簡單△M增量調(diào)制器設(shè)計(共26頁)

1、 PAGE 28課 程 設(shè) 計 報 告課程名稱 通信(tng xn)原理 課題(kt)名稱 簡單(jindn)M增量調(diào)制器設(shè)計 專 業(yè) 電子信息 班 級 電子信息1201 學(xué) 號 201201030119 姓 名 許振躍 指導(dǎo)教師 熊卓列 2015年 1 月 5 日湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課程名稱 通信(tng xn)原理 題 目 簡單(jindn)M增量調(diào)制器設(shè)計(shj) 專業(yè)班級 電子信息1201 學(xué)生姓名 許振躍 學(xué)號 201201030119 指導(dǎo)老師 熊卓列 審 批 任務(wù)書下達日期 2014 年12 月22日設(shè) 計 完成日期 2015 年 1 月 5 日 設(shè)計內(nèi)容與設(shè)

2、計要求一、設(shè)計內(nèi)容1、本地譯碼電路2、相加電路， 3、誤差信號放大器3、限幅放大電路， 4、定時判決電路， 5、時鐘源產(chǎn)生電路二、總體要求思路清晰，給出整體設(shè)計框圖，畫出整機原理圖；2、給出具體設(shè)計思路，畫出單元電路，并進行電路原理的分析；3、采用System View仿真軟件對系統(tǒng)進行仿真，并將仿真結(jié)果，打印在圖紙上；4、編寫設(shè)計說明書；5、說明書和所有圖紙要求用計算機打印。 三、具體電路指標(biāo)要求1、輸入信號: 0.3K-3.4K語音信號(測評信號1K單頻正弦信號)2、輸出信號振幅：高電平時3V，低電平時0.3V3、時鐘源輸出頻率:115.2KHZ四、給定條件1、+VCC=12V， VEE=

3、-12V2、主要器件：各類三極管、電阻、電容，觸發(fā)器、與非門。主要設(shè)計條件1、提供通信實驗箱一臺；2、提供直流電源一臺；4、其它相關(guān)儀器若干；3、必要的元器件和導(dǎo)線等；4、計算機。說明書格式1、課程設(shè)計封面；2、任務(wù)書；3、說明書目錄；4、設(shè)計總體思路，基本原理和框圖；5、單元電路設(shè)計；6、仿真結(jié)果；7、調(diào)試步驟；8、總結(jié)與體會；9、附錄；10、參考文獻；11、整機原理圖。進度安排十七周星期一上午：下達設(shè)計任務(wù)書，介紹課題內(nèi)容與要求；十七周星期一下午至星期三上午：查找資料，確定總體設(shè)計方案，畫出整機原理圖草圖；十七周星期三下午至星期五：具體電路設(shè)計；十八周星期一上午至星期星期五上午書寫設(shè)計報告

4、打印出圖紙。十八周星期五下午：答辯。 參考文獻1. 樊昌信主編.，通信原理，電子工業(yè)出版社.。 2、閻石主編數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社。 3、模擬電路技術(shù)基礎(chǔ)康華光主編，高等教育出社 4、高頻電子線路高吉祥主編，電子工業(yè)出版社目錄(ml)1、增量調(diào)制基本原理62、簡單增量調(diào)制的原理框圖(kungt)和總設(shè)計思路62.1 簡單(jindn)增量調(diào)制的原理框圖62.2 簡單增量調(diào)制的總原理框圖83、各單元電路設(shè)計 93.1 加法器 9 3.2 反相器10 3.3 放大單元103.4 限幅電路 113.5 比較單元123.6 單雙變換133.7 積分單元14 3.8 射隨器154、系統(tǒng)(xtng

5、)調(diào)試165、系統(tǒng)仿真步驟(bzhu)與參數(shù)176、系統(tǒng)仿真(fn zhn)圖與波形187、心得體會198、參考文獻209、電路總圖211、增量調(diào)制基本原理增量調(diào)制也稱增量脈沖碼調(diào)制方式（），簡稱，它是繼PCM后出現(xiàn)的又一種模擬信號數(shù)字化方法。它是一種把信號上采樣的樣值作為預(yù)測值的單純預(yù)測騙碼方式。增量調(diào)制是預(yù)測編碼方式中最簡單的一種，它將信號瞬時值與前一個抽樣時刻的量化值之差進行量化，而且只對這個差值的符號進行編碼，而不對差值的大小進行編碼，因此量化只限于正和負(fù)兩個電平，只用一比特傳輸一個樣值。如果差值是正的，就發(fā)“”碼，若差值為負(fù)的，就發(fā)“”碼，因此數(shù)碼“”和“”只是表示信號相對于前一時刻

6、的增減，不化表信號的絕對值。在接收端，每收到一個“”碼，譯碼器的輸出相對于前一個時刻的值上升一個量階；每接收一個“”碼就下降一個量價。當(dāng)收到連“”碼時，表示信號連續(xù)增長；當(dāng)收到連“”時，表示信號連續(xù)下降。與PCM相比(xin b)增量調(diào)制有以下優(yōu)點： (1) 在比特率較低時，增量調(diào)制的量化信噪比高于PCM的量化信噪比； (2) 增量調(diào)制的抗誤碼率性能(xngnng)好。能工作于誤碼率為的信道(xn do)中，而PCM要求誤碼率通常為 (3) 增量調(diào)制的譯碼器比PCM簡單。2、簡單增量調(diào)制的設(shè)計原理和框圖 2.1 簡單增量調(diào)制的設(shè)計原理 總的來說，簡單增量調(diào)制要經(jīng)過編碼和本地譯碼兩個部分。它的編

7、碼思想如下 假設(shè)一個模擬信號 (為作圖方便起見，令 0)，可以用一時間間隔為，幅度差為的階梯波形去逼近它，如圖2.1所示。只要足夠小，即抽樣頻率足夠高，且足夠小，則可以相當(dāng)近似于。在這里把稱作量化階，稱為抽樣間隔。 圖2.1 簡單增量調(diào)制的編碼(bin m)過程 逼近(bjn)的物理(wl)過程是這樣的：在時刻用與比較，倘若，就讓上升一個量階段，同時調(diào)制器輸出二進制“1”；反之就讓下降一個量階段，同時調(diào)制器輸出二進制“0”。根據(jù)這樣的編碼思路，結(jié)合圖2.1的波形，就可以得到一個二進制代碼序列010101111110。除了用階梯波去近似以外，也可以用鋸齒波去近似。而鋸齒波也只有斜率為正和斜率為負(fù)

8、兩種情況，因此也可以用“1”碼表示正斜率和“0”碼表示負(fù)斜率，以獲得一個二進制代碼序列。 簡單增量調(diào)制的本地譯碼思想如下 與編碼相對應(yīng)，譯碼也有兩種情況，一種是收到“1”碼上升一個量化階(跳變)，收到“0”碼下降一個量化階(跳變)，這樣就可以把二進制代碼經(jīng)過譯碼變成這樣的階梯波。另一種是收到“1”碼后產(chǎn)生一個正斜變電壓，在時間內(nèi)上升一個量化階，收到一個“0”碼產(chǎn)生一個負(fù)的斜變電壓，在時間內(nèi)均勻下降一個量化階。這樣，二進制碼經(jīng)過譯碼后變?yōu)槿邕@樣的鋸齒波?？紤]電路上實現(xiàn)的簡易程度，一般都采用后一種方法。這種方法可用一個簡單RC積分電路把二進制碼變?yōu)椴ㄐ?，如圖2.2所示。圖中假設(shè)二進制雙極性代碼為1

9、010111時與的波形。圖2.2 簡單(jindn)增量調(diào)制譯碼原理圖 2.2 簡單(jindn)增量調(diào)制的總原理框圖 簡單增量調(diào)制總的原理框圖(kungt)如下圖2.3所示圖2.3 簡單增量調(diào)制總原理框圖在圖2.3中，信號通過一個加法器得到誤差信號e(t),由于在經(jīng)過加法器后得到的是一個反相的信號，所以在加法器后還要再接上一上反相器以為信號變?yōu)楹驮瓉淼南辔灰粯?。然后再?jīng)過一個放大器再經(jīng)過一個零偏置電路得到一個雙極性信號，雙極性信號再通過一個限幅電路（相當(dāng)于一個開關(guān)電路）把信號限制在03伏之間，信號再接入到一個比較器再加上CP脈沖出來得到一個單極性信號，信號再經(jīng)過一個單雙變換把電壓信號轉(zhuǎn)換為雙

10、極性電流信號I然后經(jīng)過一個積分器和射隨器得出一個反饋信號再接入到加法器。 3、各單元(dnyun)電路設(shè)計 3.1 加法器 加法器可以用一個(y )電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路來實現(xiàn)。電路圖如下圖3.1 圖3.1加法(jif)電路 由上圖易得電路的表達式為： 這就是加法運算的表達式，式中負(fù)號(f ho)是因反相輸入所引起的。若R1=R2=R3，則變?yōu)?3.2 反相器 反相器如下(rxi)圖3.2所示，它主要是為了將負(fù)的信號(xnho)變換為正的信號，然后經(jīng)過限幅電路送入比較器。圖3.2 反相器輸入信號從運算放大器的反相端輸入，所以輸出端的信號發(fā)生反相，將負(fù)信號變成了正信號。 3.3 放大單元放大電路(d

11、inl)如下圖3.3所示，下圖為一個電流放大電路。它對電流有放大作用。同時也可相當(dāng)于一個射極跟隨器，可減小負(fù)載變動對輸出電壓的影響。圖3.3 放大(fngd)電路 3.4 限幅電路(dinl)限幅器是一個具有非線性電壓傳輸特性的運放電路。其特點是：當(dāng)輸入信號電壓在某一范圍時，電路處于線性放大狀態(tài)，具有恒定的放大倍數(shù)；而超出此范圍，進入非線性區(qū)，放大倍數(shù)接近于零或很低。限幅電路常用于：整形，如削去波形頂部或底部的干擾。波形變換，如將輸出信號中的正脈沖削去，只留下其中的負(fù)脈沖。過壓保護，如強的輸出信號或干擾有可能損壞某個部分時，可以這個部件前接入限幅電路。限幅電路按功能分為上限限幅電路，下限限幅電

12、路和雙向限幅電路3種。在上限限幅電路中，當(dāng)輸入信號電壓低于某一事時設(shè)計好的上限電壓時，輸出電壓將隨輸入電壓增減；但當(dāng)輸入電壓達到或超過上限電壓時，輸出電壓將保持為一個固定值，不再隨輸入電壓而變，這樣信號幅度將在輸出端受到限制。同樣，下限限幅電路將輸入電壓低于某一下限電平時受到限幅作用。限幅電路如下圖3.4所示圖3.4 限幅電路(dinl) 上圖中，Q1、Q2處于開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)輸入為一個(y )高電平時，Q1導(dǎo)通，Q2截止，輸出的是高電平；當(dāng)輸入為一個低電平時，Q1截止，Q2導(dǎo)通，輸出的為低電平信號。 3.5 比較(bjio)單元 本比較(bjio)單元用D觸發(fā)器來實現(xiàn)。如下圖3.5.1所示，D觸

13、發(fā)器的狀態(tài)方程為：Qn+1=D。其狀態(tài)的更新(gngxn)發(fā)生在CP脈沖的邊沿，74LS74（CC4013），74LS175 （CC4042）等均為上升沿觸發(fā)，故又稱之為上升沿觸發(fā)器的邊沿觸發(fā)器，觸發(fā)器的狀態(tài)只取決于時針到來前D端的狀態(tài)。 圖3.5.1 雙D觸發(fā)器圖3.5.2 D觸發(fā)器邏輯(lu j)符號 它的功能如下： 當(dāng)CP=0時，觸發(fā)器不工作，處于維持狀態(tài)。當(dāng)CP=1時，它的功能如下：當(dāng)D=0時，次態(tài)=0， 當(dāng)D=1時，次態(tài)=1。 3.6 單雙變換(binhun) 單雙變換電路及其參數(shù)設(shè)置如下圖3.6所示，Q1、Q2均處于開關(guān)狀態(tài)(zhungti)。當(dāng)Vi加高電平時，Q1管導(dǎo)通，Q2截止

14、,此時U0為高電位對積分器電容進行沖電；當(dāng)Vi加入低電平時，Q1截止，Q2管導(dǎo)通，U0了低電位，積分器電容處于放電狀態(tài)。 圖3.6 單雙變換(binhun)電路 3.7 積分(jfn)單元 積分器電路(dinl)如下圖3.7所示，假設(shè)電容器C初始電壓為零，則：（設(shè)2-3之間電壓為） 上式表明，輸出電壓為輸入電壓對時間的積分，負(fù)號表示信號是從運放的反相輸入端輸入的。當(dāng)輸入信號為階躍電壓時 ，在它的作用下，電容將以近似恒流方式進行充電，輸出電壓與時間t成近似線性關(guān)系。 圖3.7 積分器 RC必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于時鐘(shzhng)頻率的周期tk，而任務(wù)書上給出時鐘源輸出頻率f=115.2KHz，則取RC=

15、11.52tk=11.52/f=0.0001s，選定(xun dn)電容C=0.25uF，求得R=0.4K。 3.8 射隨器 射隨器又稱射極跟隨(n su)器，是一種共集接法的電路，它從基極輸入信號，從射極輸出信號。它具有高輸入阻抗，低輸出阻抗，輸入信號與輸出信號相位相同的特點。本次接入射隨器是為了確保負(fù)載穩(wěn)定。射隨器電路如下圖3.8所示圖3.8 射隨器4、系統(tǒng)(xtng)調(diào)試 本次(bn c)系統(tǒng)調(diào)試可分為(fn wi)兩個步驟： 1. 開環(huán)時 接入加法器的反饋信號斷開，并使其接地。首先使輸入為一個高電平,反饋接地。由增量調(diào)制的原理可得: 由于沒反饋信號，誤差信號就是輸入信號,誤差信號經(jīng)過限

16、幅和比較器輸出全為“1”的編碼。而積分器之后輸出的本地譯碼則為正向性線增長的直線。 編碼輸出為: 1111111111 2. 閉環(huán)時 在閉環(huán)調(diào)試中，加法器的一端輸入信號源,另一端輸入反饋信號，加法器將輸出比較后的差值，如果差值是正的,則輸出為“1”表示，反之為“0”。輸出的此時如果輸入的為一個高電平,此時反饋信號從零開始，由于輸入大于輸出，所以此時輸出為“1”；在下一個時間周期內(nèi)輸入信號仍大于反饋信號，此時繼續(xù)輸出“1”。直到反饋信號大于輸入信號時，才輸出“0”。如此循環(huán)得到的碼型如下。如果輸入的是低電平,輸出的則先為“1”，再為“0”，如此循環(huán)。如下圖所示: 輸入(shr)為高電平時: 11

17、1101010。 輸入(shr)為低電平時: 101010101。5、系統(tǒng)仿真步驟(bzhu)與參數(shù) 系統(tǒng)仿真步驟： 1. 系統(tǒng)框圖初步確定仿真所要求的元器件在Systemview連好仿真圖，并進行仿真。 2. 對初步仿真的結(jié)果進行核查，并找出比較合適的參數(shù)。 3. 找出比較合適的波形，并記錄好各元器件的參數(shù)。 6、系統(tǒng)仿真(fn zhn)圖與波形 系統(tǒng)仿真(fn zhn)圖如下圖6.1所示圖6.1 系統(tǒng)(xtng)仿真圖 系統(tǒng)輸入信號波形如下圖6.2所示圖6.2 系統(tǒng)(xtng)輸入信號波形 M編碼還原(hun yun)信號如下(rxi)圖6.3所示圖6.3 M編碼還原信號 譯碼反饋信號波形

18、如下圖6.4所示圖6.4 譯碼反饋信號波形M編碼輸出信號波形如下圖6.5所示圖6.5M編碼(bin m)輸出信號(xnho)波形7、心得體會經(jīng)過一個學(xué)期通信(tng xn)原理課程的學(xué)習(xí)，感覺都是一些理論上的東西，沒有什么實際的電路圖好學(xué)習(xí)的，但是當(dāng)通信原理課程設(shè)計任務(wù)布置下來的時候，我就傻眼了。因為感覺自己什么都不會，然后就瘋狂的看書，連著兩天把通信原理這本書給看完了，終于我對通信原理有了一個整體的把握。然后在結(jié)合熊卓列老師布置的課題，總算有個大概的思路了。但是，在設(shè)計具體的單元電路時，我明顯的感覺到我還有許多東西不懂，正是印證了那句古話：“書到用時方恨少！”我一直想自己來設(shè)計單元電路，但是糾結(jié)了兩天，都沒有任何進展的情況下，我向熊卓列老師說出自己心中的困惑，熊老師給我詳細(xì)的解答！讓我明白了，設(shè)計電路不是那么容易的事情，需要