简单M增量调制器设计.docx
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简单M增量调制器设计
课程设计报告
课程名称通信原理
课题名称简单△M增量调制器设计
专业电子信息
班级电子信息1201
学号201201030119
姓名许振跃
指导教师熊卓列
2015年1月5日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称 通信原理
题目简单△M增量调制器设计
专业班级电子信息1201
学生姓名许振跃学号201201030119
指导老师熊卓列
审批
任务书下达日期2014年12月22日
设计完成日期2015年1月5日
设计内容与设计要求
一、设计内容
1、本地译码电路
2、相加电路，3、误差信号放大器
3、限幅放大电路，4、定时判决电路，5、时钟源产生电路
二、总体要求
1、思路清晰，给出整体设计框图，画出整机原理图；
2、给出具体设计思路，画出单元电路，并进行电路原理的分析；
3、采用SystemView仿真软件对系统进行仿真，并将仿真结果，打印在图纸上；
4、编写设计说明书；
5、说明书和所有图纸要求用计算机打印。
三、具体电路指标要求
1、输入信号:
0.3K-3.4K语音信号（测评信号1K单频正弦信号）
2、输出信号振幅：
高电平时3V，低电平时0.3V
3、时钟源输出频率:
115.2KHZ
四、给定条件
1、+VCC=12V，VEE=-12V
2、主要器件：
各类三极管、电阻、电容，触发器、与非门。
主要设计条件
1、提供通信实验箱一台；
2、提供直流电源一台；
4、其它相关仪器若干；
3、必要的元器件和导线等；
4、计算机。
说明书格式
1、课程设计封面；
2、任务书；
3、说明书目录；
4、设计总体思路，基本原理和框图；
5、单元电路设计；
6、仿真结果；
7、调试步骤；
8、总结与体会；
9、附录；
10、参考文献；
11、整机原理图。
进度安排
十七周星期一上午：
下达设计任务书，介绍课题内容与要求；
十七周星期一下午至星期三上午：
查找资料，确定总体设计方案，画出整机原理图草图；
十七周星期三下午至星期五：
具体电路设计；
十八周星期一上午至星期星期五上午书写设计报告打印出图纸。
十八周星期五下午：
答辩。
参考文献
1.樊昌信主编.，《通信原理》，电子工业出版社.。
2、阎石主编《数字电路技术基础》高等教育出版社。
3、《模拟电路技术基础》康华光主编，高等教育出社
4、《高频电子线路》高吉祥主编，电子工业出版社
目录
1、增量调制基本原理-------------------------------------------------------6
2、简单增量调制的原理框图和总设计思路----------------------------6
2.1简单增量调制的原理框图---------------------------------------6
2.2简单增量调制的总原理框图------------------------------------8
3、各单元电路设计---------------------------------------------------------9
3.1加法器--------------------------------------------------------------9
3.2反相器--------------------------------------------------------------10
3.3放大单元-----------------------------------------------------------10
3.4限幅电路----------------------------------------------------------11
3.5比较单元-----------------------------------------------------------12
3.6单双变换-----------------------------------------------------------13
3.7积分单元-----------------------------------------------------------14
3.8射随器--------------------------------------------------------------15
4、系统调试------------------------------------------------------------------16
5、系统仿真步骤与参数---------------------------------------------------17
6、系统仿真图与波形------------------------------------------------------18
7、心得体会------------------------------------------------------------------19
8、参考文献------------------------------------------------------------------20
9、电路总图------------------------------------------------------------------21
1、增量调制基本原理
增量调制也称增量脉冲码调制方式（ＤＭ），简称
，它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字化方法。
它是一种把信号上采样的样值作为预测值的单纯预测骗码方式。
增量调制是预测编码方式中最简单的一种，它将信号瞬时值与前一个抽样时刻的量化值之差进行量化，而且只对这个差值的符号进行编码，而不对差值的大小进行编码，因此量化只限于正和负两个电平，只用一比特传输一个样值。
如果差值是正的，就发“１”码，若差值为负的，就发“０”码，因此数码“１”和“０”只是表示信号相对于前一时刻的增减，不化表信号的绝对值。
在接收端，每收到一个“１”码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量阶；每接收一个“０”码就下降一个量价。
当收到连“１”码时，表示信号连续增长；当收到连“０”时，表示信号连续下降。
与PCM相比增量调制有以下优点：
（1）在比特率较低时，增量调制的量化信噪比高于PCM的量化信噪比；
（2）增量调制的抗误码率性能好。
能工作于误码率为
的信道中，而PCM要求误码率通常为
（3）增量调制的译码器比PCM简单。
2、简单增量调制的设计原理和框图
2.1简单增量调制的设计原理
总的来说，简单增量调制要经过编码和本地译码两个部分。
它的编码思想如下
假设一个模拟信号
（为作图方便起见，令
≥0），可以用一时间间隔为
，幅度差为
的阶梯波形
去逼近它，如图2.1所示。
只要
足够小，即抽样频率
足够高，且
足够小，则
可以相当近似于
。
在这里把
称作量化阶，
称为抽样间隔。
图2.1简单增量调制的编码过程
逼近
的物理过程是这样的：
在
时刻用
与
比较，倘若
＞
，就让
上升一个量阶段，同时
调制器输出二进制“1”；反之就让
下降一个量阶段，同时
调制器输出二进制“0”。
根据这样的编码思路，结合图2.1的波形，就可以得到一个二进制代码序列010101111110…。
除了用阶梯波
去近似
以外，也可以用锯齿波
去近似
。
而锯齿波
也只有斜率为正
和斜率为负
两种情况，因此也可以用“1”码表示正斜率和“0”码表示负斜率，以获得一个二进制代码序列。
简单增量调制的本地译码思想如下
与编码相对应，译码也有两种情况，一种是收到“1”码上升一个量化阶（跳变），收到“0”码下降一个量化阶（跳变），这样就可以把二进制代码经过译码变成
这样的阶梯波。
另一种是收到“1”码后产生一个正斜变电压，在
时间内上升一个量化阶，收到一个“0”码产生一个负的斜变电压，在
时间内均匀下降一个量化阶。
这样，二进制码经过译码后变为如
这样的锯齿波。
考虑电路上实现的简易程度，一般都采用后一种方法。
这种方法可用一个简单RC积分电路把二进制码变为
波形，如图2.2所示。
图中假设二进制双极性代码为1010111时
与
的波形。
图2.2简单增量调制译码原理图
2.2简单增量调制的总原理框图
简单增量调制总的原理框图如下图2.3所示
图2.3简单增量调制总原理框图
在图2.3中，信号
通过一个加法器得到误差信号e（t）,由于在经过加法器后得到的是一个反相的信号，所以在加法器后还要再接上一上反相器以为信号变为和原来的相位一样。
然后再经过一个放大器再经过一个零偏置电路得到一个双极性信号，双极性信号再通过一个限幅电路（相当于一个开关电路）把信号限制在0~3伏之间，信号再接入到一个比较器再加上CP脉冲出来得到一个单极性信号，信号再经过一个单双变换把电压信号转换为双极性电流信号I然后经过一个积分器和射随器得出一个反馈信号再接入到加法器。
3、各单元电路设计
3.1加法器
加法器可以用一个电压并联负反馈电路来实现。
电路图如下图3.1
图3.1加法电路
由上图易得电路的表达式为：
这就是加法运算的表达式，式中负号是因反相输入所引起的。
若R1=R2=R3，则变为
3.2反相器
反相器如下图3.2所示，它主要是为了将负的信号变换为正的信号，然后经过限幅电路送入比较器。
图3.2反相器
输入信号从运算放大器的反相端输入，所以输出端的信号发生反相，将负信号变成了正信号。
3.3放大单元
放大电路如下图3.3所示，下图为一个电流放大电路。
它对电流有放大作用。
同时也可相当于一个射极跟随器，可减小负载变动对输出电压的影响。
图3.3放大电路
3.4限幅电路
限幅器是一个具有非线性电压传输特性的运放电路。
其特点是：
当输入信号电压在某一范围时，电路处于线性放大状态，具有恒定的放大倍数；而超出此范围，进入非线性区，放大倍数接近于零或很低。
限幅电路常用于：
①整形，如削去波形顶部或底部的干扰。
②波形变换，如将输出信号中的正脉冲削去，只留下其中的负脉冲。
③过压保护，如强的输出信号或干扰有可能损坏某个部分时，可以这个部件前接入限幅电路。
限幅电路按功能分为上限限幅电路，下限限幅电路和双向限幅电路3种。
在上限限幅电路中，当输入信号电压低于某一事时设计好的上限电压时，输出电压将随输入电压增减；但当输入电压达到或超过上限电压时，输出电压将保持为一个固定值，不再随输入电压而变，这样信号幅度将在输出端受到限制。
同样，下限限幅电路将输入电压低于某一下限电平时受到限幅作用。
限幅电路如下图3.4所示
图3.4限幅电路
上图中，Q1、Q2处于开关状态，当输入为一个高电平时，Q1导通，Q2截止，输出的是高电平；当输入为一个低电平时，Q1截止，Q2导通，输出的为低电平信号。
3.5比较单元
本比较单元用D触发器来实现。
如下图3.5.1所示，D触发器的状态方程为：
Qn+1=D。
其状态的更新发生在CP脉冲的边沿，74LS74（CC4013），74LS175（CC4042）等均为上升沿触发，故又称之为上升沿触发器的边沿触发器，触发器的状态只取决于时针到来前D端的状态。
图3.5.1双D触发器
图3.5.2D触发器逻辑符号
它的功能如下：
当CP=0时，触发器不工作，处于维持状态。
当CP=1时，它的功能如下：
当D=0时，次态=0，当D=1时，次态=1。
3.6单双变换
单双变换电路及其参数设置如下图3.6所示，Q1、Q2均处于开关状态。
当Vi加高电平时，Q1管导通，Q2截止,此时U0为高电位对积分器电容进行冲电；当Vi加入低电平时，Q1截止，Q2管导通，U0了低电位，积分器电容处于放电状态。
图3.6单双变换电路
3.7积分单元
积分器电路如下图3.7所示，假设电容器C初始电压为零，则：
（设2-3之间电压为
）
上式表明，输出电压
为输入电压
对时间的积分，负号表示信号是从运放的反相输入端输入的。
当输入信号
为阶跃电压时，在它的作用下，电容将以近似恒流方式进行充电，输出电压
与时间t成近似线性关系。
图3.7积分器
RC必须远远大于时钟频率的周期tk，而任务书上给出时钟源输出频率f=115.2KHz，则取RC=11.52tk=11.52/f=0.0001s，选定电容C=0.25uF，求得R=0.4K。
3.8射随器
射随器又称射极跟随器，是一种共集接法的电路，它从基极输入信号，从射极输出信号。
它具有高输入阻抗，低输出阻抗，输入信号与输出信号相位相同的特点。
本次接入射随器是为了确保负载稳定。
射随器电路如下图3.8所示
图3.8射随器
4、系统调试
本次系统调试可分为两个步骤：
1.开环时
接入加法器的反馈信号断开，并使其接地。
首先使输入为一个高电平,反馈接地。
由增量调制的原理可得:
由于没反馈信号，误差信号就是输入信号,误差信号经过限幅和比较器输出全为“1”的编码。
而积分器之后输出的本地译码则为正向性线增长的直线。
编码输出为:
1111111111
2.闭环时
在闭环调试中，加法器的一端输入信号源,另一端输入反馈信号，加法器将输出比较后的差值，如果差值是正的,则输出为“1”表示，反之为“0”。
输出的此时如果输入的为一个高电平,此时反馈信号从零开始，由于输入大于输出，所以此时输出为“1”；在下一个时间周期内输入信号仍大于反馈信号，此时继续输出“1”。
直到反馈信号大于输入信号时，才输出“0”。
如此循环得到的码型如下。
如果输入的是低电平,输出的则先为“1”，再为“0”，如此循环。
如下图所示:
输入为高电平时:
111101010。
。
。
。
。
。
输入为低电平时:
101010101。
。
。
。
。
。
5、系统仿真步骤与参数
系统仿真步骤：
1.系统框图初步确定仿真所要求的元器件在Systemview连好仿真图，并进行仿真。
2.对初步仿真的结果进行核查，并找出比较合适的参数。
3.找出比较合适的波形，并记录好各元器件的参数。
6、系统仿真图与波形
系统仿真图如下图6.1所示
图6.1系统仿真图
系统输入信号波形如下图6.2所示
图6.2系统输入信号波形
△M编码还原信号如下图6.3所示
图6.3△M编码还原信号
译码反馈信号波形如下图6.4所示
图6.4译码反馈信号波形
△M编码输出信号波形如下图6.5所示
图6.5△M编码输出信号波形
7、心得体会
经过一个学期通信原理课程的学习，感觉都是一些理论上的东西，没有什么实际的电路图好学习的，但是当通信原理课程设计任务布置下来的时候，我就傻眼了。
因为感觉自己什么都不会，然后就疯狂的看书，连着两天把《通信原理》这本书给看完了，终于我对通信原理有了一个整体的把握。
然后在结合熊卓列老师布置的课题，总算有个大概的思路了。
但是，在设计具体的单元电路时，我明显的感觉到我还有许多东西不懂，正是印证了那句古话：
“书到用时方恨少！
”我一直想自己来设计单元电路，但是纠结了两天，都没有任何进展的情况下，我向熊卓列老师说出自己心中的困惑，熊老师给我详细的解答！
让我明白了，设计电路不是那么容易的事情，需要扎实的专业基础。
所以只能参考别人的电路，然后加以修改。
通过这次课程设计让我加深了对《通信原理》这门课程的认识，同时也提高了我的动手能力。
而且这段时间，我遇到了许多困难，同时我也的到了老师和同学的帮助，在此我要特别感谢他们。
8、参考文献
1、《通信原理》樊昌信主编.，电子工业出版社
2、《数字电路技术基础》阎石主编，高等教育出版社
3、《模拟电路技术基础》康华光主编，高等教育出社
4、《高频电子线路》高吉祥主编，电子工业出版社
9、电路总图
电气与信息工程系课程设计评分表
项目
评价
设计方案的合理性与创造性
硬件制作或软件编程完成情况*
硬件制作测试或软件调试结果*
设计说明书质量
设计图纸质量
答辩汇报的条理性和独特见解
答辩中对所提问题的回答情况
完成任务情况
独立工作能力
组织纪律性（出勤率）
综合评分
指导教师签名：
________________
日期：
________________
注：
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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