通信原理实验.docx
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通信原理实验
本实验平台要求示波器最低配置为20M双踪模拟示波器，示波器的幅度档一般设置在2V档，探头1X无衰减。
测量时黑色的接地夹子应先接地。
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58TP01，“58TP01”中的“58”表示模块的标号，即“XXX模块”；“01”表示编号，“TP”表示常规测试点；“位:
A”表示此模块需要安置在底板的标号为“A”位置，合起来即表示“XXX模块”需安置在底板的标号为“A”位置，其中一个标号58TP01波形测量点（镀银测试针）。
另外，如标号为58P01，即表示一个信号输入（输出）连接点（铜质铆孔），如铆孔边的箭头背离铆孔，即表示是信号输出连接点；如箭头指向铆孔，即表示信号输入连接点。
本实验平台中，所有通信信号都是通过铆孔开放出来的，实验时需在了解实验结构的基础上，用铆孔连接线连接构成所需实验系统。
进行铆孔连接时，连接线接头插入铆孔后，轻轻旋转一个小角度，接头将和铆孔锁死；拔出时，回转一个小角度即可轻松拔出，切勿使用莽力拉扯，以免插头针断在铆孔中。
实验操作前，务必预习实验内容，在弄清楚实验要求和各模块功能的基础上，进行实验系统的连接构建。
电子元器件标号首字母的意思：
TP表示信号波形测量点，P表示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。
实验1555自激多谐振荡器实验
一、实验目的
1．了解555内部结构原理和逻辑功能；
2．掌握555构成的各种脉冲电路；
3．了解PAM抽样脉冲形成模块的使用方法和有关参数。
二、实验仪器
1．时钟与基带数据发生模块，位号：
G
2．频率计1台
3．20M双踪示波器1台
三、实验原理
555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，它的作用是产生频率可调的脉冲波形，其组成电路框图如图1-1所示。
它的功能表见表1-1。
555定时器有二个比较器A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。
三极管VT1为跟随器，对清零信号起缓冲作用。
三极管VT2做为开关使用，以便提高7端的负载能力。
比较器的输入端有一个由三个5k电阻组成的分压器，由此可以获得
和
两个分压值，一般称为阈值。
555定时器的1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端VCC。
555定时器的输出端电流可以达到200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。
图1-1555定时器电路框图
表1-1555定时器功能表
由电路框图和功能表可以得出如下结论：
1．555定时器有两个阈值，分别是
和
。
2．输出端3脚和放电端7脚状态一致，输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接有上拉电阻时，7脚为低电平。
输出高电平对应放电管截止，在有上拉电阻时，7脚为高电平。
3．输出端状态的改变有滞回现象，回差电压为
。
4．输出与触发输入反相。
掌握这四条，对分析555定时器组成的电路十分有利。
本实验平台上，采用555定时器电路来产生后续实验的抽样脉冲，输出频率覆盖范围为2KHZ～30KHZ。
本模块位于底板的左下角。
四、实验设置
W05：
抽样脉冲频率调节电位器。
K02：
选择开关，“555”档，即输出555定时器产生的矩形脉冲。
“C8”档，即输出与系统时钟同源的8KHZ的同步时钟。
P09：
抽样脉冲输出连接铆孔（注意铆孔下面标注的箭头方向。
若箭头背离铆孔，说明此铆孔点为信号输出孔；若箭头指向铆孔，说明此铆孔点为信号输入孔）。
五、实验内容及步骤
1．插入有关实验模块
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。
注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。
2．加电
打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。
若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。
3．开关K02拨在“555”档。
4．用示波器和频率计监测P09测试点，调节W05电位器（由于本信号带负载能力有限，如果同时接示波器和频率计后，测试的波形可能会失真。
5．记录P09测试点波形的频率调节范围，画出最小、最大等至少三个频率点的波形，注明必要的文字说明。
6.关机拆线
实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。
六、实验报告要求
1．画出555定时器内部结构原理示意图，简明叙述其工作原理。
2．画出本实验模块输出脉冲波形的最小、最大等至少三个频率点的波形，注明必要的文字说明。
实验2模拟信号源实验
一、实验目的
1．了解本模块中函数信号产生芯片的技术参数；
2．了解本模块在后续实验系统中的作用；
3．熟悉本模块产生的几种模拟信号的波形和参数调节方法。
二、实验仪器
1．时钟与基带数据发生模块，位号：
G
2．频率计1台
3．20M双踪示波器1台
4．小电话单机1部
三、实验原理
本模块主要功能是产生频率、幅度连续可调的正弦波、三角波、方波等函数信号（非同步函数信号），另外还提供与系统主时钟同源的2KHZ正弦波信号（同步正弦波信号）和模拟电话接口。
在实验系统中，可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用做PAM、PCM、ADPCM、CVSD（
M）等实验的音频信号源。
本模块位于底板的左边。
1．非同步函数信号
它由集成函数发生器XR2206和一些外围电路组成，XR2206芯片的技术资料可到网上搜索得到。
函数信号类型由三档开关K01选择，类型分别为三角波、正弦波、方波等；峰峰值幅度范围0～10V，可由W03调节；频率范围约500HZ～5KHZ，可由W02调节；直流电平可由W01调节（一般左旋到底）。
非同步函数信号源结构示意图，见图2-1。
图2-1非同步函数信号源结构示意图
2．同步正弦波信号
它由2KHz方波信号源、低通滤波器和输出放大电路三部分组成。
2KHz方波信号由“时钟与基带数据发生模块”分频产生。
U03及周边的阻容网络组成一个截止频率为2KHZ的低通滤波器，用以滤除各次谐波,只输出一个2KHz正弦波，在P04可测试其波形。
用其作为PAM、PCM、ADPCM、CVSD（
M）等模块的音频信号源，其编码数据可在普通模拟示波器上形成稳定的波形，便于实验者观测。
W04用来改变输出同步正弦波的幅度。
同步信号源结构示意图，见图2-2。
U04
图2-2同步函数信号源结构示意图
3.模拟电话输入电路
本模块提供了两路用户模拟电话接口，图2-3是其电路结构示意图。
J02A/J02B是电话机的水晶头接口，U01是PBL38614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PBL38614的TR对应的引脚输入，经U01内部二四线转换处理后从T端输出。
T端的模拟电话输出信号经P05/P07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U01芯片R端的输入信号可由P06/P08铜铆孔送入。
此时，在电话听筒中即可听到送入信号的声音。
图2-3用户电话结构示意图
四、各可调元件及测量点的作用
K01：
非同步函数信号类型选择，正弦波、三角波、方波。
W01：
非同步函数信号的直流电平调节，调节范围至少为0～2V，视信号幅度而定，一般调节为0V（出厂前已调好，该电位器学生可不调节）。
W02：
非同步函数信号的频率调节，一般使用频率值范围为1～4KHZ。
W03：
非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。
P03：
非同步函数信号的输出连接铆孔。
W04:
同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。
P04：
同步正弦波信号的输出连接铆孔。
J02A：
用户电话A的水晶头接口。
P05:
用户电话A语音发送信号输出铆孔。
P06:
用户电话A语音接收信号输入铆孔。
J02B：
用户电话B的水晶头接口。
P07:
用户电话B语音发送信号输出铆孔。
P08:
用户电话B语音接收信号输入铆孔。
五、实验内容及步骤
1．插入有关实验模块：
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。
注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。
2．加电：
打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。
若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。
3.非同步函数信号源测试：
频率计和示波器监测P03测试点，按上述设置测试非同步函数信号源输出信号波形，记录其波形参数。
4．同步正弦波信号源测试：
频率计和示波器监测P04测试点，按上述设置测试同步正弦波信号源输出信号波形，记录其波形参数。
5．用户电话测试：
1）电话模块接上电话单机，说话或按住某个数字键不放，用示波器测试其发端波形。
2）用信号连接线连接P03与P06（或P08）铆孔，即将函数信号送入电话的接收端，调节信号的频率和幅度，听听筒中发出的声音。
6.关机拆线：
实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。
六、实验报告要求
1．记录非同步函数信号和同步信号的幅度、频率等参数，画出测试的波形图。
2．记录电话数字键波形，了解电话拨号的双音多频的有关技术。
实验3CPLD可编程逻辑器件实验
一、实验目的
1．了解ALTERA公司的CPLD可编程器件EPM240；
2．了解本模块在实验系统中的作用及使用方法；
3．掌握本模块中数字信号的产生方法。
二、实验仪器
1．时钟与基带数据发生模块，位号：
G
2．20M双踪示波器1台
3．频率计1台
三、实验原理
CPLD可编程模块（时钟与基带数据发生模块，芯片位号：
4U01）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、下载接口电路（4J03）和一块晶振（4JZ01）组成。
晶振用来产生16.384MHz系统内的主时钟，送给CPLD芯片生成各种时钟和数字信号。
本实验要求实验者了解这些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，理论联系实践，提高实际操作能力。
m序列是最被广泛采用伪随机序列之一，除此之外，还用到其它伪随机码，如Gold序列等，本模块采用m序列码作为系统的数字基带信号源使用，在示波器上可形成稳定的波形，方便学生观测分析。
下面介绍的m序列原理示意图和仿真波形图都是在MAX+PLUSII软件环境下完成。
其中，RD输入低电平脉冲，防止伪随机码发生器出现连0死锁，其对应仿真波形的低电平脉冲。
CLK为时钟脉冲输入端。
OUT为m序列伪随机码输出。
下图3-1、图3-2为三级m序列发生器原理图和其仿真波形图。
在实验模块中的clk为2KHZ时钟，输出测试点为4P02，m序列输出测试点为4P01。
图3-1三级m序列发生器原理图（M=7）
图3-2三级m序列仿真波形图
下图3-3、图3-4为四级m序列发生器原理图和其仿真波形图。
图3-3四级m序列发生器原理图（M=15）
图3-4四级m序列仿真波形图
下图3-5、图3-6为五级m序列发生器原理图和其仿真波形图。
图3-5五级伪随机码发生器原理图
图3-6五级伪随机码仿真波形图
图3-7中介绍是异步四级2分频电路，其特点是电路简单，但由于其后级触发器的触发脉冲要待前级触发器的状态翻转之后才能产生，因此其工作速率较低。
在对分频输出时钟的相位关系要求严格的情况下，一般采用同步分频法，具体实现原理请同学自己整理。
图3-8为异步四级2分频电路仿真波形图。
图3-7四级2分频原理图
图3-8四级2分频仿真波形图
另外，在本模块上设计了一个8位的拨码器和一个5位的拨码器。
8位的拨码器用来设置8比特的数字信号源，5位的拨码器用来控制数字信号的速率、码型和其它模块的工作时钟，具体设置可参见“前言”中的拨码开关设置说明。
本模块上的EPM240芯片的编译环境是quartusII软件。
四、各测量点的作用
本模块加电后即运行，输出各种数字信号和时钟，通过底板送到各个实验模块。
4P01：
输出m序列或4SW01设置的8比特串行数据，由4SW02拨码器控制。
4P02：
4TP01对应的码元时钟。
4P03:
4TP01对应的相对码。
4TP01：
4P01对应的一些码型变换，由4SW02拨码器控制。
4TP02：
4TP01对应的码型变换时钟。
五、实验内容及步骤
1．插入有关实验模块
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。
注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。
2．加电
打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。
若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。
3．拨码器4SW02设置“00000”，此时4P01输出15位2KHZ伪随机码。
用示波器测试4P01、4P02测试点。
读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。
4．拨码器4SW02设置“00001”，此时4P01输入15位32KHZ伪随机码。
用示波器测试4P01、4P02测试点。
读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。
5．拨码器4SW02设置“00010”，此时4P01输出31位2KHZ伪随机码。
用示波器测试4P01、4P02测试点。
由于位数（码长）较长，示波器无法看清稳定的波形。
6．拨码器4SW02设置“00011”，此时4P01输出31位32KHZ伪随机码。
用示波器测试4P01、4P02测试点。
由于位数（码长）较长，示波器无法看清稳定的波形。
7．拨码器4SW02设置“01110”或“01111”，此时4P01输出的波形为4SW01拨码器设置的数据。
改变拨码器4SW01设置，用示波器测试4P01、4P02测试点。
读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。
8.关机拆线
实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。
六、实验报告要求
1．记录本模块产生的时钟和伪随机码序列，画出测试的波形图。
实验4接收滤波放大器实验
一、实验目的
1．了解接收滤波器与功放模块的组成结构；
2．掌握接收滤波器与功放模块的使用方法。
二、实验仪器
1．时钟与基带数据发生模块，位号：
G
2．20M双踪示波器1台
3．信号连接线2根
三、实验原理
本实验模块位于底板的右边，由低通滤波器、低频功放、喇叭等组成。
可作为PAM、PCM、CVSD等通信模块的接收终端。
其组成结构示意图，如图4-1所示。
图4-1终端滤波放大器结构示意图
外加信号通过P14铆孔送入低通滤波器电路，“时钟与基带数据发生模块”上的拨码器4SW02可设置低通滤波器的多种截止频率。
经过低通滤波器滤波后的信号，可在P15测试点进行观测。
滤波后的信号接着送入LM386构成的低频功率放大器，驱动小喇叭播放出声音，W09可调节喇叭音量大小。
实验者通过本模块喇叭播放功能，可感性的判断音频信号经编解码信道的传输质量。
四、实验设置
4SW02：
设置滤波器的截止频率。
设置和参考截止频率如下（4SW02拨码器：
往上为1，往下为0）：
01010：
滤波器截止频率2.65KHZ
01011：
滤波器截止频率5.3KHZ
01100：
滤波器截止频率10.6KHZ
K04：
小喇叭开关。
”ON”接通喇叭，，“OFF”断开喇叭。
W09：
音频功率放大器输出功率的调节电位器，注意音量不可调节太大。
P14：
外加模拟信号输入连接铆孔。
P15：
经滤波器滤波后输出连接铆孔。
五、实验内容及步骤
1．插入有关实验模块
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。
注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。
2．加电
打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。
若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。
3．滤波器测试用信号源选择与调节
采用非同步函数信号选择正弦波档，用示波器和频率计监测P03测试点，调节W02使其频率最低，峰峰值4V左右。
如用其它音频信号源亦可。
4．信号线连接
用专用导线将P03、P14两铆孔连接，将测试信号送入后面的“接收端滤波放大模块”。
5．截止频率2.65K滤波器测试
设置“时钟与基带数据发生模块”上的4SW02拨码器为01010用示波器监测P15测试点，调节W02，测试其滤波器截止频率并作记录。
（P15输出的信号幅度下降至P14输入信号幅度的0.707时所对应的频率为滤波器的截止频率。
）
6．截止频率5.3K滤波器测试
设置“时钟与基带数据发生模块”上的4SW02拨码器为01011用示波器监测P15测试点，调节W02，测试其滤波器截止频率并作记录。
注：
1）测试过程中可将喇叭关闭，避免噪声干扰；测试的数据可作为后续实验参考。
2）当进行CVSD编译码和复接、解复接等后续实验时，将默认滤波器截止频率为2.65KHZ。
因此，本实验中4SW02拨码器应设置为01111。
7.关机拆线
实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。
六、实验报告要求
1．画出实验过程结构示意图，熟悉低通滤波器频率的设置。
实验5PCM编译码系统实验
一、实验目的
1．掌握PCM编译码原理与系统性能测试；
2．熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法；
3．学习PCM编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。
二、实验仪器
1．PCM/ADPCM编译码模块，位号：
H
2．时钟与基带数据产生器模块，位号:
G
3．20M双踪示波器1台
4．低频信号源1台（选用）
5．频率计1台（选用）
6．信号连接线3根
7．小平口螺丝刀1只
三、实验原理
脉冲编码调制（PCM）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在信道中传输。
脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样，量化和编码三个过程完成的。
PCM通信系统的实验方框图如图2-1所示。
图2-1PCM通信系统实验方框图
在PCM脉冲编码调制中，话音信号经防混叠低通滤波器后进行脉冲抽样，变成时间上离散的PAM脉冲序列，然后将幅度连续的PAM脉冲序列用类似于“四舍五入”办法划归为有限种幅度，每一种幅度对应一组代码，因此PAM脉冲序列将转换成二进制编码序列。
对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每一抽样值编8位码（即为28=256个量化级），因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kB。
本实验应用的单路PCM编、译码电路是TP3057芯片（见图2-1中的虚线框）。
此芯片采用a律十三折线编码，它设计应用于PCM30/32系统中。
它每一帧分32个时隙，采用时分复用方式，最多允许接入30个用户，每个用户各占据一个时隙，另外两个时隙分別用于同步和标志信号传送，系统码元速率为2.048MB。
各用户PCM编码数据的发送和接收,受发送时序与接收时序控制,它仅在某一个特定的时隙中被发送和接收，而不同用户占据不同的时隙。
若仅有一个用户，在一个PCM帧里只能在某一个特定的时隙发送和接收该用户的PCM编码数据，在其它时隙没有数据输入或输出。
本实验模块中，为了降低对测试示波器的要求，将PCM帧的传输速率设置为64Kbit/s或128Kbit/s两种，这样增加了编码数据码元的宽度，便于用低端示波器观测。
此时一个PCM帧里，可容纳的PCM编码分别为1路或2路。
另外，发送时序FSX与接收时序FSR使用相同的时序，测试点为34TP01。
实验结构框图已在模块上画出了，实验时需用信号连接线连接34P02和34P03两铆孔，即将编码数据直接送到译码端，传输信道可视为理想信道。
另外，TP3057芯片内部模拟信号的输入端有一个语音带通滤波器，其通带为200HZ～4000HZ，所以输入的模拟信号频率只能在这个范围内有效。
四、各测量点的作用
34TP01：
发送时序FSX和接收时序FSR输入测试点，频率为8KHz的矩形窄脉冲；
34TP02：
PCM线路编译时钟信号的输入测试点；
34P01：
模拟信号的输入铆孔；
34P02：
PCM编码的输出铆孔；
34P03：
PCM译码的输入铆孔；
34P04：
译码输出的模拟信号铆孔，波形应与34P01相同。
注：
一路数字编码输出波形为8比特编码（一般为7个半码元波形,最后半个码元波形被芯片内部移位寄存器在装载下一路数据前复位时丢失掉），数据的速率由编译时钟决定，其中第一位为语音信号编码后的符号位，后七位为语音信号编码后的电平值。
五、实验内容及步骤
1．插入有关实验模块：
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“PCM/ADPCM编译码模块”，插到底板“G、H”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。
注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。
2．加电：
打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。
若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。
3．PCM的编码时钟设定：
“时钟与基带数据产生器模块”上的拨码器4SW02设置“01000”，则PCM的编码时钟为64KHZ（后面将简写为：
拨码器4SW02）。
拨码器4SW02设置“01001”，则PCM的编码时钟为128KHZ。
4．时钟为64KHZ，模拟信号为同步正弦波的PCM编码数据观察：
（1）用专用铆孔导线将P04、34P01，34P02、34P03相连。
（2）拨码器4SW02设置“01000”，则PCM的编码时钟为64KHZ。
（3）双踪示波器探头分别接在测量点34TP01和34P02，观察抽样脉冲及PCM编码数据。
调节W04电位器，改变同步正弦波幅度，并仔细观察PCM编码数据的变化。
特别注意观察，当无信号输入时，或信号幅度为0时，PCM编码器编码为11010101或为01010101，并不是一般教材所讲授的编全0码。
因为无信号输入时，或信号幅度为0经常出现，编全0码容易使系统失步。
此时时钟为64KHZ，一帧中只能容纳1路信号。
注意：
（4）双踪示波器探头分别接在34P01和34P04，观察译码后的信号与输入模拟信号是否一致。
5．时钟为128KHZ，模拟信号为同步正弦波的PCM编码数据观察：
上述信号连接不变，将拨码器4SW02设置“01001”，则PCM的编码时钟为128KHZ。
双踪示波器探头分别接在测量点34TP01和34P02，观察抽样脉冲及PCM编码数据。
调节W04电位器，改变同步正弦波幅度，并仔细观察PCM编码数据的变化。
注意，此时时钟为128KHZ，一帧中能容纳2路信号。
本PCM编码仅一路信号，故仅占用一帧中的一半时隙。
用示波器观察34P01和34P04两点波形，比较译码后的信号与输入信号是否一致。
6．模拟信号为非同步正弦波的PCM编码数据观察：
改用非同步函数信号输入，分别改变输入模拟信号的幅度和频率，重复上列6、7步骤，观察非同步正弦波及PCM编码数据波形。
注意，频率范围不能超过4KHZ。
此处由于非同步正弦波频率与抽样、编码时钟不同步，需仔细调节非同步正弦波频率才能在普通示波器上看到稳定的编码数据波形。
7．语音信号PCM编码、译码试听：
将拨码器4SW02设置为“01111”，此时PCM编码时钟为64KHZ
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