通信基础学习知识原理C实验指导书.doc

!- 《通信原理C》实验目录 实验 通信原理多种信号的产生和通信话路终端语音信号传输实验 1 实验 脉冲编码调制(PCM)及系统实验 3 实验 FSK调制解调实验 6 实验室地址：本部高层大楼14层1407室 实验注意事项 1．将实验板插入主机插座后，即已接通地线，但实验板所需的正负电源则要另外使用导线进行连接。 2．实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。 3．实验后按要求独立完成实验报告。 4．一份完整实验报告内容应包含：实验名称、实验目的、实验设备、注意事项、实验原理、实验内容、实验数据、结果分析及结论。 5. 用学生作业纸撰写实验报告，用坐标纸完成实验数据绘图。 实验报告封面 兰州理工大学学生实验报告 课程名称 通信原理C 实验名称 学生学号 学生姓名 实验 通信原理多种信号的产生和通信话路终端语音信号传输实验 一. 实验目的 1.了解多种时钟信号的产生方法。 2.掌握用数字电路产生伪随机序列码的实现方法。 3.了解PCM编码中的收、发帧同步信号的产生过程。 4.了解通信话路终端语音信号的传输过程 5.掌握滤波器电路在通信话路终端接收电路中的作用 二. 多种信号产生电路工作原理 时钟信号乃是其它各级电路的重要组成部分，在通信电路及其它电路中，若没有时钟信号，则电路基本工作条件将得不到满足而无法工作。 信号发生器电路是供给实验箱各实验系统的各种时钟信号和其他有用信号与测试信号，由以下电路组成： 1.内时钟信号源。 2.多级分频及脉冲编码调制PCM系统收发帧同步信号产生电路。 3.伪随机序列码产生电路。 4.简易正弦信号发生器电路。 三. 通信话路终端语音信号传输实验电路工作原理 在本实验中，话路终端语音传输电路方框图如图1-1可知： 1. PAM脉冲幅度调制电路 2. PCM脉冲编码调制电路 3. 增量调制编译码电路 三部分都共用一个发送通道和接收通道，其中PAM、PCM、△M三部分电路在后面实验中分别介绍。本次实验主要介绍：话路终端发送与接收滤波。话路终端发送电路由发送放大、波形编码等电路组成；接收电路由低通滤波、波形译码、电子开关、音频功放组成。 图1-1 话路终端语音传输电路方框图 四. 实验报告要求 1.绘出所做实验的电路、仪表连接调测图。并列出所测各点的波形、频率、电压等有关数据，对所测数据做简要分析说明、解释通信话路终端语音信号的传输过程。 2.绘出通信话路终端接收滤波器的带宽与幅频特性曲线。 3.若实验内容做不出来，请将其原因、现象、处理的过程在实验报告中加以说明。有何实验体会? 五.讨论思考题 1、实验电路中内时钟信号源产生是由两级非门、晶振、电阻电容元件组成反馈式振荡器。能否用其它形式的电路产生时钟信号，举例说明。 2、时钟信号的分频电路能否用其它方法产生，要求电路尽量简要、清楚。有哪些方法？画出原理图。 3、理解并分析正弦波信号发生器电路后，试再用其它方法产生正弦波信号。举例说明，并画出电路图  图1-2 信号发生器CLK电路图 实验 脉冲编码调制(PCM)及系统实验 —. 实验目的 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。 二. 实验电路工作原理 （一） PCM基本工作原理 脉冲编码调制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。脉码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化、编码的过程。 脉冲编码调制方式就是一种传递模拟信号的数字通信方式。 PCM的原理如图2-1所示。话音信号先经防混叠低通滤波器，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“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。对于电话，ITU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。为解决均匀量化时小信号量化误差大、音质差的问题，在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，而在大信号时分层疏、量化间隔大。 图2-1 PCM的原理框图 在实际中广泛使用的是两种对数形式的压缩特性：A律和m律。A律PCM用于欧洲和我国，m律用于北美和日本。 本实验系统编译码器电路的设计 我们所使用的编译码器是把Codec和Filter集成在一个芯片上，该器件TP3067。 PCM编译码电路：在本实验中选择A-Law变换，以2.048Mbit来传送信息，信息帧为无信令帧，它的发送时序与接收时序直接受FSX和FSR 控制。 三. 实验内容 1.用同步信号源TP106的输出波形观察A律PCM八比特编码的实验 2.脉冲编码调制（PCM）及系统实验 3.PCM编码时分多路复用时序分析实验 具体内容方法如下： a.在不加信号的情况下，用二踪示波器测量TP501-TP508各点处的波形，仔细观察。 b.从实验一中的信号发生器TP106输入一单音频正弦信号至S201，单音频正弦信号的幅度大小可由W102、W001进行调节，再测量TP501-TP508各点波形，仔细测量TP505的输出PCM数字信号，观察PCM输出的8比特码并作详细记录，画出各点波形并分析其相位关系。 c.外加信号输入一正弦信号至S201中，重复上述“2”的过程及步骤进行实验。 d.用音频夹子线连接，将外加广播信号源接入S201信号插座中，用二踪示波器观察输入、输出波形。喇叭接在K001的1、2脚，仔细鉴别话音传输质量与效果。 图 2-2 PCM电路电原理图 四. 测量点说明 1.TP501：在S201输入端输入一个300～3400Hz的正弦波信号，若幅度过大，则被限幅电路限幅成方波了，因此信号波形幅度尽量小一些，方法是改变外部信号源的幅度大小。 2.TP502：波形同TP501，但幅度可能被放大，也可能被减小，幅度可由通信话路终端发送滤波器电路中的电位器 W001进行调节。 3.TP503：频率为2.048MHz的主时钟信号。TP503 = TP101。 4.TP504：频率为8KHz的分帧同步信号， TP504 = TP104。 5.TP505：PCM编码输出数字信号，数据的速率是64KHz，为8比特编码，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。 6.TP506：PCM译码输入数字信号，波形同TP505，由开关K501的1与2相连。 7.TP507：PCM译码输出模拟信号，波形同TP501。 8.TP508：PCM译码输出模拟信号，波形同TP507，但幅度可能被放大，也可能被减小，幅度可由通信话路终端接收滤波器电路中的电位器 W003进行调节。 五. 实验报告要求 1.画出实验电路的实验方框图，并叙述其工作过程。 2.画出实验过程中各测量点的波型图，注意对应相位关系。 3.写出本次实验的心得体会，以及对本次实验有何改进意见。 实验 FSK调制解调实验 综合性实验 2学时 实验内容 1.频率键控（FSK）调制实验 2.频率键控（FSK）解调实验 一. 实验目的 1.理解FSK调制的工作原理及电路组成。 2.理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。 二. 实验电路工作原理 图3-1 FSK调制解调电原理框图 数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。 数字调频又可称作移频键控FSK，它是利用载频频率变化来传递数字信息。数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种情形。若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，只是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。 本实验电路中，由实验一提供的载频频率经过本实验电路分频而得到的两个不同频率的载频信号，则为相位连续的数字调频信号。 (一) FSK调制电路工作原理 FSK调制解调电原理框图，如图3-1；图3-2是它的调制电路电原理图。 由图3-1可知，输入的基带信号由转换开关K904转接后分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关1关闭，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到已调的FSK信号。 电路中的两路载频(f1、f2）由内时钟信号发生器产生，经过开关K901，K902送入。两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U901∶A与U901∶B(4066)。 图3-2 FSK调制电路电原理图。 (二) FSK解调电路工作原理 FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到了越来越广泛的应用。 FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2失锁，对应输出低电平，在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。 解调电路电原理图如图3-3所示。 FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MC14046。 MC14046集成电路内有两个数字式鉴相器(PDⅠ、PDⅡ)、一个压控振荡器(VCO)，还有输入放大电路等，环路低通滤波器接在集成电路的外部。 压控振荡器的中心频率设计在32KHz。图3-3中R917、R918、CA901主要用来确定压控振荡器的振荡频率。R919、C904构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。从要求环路能快速捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些；从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足捕捉时间前提下，尽量减小环路低通滤波器的带宽。 图3-3 FSK解调电路电原理图。 由图3-3可知，当锁相环锁定时，环路对输入FSK信号中的32KHz载波处于跟踪状态，32KHz载波(正弦波)经输入整形电路后变成矩形载波。此时鉴相器PDⅡ输出端(引脚13)为低电平，锁定指示输出(引脚1)为高电平，鉴相器PDⅠ输出(引脚2)为低电平，PDⅠ输出和锁定指示输出经或非门U903∶A(74LS32)和U904∶B(74LS04)后输出为低电平，再经积分电路和非门U904∶C(74LS04)输出为高电平。再经过U904∶D(74LS04)整形电路反相后从输出信号插座S902输出。 当输入信号为16KHz时，环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏，鉴相器输入端的两个比较信号存在频差，经鉴相器PDⅠ后输出一串无规则矩形脉冲，而锁定指示(第1引脚)输出为低电平，PDⅠ输出和锁定指示输出经或非门U903∶A与U904∶B后，输出仍为无规则矩形脉冲，这些矩形脉冲经积分器和非门U904∶C后输出为低电平。 可见，环路对32KHz载频锁定时输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低电平。只要适当选择环路参数，使它对32KHz锁定，对16KHz失锁，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。 三. 实验内容 1.测试FSK调制电路TP901—TP907各测量点波形，并作详细分析。 2.测试FSK解调电路TP908—TP910各测量点波形，并作详细分析。 注意选择不同的数字基带信号的速率。有1110010码(2KHz)、1010交替码(8KHz)。由信号转接开关K904进行选择。 设置K9041–2 接通，2KHz的伪随机码，码序列为：1110010。 (一)FSK调制实验 （1）按下按键开关：K2、K100、K900。 （2）按一下“开始”与“FSK”功能键，显示代码“3”。 （3）跳线开关设置：K1011–2、K9011–2、K9021–2。 （4）在CA901上插电容，使锁相环中的压控振荡器工作在32KHz，电容在1800Pf~2400Pf之间。 (二)FSK解调实验 做FSK解调实验时，。 1.接通跳线开关K9031–2脚，输入FSK信号给解调电路，注意观察“1”“0”码内所含载波的数目。 2.观察FSK解调输出TP910波形，并作记录。并同时观察FSK调制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有延迟、失真。 四. 讨论思考题 1.测试并记录以下各测量点波形。 测量点 波形 TP901 TP902 TP903 TP904 TP905 TP907 TP910 2.改变4046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响? 3.采用锁相环解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比有否产生延迟?