22103的引腳第6腳：RAIS 輸入HDB3碼連零告警置位端。第7腳：AIS HDB3碼連零告警輸出端。當RAIS L時，譯碼計數(shù)器清零，此后若 AIS=L，表示前段在RAIS = H期間譯碼過程中出現(xiàn)不少于3個“0”；若AIS=H，表示出現(xiàn)少于3個“0”。當RAIS = H時，使譯碼計數(shù)器工作，進行連“0”統(tǒng)計。第8腳：VSS 地。第9腳：ERR 收端誤碼檢測輸出端，它以違犯HDB3編碼規(guī)律為標準，統(tǒng)計接收HDB3

32、碼的錯誤情況。若HDB3碼出現(xiàn)同極性的3個“1”時，則ERR = H。 第10腳：CKR 收端時鐘輸出端 提供為位同步需要的時鐘信息，若LTE = L，CP3 =+HDB3-IN + -HDB3-IN； 若LTE = H，則 CP3 =-HDB3-OUT + +HDB3-OUT 第11腳：-HDB3-IN 解碼輸入端（-）第13腳：+HDB3-IN 解碼輸入端（+） 表示接收的欲解碼兩路單極性HDB3（）、（一）碼序列，它輸入后被解碼時鐘CP2的上升沿抽樣。第12腳：LTE 工作自環(huán)控制輸入腳 自環(huán)/工作控制信號，當：LTE = L，為正常工作狀態(tài)，編解碼器獨立，異步地工作：當LTE = H，

33、內(nèi)部將-HDB3-OUT與+HDB3-IN，+HDB3-OUT與-HDB3-IN短接，CP3 = -HDB3-OUT + +HDB3-OUT ，電路處于環(huán)路測試狀態(tài)，此時NRZ相對于NRZ0延時6.5個時鐘周期。第14腳：-HDB3-OUT 發(fā)端編碼輸出端（一）第15腳：+HDB3-OUT 發(fā)端編碼輸出端（） 表示編碼后HDB3的兩路單極性碼序列，通常經(jīng)變壓器合成三電平HDB3碼。HDB3碼輸出。第16腳：VDD 正電源，電壓通常為+5V±5。CD22103是一個LSI SOS 集成芯片, 完成AMI/HDB3 編譯碼功能,并具有誤碼檢測功能。應(yīng)用于2.048 Mb/s 和8.448

34、 Mb/s 傳輸中, 編解碼數(shù)據(jù)速率范圍為50 kb/s10Mb/s , 并在某種程度上與CCITT G.703 的推薦相一致。2.集成電路CD22103功能框圖 集成電路CD22103功能框圖如圖2所示。 圖2 集成電路CD22103功能框圖（二）AMI/HDB3編譯碼原理AMI碼就是將單極性脈沖序列中相鄰的“1”碼(即正脈沖)變?yōu)闃O性交替的正、負脈沖?！?”碼保持不變，將“1”碼變?yōu)?1與-1交替的脈沖。HDB3碼是一種AMI碼的改進型，其編碼原理可簡述為：在消息的二進制代碼序列中，(1)當連“0”碼的個數(shù)不大于3時，HDB3編碼規(guī)律與AMI碼相同，即“1”碼變?yōu)椤?1”與“-1”交替的脈

35、沖；(2)當代碼序列中出現(xiàn)4個連“0”碼或超過4個連“0”碼時，將連“0”段按4個“0”分節(jié)，即“0000”，并使第4個“0”碼變?yōu)椤?”碼，用V脈沖表示。這樣可以消除長連“0”現(xiàn)象。為了便于識別V脈沖，使V脈沖極性與前一個“1”脈沖極性相同。這樣就破壞了AMI碼極性交替的規(guī)律，所以V脈沖為破壞脈沖，把V脈沖和前3個連“0”稱為破壞節(jié)“000V”；(3)為了使脈沖序列仍不含直流分量，則必須使相鄰的破壞點V脈沖極性交替；(4)為了保證前面兩條件成立，必須使相鄰的破壞點之間有奇數(shù)個“1”碼。如果原序列中破壞點之間的“1”碼為偶數(shù)，則必須補為奇數(shù)，即將破壞節(jié)中的第一個“0”碼變?yōu)椤?”，用B脈沖表示

36、。這時破壞節(jié)變?yōu)椤癇00V”形式。B脈沖極性與前一“1”脈沖極性相反，而B脈沖極性和V脈沖極性相同。例如：NRZ碼：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1AMI碼：-1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1HDB3碼：-1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 B0 0-V +1 -1雖然HDB3碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡單。從上述原理可以看出:每個破壞符號V總是與前一非0符號同極性(包括B在內(nèi))。這就是說，從收到的符號序列中易找到破壞點V，于是也斷定V符號及其前面的3個符號必是連0符號，從而恢復(fù)

37、4個連0碼，再將所有-1變成+1便得到原消息代碼。（三）實驗電路的工作原理當芯片第3腳為高電平時為HDB3編解碼器，接低電平時為AMI編解碼器。輸入的由m序列發(fā)生器產(chǎn)生的NRZ信號通過編解碼輸出兩路并行信號+HDB3 OUT和-HDB3 OUT，它們都是占空比為50%的單極性脈沖信號，分別與AMI/HDB3碼的正、負極性脈沖相對應(yīng)，這兩路信號經(jīng)單/雙極性變換后可得到HDB3碼。對于單/雙極性變換是采用模擬開關(guān)CD4052，將兩路單極性信號作為控制信號輪流選通+5V和-5V，輸出信號即為HDB3碼，這種方法得到的HDB3碼現(xiàn)象明顯，便于觀察。圖3 AMI/HDB3編解碼電路原理圖在對AMI/HD

38、B3碼進行譯碼之前，同樣也是將信號經(jīng)雙/單極性變換得到相應(yīng)的正、負極性信號在送入解碼芯片。本實驗直接把PIN11與PIN14相連，PIN13與PIN15相連，即HDB3編碼器負碼輸出端與解碼器負碼輸入端相連，HDB3編碼器正碼輸出端與解碼器正碼輸入端相連，從而實現(xiàn)了編碼輸出經(jīng)理想信道后無失真送入解碼器。這樣在位同步時鐘作用下可得到NRZ信號。由于編碼時鐘下降沿有效，而解碼時鐘上升沿有效，使時鐘一路通過一個非門反相后輸入2腳，另一路直接輸入到5腳，即可實現(xiàn)位同步。三、實驗步驟 （1）取出“AMI/HDB3編譯碼實驗”模塊，插在實驗箱上固定。（2）連線。首先將“+5V”、“-5V”連接到實驗板，注

39、意不要接反。然后，將時鐘源“64K”分別接到m序列的“時鐘輸入”和實驗?zāi)K的“CLOCK_IN”，并將m序列輸出接到實驗?zāi)K的“M_IN”，然后，再將PIN_11與PIN_14、PIN_13與PIN_15分別相連，最后將實驗板上的“GND”與實驗箱主板“GND”相連。 （3）開關(guān)設(shè)置：S1置于“M_IN”、S2置于“+5V”。主板m序列位數(shù)選擇開關(guān)置于“15位”。 （4）插上電源線，按下電源開關(guān)，使之處于“開”，船形開關(guān)亮，然后按一下主板m序列“觸發(fā)”開關(guān)，然后測量各點波形。 （5）改變開關(guān)S1、S2及m序列位數(shù)選擇開關(guān)位置，觀察波形變化。注意：由于m序列模塊產(chǎn)生的序列是由移位寄存器產(chǎn)生的，波

40、形直接觀察不穩(wěn)定，所以需要同步捕捉調(diào)節(jié)，這里由于同步時鐘設(shè)定為64K，所以觸發(fā)時間為15.6us。在示波器上設(shè)定如下：按一下“TRIG MENU/觸發(fā)菜單”，然后把觸發(fā)類型設(shè)為“脈沖”，信源設(shè)為“CH1”，當“=”，調(diào)節(jié)“TRIGGER LEVEL”旋鈕設(shè)脈沖為15.6 us。四、測量點說明1.K1：發(fā)端64KHz HDB3編碼的工作時鐘輸入。2.K2：發(fā)端數(shù)字基帶信碼輸入，碼型為：1111010110010003.編碼輸出：AMI編碼時的輸出波形。4.譯碼輸出：AMI譯碼時的輸出波形。五、實驗報告要求 1.根據(jù)實驗結(jié)果，畫出AMI/HDB3編譯碼電路的測量點波形圖，在圖上標上相位關(guān)系，并分析

41、時延。 2.根據(jù)實驗結(jié)果，闡述其工作過程。 3.分析在S1置于“GND”、S2置于“+5V”與S1置于“+5V”、S2置于“GND”這兩種情況下波形變化關(guān)系。4.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗有何改進意見。實驗五 FSK調(diào)制解調(diào)實驗實驗五 FSK調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康?.熟悉數(shù)字鎖相環(huán)CD4046、模擬高頻鎖相環(huán)NE564芯片的使用方法及工作原理。2.理解FSK調(diào)制工作原理及電路組成。3.掌握利用鎖相環(huán)解調(diào)FSK的原理和實現(xiàn)方法。二、實驗工作原理由于本實驗中所用到的調(diào)制芯片為鎖相環(huán)CD4046芯片、解調(diào)芯片為NE564芯片，前面鎖相環(huán)基本實驗講義中已有詳細介紹，這里不再贅述。數(shù)字頻率

42、調(diào)制是數(shù)據(jù)通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調(diào)制解調(diào)方式容易實現(xiàn)，抗噪聲和抗衰減性能較強，因此在中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。數(shù)字調(diào)頻又可稱作頻移鍵控FSK，它是利用載頻頻率變化來傳遞數(shù)字信息。數(shù)字調(diào)頻信號可以分為相位離散和相位連續(xù)兩種情形。若兩個振蕩頻率分別由不同的獨立振蕩器提供，它們之間相位互不相關(guān)，這就叫相位離散的數(shù)字調(diào)頻信號：若兩個振蕩頻率由同一振蕩信號源提供，只是對其中一個載頻進行分頻，這樣產(chǎn)生的兩個載頻就是相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號。本實驗電路中，由于m序列為兩電平信號，直接加到鎖相環(huán)CD4046上，產(chǎn)生兩種不同頻率信號實現(xiàn)了數(shù)字調(diào)頻。解調(diào)則采用高頻鎖相環(huán)NE564

43、，F(xiàn)SK集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器由于性能優(yōu)越，價格低廉，體積小，所以得到了越來越廣泛的應(yīng)用。（一）FSK調(diào)制工作原理二進制頻移鍵控，是用載波的頻率來攜帶二進制信息的調(diào)制方式。也就是說，0值對應(yīng)一個頻率f1，1對應(yīng)另一個頻率f2。二進制頻移鍵控可以采用模擬信號調(diào)頻電路來實現(xiàn)；但更容易實現(xiàn)的方法是鍵控法。由于二進制頻移鍵控已調(diào)信號可以看作兩個不同載波的幅度鍵控已調(diào)信號之和，它的頻帶寬度是兩倍的基帶信號寬度（B）和| f2- f1|之和，即 同時也是這種2FSK和2ASK的關(guān)系構(gòu)成了鍵控法實現(xiàn)2FSK的理論基礎(chǔ)，2FSK鍵控法理論框圖如圖1所示。 圖1 2FSK調(diào)制器（二）FSK解調(diào)工作原理FSK的

44、解調(diào)有很多方法，這里我們采用鎖相環(huán)來實現(xiàn)FSK解調(diào)。集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器的工作原理是十分簡單的，只要在設(shè)計鎖相環(huán)時，使它鎖定在FSK的一個載頻f1上，對應(yīng)輸出高電平，而對另一載頻f2失鎖，對應(yīng)輸出低電平，那么在鎖相環(huán)路濾波器輸出端就可以得到解調(diào)的基帶信號序列。（三）實驗電路的工作原理（a）鎖相環(huán)CD4046調(diào)制(b) 鎖相環(huán)NE564解調(diào)圖2 FSK調(diào)制解調(diào)實驗電路原理圖三、實驗步驟 （1）取出“FSK調(diào)制解調(diào)實驗”模塊，插在實驗箱上固定。（2）連線。首先將“+5V”、“+5V”連接到實驗板，注意不要接反。然后將由產(chǎn)生的m序列（時鐘為8KHz）接到實驗?zāi)K的“信號輸入”，然后再把經(jīng)由CD4

45、046產(chǎn)生的“調(diào)制輸出”與“解調(diào)輸入”相連，將“解調(diào)輸出”用線引出，以備觀察。最后將實驗板上的“GND”與實驗箱主板“GND”相連。 （3）插上電源線，按下電源開關(guān)，使之處于“開”，船形開關(guān)亮，然后測量各點波形。 （4）改變輸入m序列的頻率，用示波器觀察調(diào)制解調(diào)波形變化。注意：由于m序列模塊產(chǎn)生的序列是由移位寄存器產(chǎn)生的，波形直接觀察不穩(wěn)定，所以需要同步捕捉調(diào)節(jié)，這里由于同步時鐘設(shè)定為8K，所以觸發(fā)時間為125us。在示波器上設(shè)定如下：按一下“TRIG MENU/觸發(fā)菜單”，然后把觸發(fā)類型設(shè)為“脈沖”，信源設(shè)為“CH1”，當“=”，調(diào)節(jié)“TRIGGER LEVEL”旋鈕設(shè)脈沖為125 us。四

46、、測量點說明1. 信號輸入：輸入的m序列波形。2. 調(diào)制輸出：經(jīng)由CD4046產(chǎn)生的調(diào)制信號。3. 解調(diào)輸出：經(jīng)由鎖相環(huán)NE564輸出的解調(diào)信號波形。五、實驗報告要求 1根據(jù)所觀察的實驗結(jié)果及步驟分析FSK工作原理？2畫出本實驗中FSK調(diào)制、解調(diào)的原理框圖。 3. 寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗有何改進意見。實驗六 2DPSK調(diào)制解調(diào)實驗實驗六 2DPSK調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康?.熟悉2DPSK調(diào)制解調(diào)的工作原理。2.掌握絕對碼與相對碼的變換電路及關(guān)系。3.觀察電路的各測量點波形。二、實驗工作原理（一）2DPSK調(diào)制解調(diào)原理二進制相移鍵控，是用載波的相位來攜帶二進制信息的調(diào)制方式。通

47、常用0o和180o來分別代表0和1。由于它是利用載波相位的絕對值來傳遞信息，因此又稱為絕對調(diào)相。這種調(diào)制方式由于在接收端恢復(fù)載波時存在相位模糊問題，可能導(dǎo)致信息傳送失敗。因此就引入了另一種相位調(diào)制方法二進制差分相移鍵控。2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數(shù)字信息。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為，可定義一種數(shù)字信息與之間的關(guān)系為 = 0, 表示數(shù)字信息“0” , 表示數(shù)字信息“1”則信號碼元可以表示為：為前一碼元的相位。 實現(xiàn)二進制差分相移鍵控的最常用的方法是：先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，然后對變換出的差分碼進行絕對調(diào)相即可。2DPSK信號調(diào)制器原理圖如圖1 所示。圖

48、1 2DPSK信號的模擬調(diào)制方框圖2DPSK信號解調(diào)可以采用相干解調(diào)方式，也可以采用差分相干解調(diào)，用差分相干解調(diào)這種方法解調(diào)時不需要恢復(fù)本地載波，只要將DPSK信號精確地延遲一個碼元時間間隔，然后與DPSK信號相乘，相乘的結(jié)果就反映了前后碼元的相對相位關(guān)系，經(jīng)低通濾波后直接抽樣判決即可恢復(fù)出原始的數(shù)字信息，而不需要在進行差分解碼，解調(diào)器原理圖如圖2所示。圖2 2DPSK信號的差分相干解調(diào)框圖實驗中，2DPSK解調(diào)電路采用簡單的異或鑒相器，將已調(diào)信號作為一個輸入，并將調(diào)制端載波作為另一端輸入，經(jīng)與高電平異或后獲得相對碼，然后再經(jīng)過相對碼變絕對碼電路即可恢復(fù)出原始的基帶信號。（二）實驗電路的工作原

49、理圖3 2DPSK調(diào)制解調(diào)電路原理圖輸入的M序列首先經(jīng)過絕對碼-相對碼變換電路后，變成相對碼，然后采用CD4052按照絕對調(diào)相產(chǎn)生2DPSK已調(diào)信號，然后與載波異或，再與高電平異或取反碼獲得相對碼，最后經(jīng)過相對碼-絕對碼變換電路即可恢復(fù)出原始的M序列信號。實驗中M序列采用8K時鐘，載波為16K。三、實驗步驟（1）取出“2DPSK調(diào)制解調(diào)實驗”模塊，插在實驗箱上固定。（2）連線。首先將“+5V”、“-5V”連接到實驗板，注意不要接反。然后，將時鐘源“8K”分別接到M序列的“時鐘輸入”和實驗?zāi)K的“同步時鐘”，并將M序列輸出接到實驗?zāi)K的“M序列輸入”，然后，再將16K與實驗?zāi)K的“載波”與“相干

50、載波”相連，“調(diào)制輸出”與“解調(diào)輸入”相連，最后將實驗板上的“GND”與實驗箱主板“GND”相連。 （3）開關(guān)設(shè)置：主板M序列位數(shù)選擇開關(guān)置于“15位”。 （4）插上電源線，按下電源開關(guān)，使之處于“開”，船形開關(guān)亮，然后按一下主板M序列“觸發(fā)”開關(guān)，然后測量各點波形。 （5）將“解調(diào)輸出”與“整形輸入”相連，高頻載波選用16K2048K，觀察“整形輸出”波形變化。四、測量點說明1.發(fā)端數(shù)字基帶信碼輸入，碼型為：1111010110010002.K1：相對碼輸出，碼型為：0101001101110003.調(diào)制輸出：2DPSK調(diào)制的輸出波形。4.解調(diào)輸出輸出：2DPSK解調(diào)的輸出波形。5.整形輸出：