通信原理实验shuWord格式.docx
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01010：
滤波器中心频率3.4K
S12：
01011：
滤波器中心频率6K
S13：
01100：
滤波器中心频率12K
S14：
01101：
待用
S15：
01110：
4SW01拨码器设置数据64K
S16：
01111：
时分复用（4SW01拨码器设置数据64K，PCM编码64K、CVSD编码64K、滤波器3.4K）。
下面是常见码型变换的开关设置：
S17：
1X000：
单极性归零编码
S18：
1X001：
双极性不归零
S19：
1X010：
双极性归零
S20：
1X011：
CMI
S21：
1X100：
曼彻斯特
S22：
1X101：
密勒
S23：
1X110：
PST
注：
编码数据选择（4P01）。
X=0时为4SW01拨码器设置数据，X=1时为15位m序列。
实验一抽样定理与脉冲调幅实验
一、实验目的
1．通过对模拟信号抽样的实验,加深对抽样定理的理解；
2．通过PAM调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点；
3．了解555内部结构原理和逻辑功能；
4．掌握555构成的各种脉冲电路。
二、实验仪器
1．PAM脉冲调幅模块，位号：
H
2．时钟与基带数据发生模块，位号：
G
3．20M双踪示波器1台
4．频率计1台
5．小平口螺丝刀1只
6．信号连接线3根
三、实验原理
抽样定理告诉我们：
如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地确定原信号。
这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。
通常，按照基带信号改变脉冲参量（幅度、宽度和位置）的不同，把脉冲调制分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM）。
虽然这三种信号在时间上都是离散的，但受调参量是连续的，因此也都属于模拟调制。
关于PDM和PPM，国外在上世纪70年代研究结果表明其实用性不强，而国内根本就没研究和使用过，所以这里我们就不做介绍。
本实验平台仅介绍脉冲幅度调制，因为它是脉冲编码调制的基础。
抽样定理实验电路框图，如图1-1所示。
图1-1抽样的实验过程结构示意图
本实验中需要用到以下5个功能模块。
1．非同步函数信号或同步正弦波发生器模块：
提供有限带宽的时间上连续的模拟信号，模拟信号经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”，在P03/P04测试点可以连接测量；
另外，如果实验室配备了电话单机，也可以使用用户电话模块，这样验证实验效果更直接、更形象，在P05/P07测试点可以测量连接。
2．抽样脉冲形成电路模块：
提供有限高度，宽度较窄的抽样脉冲序列，抽样脉冲经连接送到“PAM脉冲调幅模块”，在P09测试点可以连接测量；
提供抽样序列信号有同步和非同步两种，非同步的抽样脉冲由555定时器产生，频率W05连续可调。
555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，其组成电路框图如图1-2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对清零起跟随作用，起缓冲作用。
三极管VT2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。
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1-2555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
。
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。
3．PAM脉冲调幅模块：
提供一个高速电子开关，作为实验中的开关抽样器。
抽样脉冲序列高电平到达时，开关导通；
抽样脉冲序列低电平到达时，开关断开。
在32TP01测试点可以测量；
本模块实现的是自然抽样，被抽样信号和抽样脉冲都需要外面连接输入。
抽样信号经过后面传输线模块（模拟信道惰性），产生传输波形失真。
传输后的抽样信号可以通过32P03铆孔输出，PAM信道仿真电路示意图如图1-3所示，32W01（R1）电位器可改变仿真信道的传输特性，当R1C1=R2C2时，PAM抽样信号理论上无失真。
4．接收端滤波器与功放：
提供恢复抽样信号滤波器。
外加信号可通过33P01铆孔输入。
5．时钟与基带数据发生模块:
系统工作时钟和接收滤波器截至频率的设置（4SW02）。
图1-3PAM信道仿真电路示意图
实际应用的抽样和信号恢复与理想情况有一定区别。
理想抽样的抽样函数应该是冲击脉冲序列，在实际应用中，这是不可能实现的。
因此一般都是高度有限、宽度较窄的脉冲代替，本实验中提供的抽样脉冲，是占空比为50%或近似50%的矩形脉冲。
另外，实际应用中使信号恢复的滤波器不可能是理想的。
当滤波器特性不是理想低通时，抽样频率不能就等于被抽样信号频率的2倍，否则会使信号失真。
考虑到实际滤波器的特性，抽样频率要求选得大些。
由于PAM通信系统的抗干扰能力差，目前很少实用。
它已被性能良好的脉冲编码调制（PCM）所取代。
四、实验设置
1．模拟信号源
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。
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的电话水晶头接口。
P05:
用户电话A语音信号发送输出铆孔。
P06:
用户电话A语音信号接收输入铆孔。
J02B：
用户电话B的电话水晶头接口。
P07:
用户电话B语音信号发送输出铆孔。
P08:
用户电话B语音信号接收输入铆孔。
2．抽样脉冲形成模块
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：
抽样脉冲输出铆孔。
3．PAM脉冲调幅模块
32P01：
输入的模拟信号输入连接铆孔。
32P02：
输入的抽样脉冲信号输入连接铆孔。
32TP01：
输出的抽样后信号测试点。
32P03：
经仿真信道传输后信号的输出连接铆孔。
32W01：
仿真信道的特性调节电位器。
4．接收端滤波器与功放模块
4SW02：
低通滤波器截止频率设置，设置为“01010”：
3.4K；
设置为“01011”：
6K；
设置为“01100”：
12K。
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，放大后信号可在电位器旁边的测试过孔测量。
P14：
外加模拟信号输入连接铆孔。
P15：
经滤波器滤波后信号输出铆孔。
五、实验内容及步骤
1．在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“PAM脉冲幅度调制模块”，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．信号连接线连接：
P03、32P01；
P09、32P02；
32P03、P14。
注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。
3．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。
4．模拟信号发生器产生的模拟信号送入抽样模块的32P01点，用示波器在32P01处观察，以该点信号输出幅度不失真时为好。
5．调节“PAM脉冲幅度调制”上的32W01可改变PAM信号传输信道的特性。
6．PAM解调用的低通滤波器电路（接收端滤波放大模块，信号从P14输入）共设有三组参数，其截止频率分别为3.4KHZ、6KHZ、12KHZ。
根据被抽样的信号频率，通过拨码器4SW02可设置的滤波器参数。
7．根据下面建议自己设计实验步骤，进行实验。
（1）在一定频率的模拟信号（一般2KHZ）下，设置低通滤波器3.4KHZ截止频率。
调节不同的抽样时钟，用示波器观测各点波形，验证抽样定理，并做详细记录、绘图。
注意，PAM传输模块的32TP01、32P03测试点波形调节近似，即不失真为准。
（2）在一定频率的抽样时钟（一般8KHZ）下fs，调节模拟信号源的频率f（一般小于4KHZ），即保持抽样时钟与模拟信号间的fs>
2f频率关系，设置低通滤波器3.4KHZ截止频率。
用示波器观测各点波形，验证PAM通信系统的性能，并做详细记录、绘图。
8．实验完成后，关闭电源开关，按照老师要求放置好实验模块。
非同步函数信号在抽样时的波形在示波器上不容易形成稳定的波形，需耐性地调节；
若要观测稳定的波形可使用同步正弦波信号和同步抽样脉冲。
六、实验报告要求
1．写出设计的实验步骤，列出所测各点的波形、频率、电压等有关数据，验证抽样定理。
2．抽样信号经过“PAM传输线模块”后，波形将会出现哪些失真。
3．整理出555定时器的几种常用功能的基本电路，分析其工作原理。
实验二增量调制（ΔM）编译码实验
1．掌握增量调制编译码的基本原理，并理解实验电路的工作过程；
2．掌握不同速率的编译码，以及低速率编译码时的输出波形；
3．了解时钟与函数信号产生的方法；
4.了解电话拨号的双音多频技术。
1．增量调制编译码模块，位号：
D
2．时钟与基带数据产生器模块，位号:
4．低频信号源1台（选用）
5．频率计1台（选用）
7．小平口螺丝刀1只
增量调制编码每次取样只编一位码，这一位编码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还在减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。
输出的“1”、“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的幅值。
MC34115是单片增量调制大规模集成电路芯片。
其内部组成框图分别如图2-1所示，MC34115集成电路内部电路由下列八个部分组成：
模拟输入运算放大器、数字输入运算放大器、V—I电压/电流转换运算放大器、积分运算放大器、斜率过载检测电路、斜率极性控制电路、工作状态选择开关电路、Vcc/2稳压电源。
（1）编码电路工作过程
由图4-1可知，音频模拟输入信号由开关6P01连接进入，经过耦合至6U02（MC34115）的模拟信号输入端，第1引脚。
其编码、译码工作方式由MC34115芯片的第15引脚的电平决定（高电平为编码方式、低电平为译码方式）。
此时芯片内的模拟输入运算放大器与移位寄存器接通，从第1引脚（ANI）输入的音频模拟信号与2脚（ANF）输入的本地解码信号相减并放大得到误差信号，然后根据该信号极性编成数据信码从第9引脚（DOT）输出。
该信码在片内经过3级或4级移位寄存器及检测逻辑电路。
检测过去的3位或4位信码中是否为连续“1”或连续“0”的出现。
一旦当移位寄存器各级输出为全“1”码或全“0”码时，表明积分运算放大器增益过小，检测逻辑电路从第11引脚（COIN端）输出负极性一致脉冲，经过外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压输入到第3引脚（SYL端），由内部电路决定，GC端电压与SYL端相同，这相当于量阶控制电压加到第4引脚GC端。
该端外接调节电位器6W01，调节6W01为一固定电位，改变此电位器即可改变GC端的输入电流，以此控制积分量阶的大小，从而改变环路增益，展宽动态范围。
第4引脚（GC）输入电流经过V—I变换运算放大器，再经量阶极性控制开关送到积分运算放大器，极性开关则由信码控制。
外接积分网络（由电阻、电容组成）与芯片内部积分运算放大器相连，在二次积分网络上得到本地解码信号送回ANF端与输入信号再进行比较，以完成整个编码过程。
该芯片的外围辅助电路由三大部分组成:
音节平滑滤波器电路、二次积分网络电路。
图2-1增量调制系统编译码器内部方框图
在没有音频模拟信号输入时，话路是空闲状态，则编码器应能输出稳定的“1”、“0”交替码，这需要一最小积分电流来实现，该电流可通过增大调节电位器来获得。
由于极性开关的失配，积分运算放大器与模拟输入运算放大器的电压失调，此电流不能太小，否则无法得到稳定的“l”、“0”交替码。
该芯片总环路失调电压约为1.5mv，所以量阶可选择为3mv。
当本地积分时间常数1mS时，则最小积分电流取1OμA，就可得到稳定的“l”、“0”交替码。
如果输出不要求有稳定的“l”、“0”交替码，量阶可减小到0.lmV，而环路仍可正常工作。
（2）译码电路工作过程
连接6P03和7P01铆孔，将发端送来的编码数据信号送到7U02（MC34115）芯片的第13引脚，即接收数据输入端。
对译码电路，CPU中央控制单元送出低电平至7U02（MC34115）的15引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通。
这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器接收后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第2引脚，而是直接送入后面的积分网络中，再通过低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，话音信号可连接至“接收端滤波放大模块”。
虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制PCM数字系统的音质，但是增量调制电路比较简单，能以较低的数码率进行编码，通常为16～32kbit/s，而且在用于单路数字电话通信时，不需要收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中，如应用在传输数码率较低的军事，野外及保密数字电话等方面。
（3）模拟信号源
模拟信号源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）。
在实验系统中，可利用它定性地观察通信话路的频率特性。
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1KHZ～10KHZ，可由W02调节；
直流电平可由W01调节。
非同步函数信号源结构示意图，见图2-2。
图2-2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、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。
18W01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2-3。
U04
图2-3同步函数信号源结构示意图
3.模拟电话输入电路
两路用户模拟电话接口，图2-4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2-4用户电话结构示意图
1.模拟信号源模块
非同步函数信号的频率调节，一般使用频率值范围为1～4KHZ。
2.增量调制编译码模块
6W01：
积分量阶的大小控制电位器。
7W01：
译码输出积分网络调整电位器。
4SW02：
控制增量调制的编译码时钟。
设置为“00100”：
8K；
设置为“00101”：
16K；
设置为“00110”：
32K；
设置为“00111”：
64K；
另外，接收滤波器截止频率默认为3.4KHZ。
6P01：
模拟信号输入铆孔。
输入300～3400Hz的模拟信号，若幅度过大，当信号的实际斜率超过译码器的最大跟踪斜率时，本地译码波形跟踪不上信号的变化，将造成过载噪声。
因此信号波形幅度尽量小一些。
方法是：
可改变相应信号源输出幅度的大小。
6TP01：
增量调制编码电路的本地译码信号（阶梯波形）输出测试点。
波形不好可调节6W01电位器。
6TP02：
一致脉冲信号输出测试点。
它随输入信号波形的变化而变化。
当编码数字信号出现三个连0（或三个连1）时，一致脉冲信号输出负电平，直至连0（或连1）现象结束，返回正电平输出。
6P02：
增量调制编码时钟输出铆孔，工作频率由拨码器4SW02控制。
6P03：
增量调制编码电路输出数字编码信号连接铆孔。
7P01：
增量调制译码电路接收编码信号输入铆孔。
7P02：
经过二次积分网络后的本地译码波形输出铆孔，可调节7W01电位器。
1．在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“增量调制编译码模块”，插到底板“G、D”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”）。
2．如图2-5，信号连接线连接：
P04、6P01；
6P03、7P01；
7P02、P14。
4．拨码器4SW02设置“00110”，即增量调制的编译码时钟为32KHZ。
5．“同步正弦波”上提供了频率2KHZ的同步正弦波，幅度由W04电位器调节。
满足PCM输入模拟信号频率在300～3400HZ语音范围内的要求，可用频率计监测此点信号频率。
6．改变同步正弦波幅度，调整6W01电位器，观察增量调制编码端的本地译码信号。
注意同时对比测量6P01和6TP01两点波形，以阶梯波形匀称为佳。
注意信号源的幅度峰峰值2V左右即可。
7．对比测量6TP01和6P03两点波形，观察增量调制编码数据。
8．对比测量6TP01和7P02两点波形，调整译码端7P02积分输出阶梯波形，与编码端6TP01阶梯波形相近为准。
9．测量P15滤波输出波形，对比信号源P04波形，是否有明显失真（收端低通滤波器默认截止频率为3.4KHZ，P14为滤波器输入点）。
10．电话模块接上电话机，按住某个数字键不放，用示波器测试其发端波形；
改用用户电话的语音信号进行编码传输，并还原后从喇叭播放出来，试听通信效果。
11．拨码器4SW02设置“00101”，即增量调制的编译码时钟为16KHZ。
12．重复上面步骤调整电位器，达到最佳通信效果。
13．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，重复上列步骤，测试此编译码系统对输入模拟信号频率、幅度等参数的要求。
14．改变编译码工作时钟，再测量调整有关电位器，比较不同工作时钟下的通信效果。
15．实验完成后，关闭电源开关，按照老师要求放置好实验模块。
1．根据步骤2中的连线关系，画出实验方框图，并作简要叙述。
2．画出各测量各点波形，结合理论分析说明所发生的各种现象。
3．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。
实验三脉冲编码调制（PCM）实验
1．加深对PCM编码过程的理解；
2．熟悉PCM编、译码专用集成芯片的功能和使用方法；
3．了解PCM系统的工作过程。
1．PCM/ADPCM编译码模块，位号：
脉冲编码调制（PCM）就是把一个时间连续、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后在信道中传输。
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3-1所示。
图3-1PCM通信系统实验方框图
在PCM脉冲编码调制中，话音信号先经防混叠低通滤波器，然后进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用类似于“四舍五入”办法划归为有限种幅度，再经编码转换成二进制码。
对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有28=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。
本实验应用的单路PCM编译码电路是TP3057芯片（见图6-1中的虚线框）。
此芯片a律十三折线进行编码，它一般应用于PCM30/32系统中，一般以2.048Mbit/s的速
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