通信技术实验指导书Word下载.docx
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四、实验原理
1、信号源数字部分
数字部分为实验箱提供以2M为基频分频比1～9999的BS、2BS、FS信号及24位的NRZ码,并提供1M、256K、64K、32K、8K的方波信号。
信号源数字部分信号是直接由CPLD分频得到的。
图1-1数字信号源部分原理框图
（1）首先将24M的有源晶振三分频得到8M的时钟信号。
（2）然后经过可预置的分频电路（分频比1～9999）,由于经可预置分频器出来的信号是窄脉冲,因此经过D触发器二分频将其变为占空比是50％的信号,因此从CPLD得到的BS信号频率是以2M为基频进行1～9999分频。
（3）BS信号经过一个24分频的电路得到一个窄脉冲即是FS信号。
（4）NRZ码产生器经过FS信号和BS信号的触发得到同外部码型调节一样的NRZ码。
（5）8M的信号还用于产生1M、256K、64K、32K、8K的信号。
（6）D0—D7为预留端口。
2、信号源模拟部分
模拟信号源部分能够输出频率和幅度可任意改变的正弦波（频率变化范围100Hz～10KHz）、三角波（频率变化范围100Hz～1KHz）、方波（频率变化范围100Hz～10KHz）、锯齿波（频率变化范围100Hz～1KHz）,以及提供的32K、64K正弦波的载波信号。
图1-2模拟信号源部分原理框图
正弦波、方波、锯齿波、三角波一个周期的点数据被以不同的地址存入波形数据存储器中,单片机根据波形选择开关和频率调节器送入的信息,一方面发出控制信号给CPLD调制CPLD中分频器的分频比,并将分频后的频率经过驱动数码管显示出来,另一方面经过控制CPLD使其输出与波形选择及分频比输出的频率相对应的地址信号到波形数据存储器中,然后输出的波形的数字信号依次经过D/A转换器、滤波器、放大器得到所需要的模拟信号。
五、实验步骤及注意事项
1、将信号源模块小心地固定在主机箱中,确保电源接触良好。
2、插上电源线,打开主机箱右侧的交流开关,再按下开关POWER1、POWER2,发光二极管LED01、LED02发光,按一下复位键,信号源模块开始工作。
（注意,此处只是验证通电是否成功,在实验中均是先连线,后打开电源做实验,不要带电连线）
3、模拟信号源部分
①观察”32K正弦波”和”64K正弦波”输出的正弦波波形,调节对应的电位器的”幅度调节”可分别改变各正弦波的幅度。
②按下”复位”按键使U03复位,波形指示灯”正弦波”亮,波形指示灯”三角波”、”锯齿波”、”方波”以及发光二极管LED07灭,数码管SM01～SM04显示””。
③按一下”波形选择”按键,波形指示灯”三角波”亮（其它仍熄灭）,此时信号输出点”模拟输出”的输出波形为三角波。
逐次按下”波形选择”按键,四个波形指示灯轮流发亮,此时”模拟输出”点轮流输出正弦波、三角波、锯齿波和方波。
④将波形选择为正弦波时（对应发光二极管亮）,转动”频率调节”的旋转编码器,可改变输出信号的频率,观察”模拟输出”点的波形,并用频率计查看其频率与数码管显示的是否一致。
转动对应电位器”幅度调节”可改变输出信号的幅度,幅度最大可达5V以上。
（注意:
发光二极管LED07熄灭,转动旋转编码器时,频率以1Hz为单位变化;
按一下旋转编码器,LED07亮,此时旋转旋转编码器,频率以50Hz为单位变化;
再按一下旋转编码器,LED07熄灭,频率再次以1Hz为单位变化）
⑤将波形分别选择为三角波、锯齿波、方波,重复上述实验。
⑥电位器W02用来调节开关电容滤波器U06的控制电压,电位器W01用来调节D/A转换器U05的参考电压,这两个电位器在出厂时已经调好,切勿自行调节。
4、数字信号源部分
①拨码开关SW04、SW05的作用是改变分频器的分频比（以4位为一个单元,对应十进制数的1位,以BCD码分别表示分频比的千位、百位、十位和个位）,得到不同频率的位同步信号。
分频前的基频信号为2MHz,分频比变化范围是1～9999,因此位同步信号频率范围是200Hz～2MHz。
例如,若想信号输出点”BS”输出的信号频率为15.625KHz,则需将基频信号进行128分频,将拨码开关SW04、SW05设置为0000000100101000,就能够得到15.625KHz的方波信号。
拨码开关SW01、SW02、SW03的作用是改变NRZ码的码型。
1位拨码开关就对应着NRZ码中的一个码元,当该位开关往上拨时,对应的码元为1,往下拨时,对应的码元为0。
②将拨码开关SW04、SW05设置为0000000100101000,SW01、SW02、SW03设置为011100100011001110101010,观察BS、2BS、FS、NRZ波形。
③改变各拨码开关的设置,重复观察以上各点波形。
4观察1024K、256K、64K、32K、8K各点波形（由于时钟信号为晶振输出的24MHz方波,因此整数倍分频后只能得到的1000K、250K、62.5K、31.25K、7.8125K信号,电路板上的标识为近似值,这一点请注意）。
5将拨码开关SW04、SW05设置为0000000100101000,观察伪随机序列PN15、PN31、PN511的波形。
⑥改变拨码开关SW04、SW05的设置,重复观察以上各点波形。
六、实验结果
1、模拟输出测试点:
测试点
频率读数
最大输出幅度/频率
数码管显示,模拟输出（正弦波）
32K正弦波
64K正弦波
2、数字输出测试点:
（SW04、SW05设为0000000100101000,128分频）
1）
周期读数
8K
32K
64K
256K
1024K
2）
测试点
相应的波形
参数值
BS
周期:
FS
NRZ（SW01、SW02、SW03设为101010101010）
码元宽度:
PN15
实验二脉冲幅度调制与解调实验
一、实验要求
1、掌握抽样定理的概念。
2、理解脉冲幅度调制的原理和特点。
3、了解脉冲幅度调制与解调电路的实现。
1、观察音频信号、抽样脉冲及PAM调制信号的波形,并注意它们之间的相互关系。
2、改变抽样时钟的占空比,观察PAM调制信号及其解调信号波形的变化情况。
2、PAM/AM模块
3、20M双踪示波器一台
4、连接线若干
5、频谱分析仪
1、PAM调制电路
从PAM音频输入端口输入2KHz左右的正弦波信号,经过隔直电容去掉模拟信号中的直流分量,然后经过电压跟随器电路（U01）提高其带负载的能力,然后信号被送入模拟开关MC14066（U02）。
由于实际上理想的冲激脉冲串物理实现困难,这里采用方波脉冲信号代替。
具体实现方法是经过改变信号源”24位NRZ码型设置”及”BCD码分频值设置”,使得”NRZ”端输出不同占空比的近似8KHz的方波信号。
该方波信号从PAM时钟输入端口输入,当方波为高电平时,模拟开关导通,正弦波经过并从调制端口输出;
当方波为低电平时,模拟开关截止,输出零电平。
2、PAM解调电路
若要还原出原始的音频信号,则将该PAM信号经过截止频率略大于2KHz的低通滤波器,滤除掉其中的高频成分即可。
这里使用了两级二阶RC有源低通滤波器来增强滤波的效果。
1、将信号源模块、PAM&
AM模块小心地固定在主机箱中,确保电源接触良好。
2、插上电源线,打开主机箱右侧的交流开关,再分别按下两个模块中的开关POWER1、POWER2,对应的发光二极管LED01、LED02发光,按一下信号源模块的复位键,两个模块均开始工作。
3、PAM调制实验
1）PAM调制连接线
源端口
目的端口
测试端口
信号源模块:
模拟输出
PAM模块:
PAM音频输入
NRZ（128分频）
PAM时钟输入
调制输出
2）调整模拟输出:
频率在2KHz左右,峰-峰值在2V左右。
3）设置信号源模块拨码开关SW01、SW02、SW03输出为101010101010101010101010,用示波器观测PAM模块调制输出波形。
4）改变NRZ输出码的占空比,观察并记录模块调制输出波形。
5）在验证抽样定理时,有时会产生波形不同步现象,在示波器中观察不到稳定的信号,此时能够调整输入正弦信号的频率使之同步,有时需重复耐心地调整才能观察到。
4、PAM解调实验
1）关闭系统电源,保持PAM调制实验部分连线不变,继续增加以下连线:
解调输入
解调输出
2）用示波器观察并记录在不同占空比NRZ码输入时的PAM模块解调输出端口的输出波形,并分别记录下相应的频率和波形。
六、实验结果
波形
调制输入
调制输出（NRZ码输出占空比1/2）
解调输出（NRZ码输出占空比1/2）
调制输出（NRZ码输出占空比1/3）
解调输出（NRZ码输出占空比1/3）
调制输出（NRZ码输出占空比1/4）
解调输出（NRZ码输出占空比1/4）
七、预习思考题:
1、PAM调制电路中的U01A、U01B的作用分别是什么?
2、PAM解调电路中的U03A、U03B与外围的RC电路在电路中的作用分别是什么?
3、抽样定理的具体内容?
八、思考题
1、在抽样之后,调制波形中包不包含直流分量,为什么?
2、造成系统失真的原因有哪些?
3、为什么采用低通滤波器就能够完成PAM解调?
九、扩展实验
将单放机（或音频信号发生器）输出的信号经终端模块放大之后送入PAM/AM模块的信号输入点”PAM音频输入”,引入适当时钟信号（从”PAM时钟输入”点输入）,将PAM/AM模块中”解调输出”测试点输出的波形引入终端模块,用耳机听还原出来的声
实验三码型变换实验
1、了解几种常见的数字基带信号。
2、掌握常见数字基带传输码型的编码规则。
1、观察NRZ、RZ、BRZ、BNRZ、AMI、CMI、HDB3、BPH码的波形。
2、观察全0码或全1码时各码型的波形。
3、观察HDB3码、AMI码、BNRZ码的正、负极性波形。
4、观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。
2、码型变换模块
3、20M双踪示波器一台
4、连接线若干
1、二元码
（1）二元码中最简单的二元码如单极性不归零码、单极性归零码和双极性不归零码的功率谱中有丰富的低频乃至直流分量。
这对于大多数采用交流耦合的有线信道来说是不允许的。
另外,当包含长串的连续”1”或”0”时,非归零码呈现出连续的固定电平。
由于信号中不出现跳变,因而无法提取定时信息。
它们存在的另一个问题是:
它们不具有检测错误的能力。
由于信道频带受限而且存在其它干扰,经传输信道后基带信号波形会产生畸变,从而导致接收端错误地恢复原始信息。
而且由于上述二元码信息中每个”1”和”0”分别独立地相应于某个传输电平,相邻信号之间不存在任何制约,正是这种不相关性使这些基带信号不具有检测错误信号状态的能力。
由于这些问题,它们一般只用于机内或很近距离的信息传递。
（2）BPH码
由于双相码在每个码元间隔的中心部分都存在电平跳变,因此在频谱中存在很强的定时分量,它不受信源统计特性的影响。
另外,由于方波周期内正、负电平各占一半,因而不存在直流分量。
显然,这种优点是用频带加倍来换取的。
双相码适用于数据终端设备在短距离上的传输。
（3）CMI码
CMI码也没有直流分量,却有频繁出现的波形跳变,便于恢复定时信号。
而且从CMI码波形可知,用负跳变可直接提取位定时信号,不会产生相位不确定问题。
相比之下,在数字双相码中采用一种跳变提取的定时信号相位是不确定的。
但若采用两种跳变提取定时信号,则频率是位定时频率的两倍,由它分频得到位定时信号时,也必存在相位不确定问题。
传号反转码的另一个特点是它有检测错误的能力。
根据它的编码规则,在正常情况下”10”是不可能在波形中出现的,连续的”00”和”11”也是不可能的,这种相关性能够用来检测因信道而产生的部分错误。
在CMI码中,原始的二元信息在编码后都用一组两位的二元码来表示,因此这类码又称为1B2B码型。
2、编码原理框图:
图3-1编码原理框图
框图的实现:
（1）单极性的RZ码、BPH码、CMI码可直接经过CPLD实现编码。
（2）双极性的BRZ码、BNRZ码、AMI码、HDB3码经过CPLD编码后,必须经过外接的具有正、负极性输出的数据选择器生成。
3、解码部分原理框图
（1）单极性的RZ码、BPH码、CMI码可直接经过CPLD实现解码。
（2）双极性的BRZ码、BNRZ码、AMI码、HDB3码先经过双（极性）—单（极性）变换器,再将变换得到的单极性送入CPLD实现解码。
图3-2解码原理框图
1、将信号源模块、码型变换模块小心地固定在主机箱中,确保电源接触良好。
3、将信号源模块的拨码开关SW04、SW05设置为0000010100000000,SW01、SW02、SW03作相应的设置。
观察BS、2BS、NRZ各点波形。
4、编码实验:
（在每次改变编码方式后,请按下复位键）,并观察编码后的频谱特性。
（1）RZ编码实验（单极性归零码）
（2）BPH编码实验（曼彻斯特码）
（3）CMI编码实验
a、以上三种编码实验连线相同,连线:
BS
码型变换:
编码输出1
2BS
NRZ
b、将”编码方式选择”拨码开关拨为10000000,则编码实验选择为RZ方式。
将”编码方式选择”拨码开关拨为01000000,则编码实验选择为BPH方式。
将”编码方式选择”拨码开关拨为00100000,则编码实验选择为CMI方式。
c、用示波器观察并记录编码输出1的波形。
（如果发现波形不正确,请按下复位键后继续观察）
（4）AMI编码实验
（5）HDB3编码实验
a、以上两种编码实验连线相同,连线:
编码输出2
b、将”编码方式选择”拨码开关拨为00000010,则编码实验选择为AMI方式。
将”编码方式选择”拨码开关拨为00010000,则编码实验选择为HDB3方式。
c、用示波器观察并记录编码输出2的波形。
*（5）BRZ编码实验（双极性归零码）
a、将”编码方式选择”拨码开关拨为00001000,则编码实验选择为BRZ方式。
b、连线与以上相同,测试端口为”BRZ”。
c、观察并记录波形。
*（6）BNRZ编码实验（双极性非归零码）
a、将”编码方式选择”拨码开关拨为00000100,则编码实验选择为BNRZ方式。
b、连线与以上相同,测试断口为”BNRZ”。
5、解码实验:
（注意:
编码方式选择”拨码开关的选择,在每次改变解码方式后,请按下复位键）
（1）RZ解码实验
（2）BPH解码实验
（3）CMI解码实验
a、关闭系统电源,保持上述三种编码实验连线不变,继续增加以下连线:
解码输入1
解码输出处
b、观察并记录测试口的波形,并将示波器设为双踪状态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确,请按下复位键后继续观察）
（4）AMI解码实验
（5）HDB3解码实验
解码输入2
b、分别观察双路输出1,双路输出2,并与解码输入2进行比较。
c、观察并记录测试口的波形,并将示波器设为双踪状态比较解码信号与信号源的NRZ码（如果发现波形不正确,请按下复位键后继续观察）
6、任意改变信号源模块上的拨码开关SW01、SW02、SW03的设置,重复实验4、实验5的内容。
7、将信号源模块上的拨码开关SW01、SW02、SW03全部拨为1或全部拨为0,重复实验4、实验5的内容。
六、实验结果（填入下一页表格中）七、提问及解答
1、在实际的基带传输系统中,是否所有的代码的电波形都能在信道中传输?
2、对传输用的基带信号的选择,应该从哪些方面来考虑?
如果在较为复杂的基带传输系统中,传输码的结构应具有哪些特性?
3、信号源模块上的拨码开关SW01、SW02、SW03全部拨为1或全部拨为0,观察AMI、HDB3编解码输出波形。
八、扩展实验
按通信原理教材中阐述的编码原理自行设计其它码型变换电路,下载并观察各点波形。
1、RZ、BPH、CMI编解码实验结果:
波形
参数
NRZ
24位NRZ:
RZ
编码
脉宽:
占空比:
解码
BPH
CMI
2、AMI、HDB3编解码实验结果:
（要求纵向对齐）
24位NRZ码:
分频比:
AMI
HDB3
实验四ASK调制与解调实验
1、理解ASK调制的工作原理及电路组成。
2、理解ASK解调的原理及实现方法。
3、了解ASK信号的频谱特性。
1、观察ASK调制与解调信号的波形。
2、观察ASK信号频谱。
2、数字调制模块
3、数字解调模块
4、同步提取模块
5、20M双踪示波器一台
6、连接线若干
7、频谱分析仪
1、2ASK调制原理
ASK基带信号经过电压比较器（LM339）,输出高/低电平驱动模拟开关（74HC4066）导通/关闭,ASK载波经过电压跟随电路（TL082）提高带负载能力,然后经过模拟开关电路选择经过/截止,最后得到ASK调制信号输出。
2、2ASK解调原理
本实验采用的是包络检波法,ASK调制信号经过RC组成的耦合电路,输出波形可从OUT1观察,然后经过半波整流器（由1N4148组成）,输出波形可从OUT2观察,半波整流后的信号经过低通滤波器（由TL082组成）,滤波后的波形可从OUT3观察,再经过电压比较器（LM339）与参考电位比较后送入抽样判决器（74HC74）进行抽样判决,最后得到解调输出的二进制信号。
标号为”ASK判决电压调节”的电位器用来调节电压比较器的判决电压。
判决电压过高,将会导致正确的解调结果的丢失;
判决电压过低,将会导致解调结果中含有
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