简单增量调制.doc

湖南工程学院 课 程 设 计 课程名称课程名称 通信原理通信原理 课题名称课题名称 简单简单 M 增量调制增量调制 专专 业业 电子信息工程电子信息工程 班班 级级 电信电信 1102 班班 学学 号号 201101030234 姓姓 名名 易元圆易元圆 指导教师指导教师 熊卓烈熊卓烈 2013 年年 12 月月 23 日日 目录目录 第一章 总体设计思路 1 1 1 设计要求 1 1 2 增量调制基本原理 2 1 3 增量调制的设计原理和框图 3 第二章 单元电路设计 4 2 1 减法电路 4 2 2 误差放大电路 4 2 3 限幅电路 5 2 4 判决电路 6 2 5 单 双变换电路 6 2 6 积分电路 7 2 7 射极放大电路 8 第三章 Systemview 仿真与调试 9 3 1 Systemview 简介 9 3 1 仿真步骤 9 3 2 仿真结果 10 第四章 总电路图 12 4 1 总电路图 12 第五章 总结与体会 13 参考文献 14 1 第一章第一章 总体设计思路总体设计思路 1 11 1 设计要求设计要求 1 思路清晰 牢牢掌握增量调制原理 给出整体设计框图 画出整机原理图 2 了解语音信号的 M 编码过程 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 System View 仿真软件对系统进行仿真 并调试出正确的仿真结果 1 21 2 增量调制基本原理增量调制基本原理 增量调制 DM 可以看成是一种最简单的 DPCM 当 DPCM 系统中量化器的量化电平数取为 2 时 且预测器仍简单地是一个延迟时间为抽样时间间隔 T 的延迟线时 此 DPCM 系统就成为 增量调制系统 其原理方框图如图 1 1 所示 a 编码器 b 译码器 图 1 1 增量调制原理框图 增量调制或称增量编码 是将连续变化的模拟信号变成二进制数码的一种调制方法 它是 用一位二进制数码来表示信号在此时刻的值相对于前一个取样时刻的值是增大还是减小 增 大发 1 码 减小发 0 码 在增量调制中 数码 1 和 0 只表示信号相对于前一时刻 是增大还是减小 不代表信号的绝对值 接收端译码每收到一个 1 码 译码器的输出相对于 前一时刻的值上升一个量阶 每收到一个 0 码 相对于前一时刻的值下降一个量阶 当收到 连 1 码时 表示每隔一个取样时间 连续上升一个量阶 即表示信号的建续增长 收到连 2 0 码时 表示每隔一个取样时间 连续下降一个量阶 即表示信号的连续下降 这就是增量 编码和译码的规则 增量调制目的是简化模拟信号的数字化方法 其主要特点是 1 在比特率较低的场合 量化信噪比高于 PCM 2 抗误码性能好 能工作在误比特率为 102 103 的信道中 而 PCM 则要求信道的误比特 率为 104 106 3 设备简单 制造容易 1 31 3 增量调制设计原理和框图增量调制设计原理和框图 增量调制就是一个对模拟信号编码和译码的过程 在编码器中输入一个模拟信号 X t 它与预测信号 Xo t 相减 得到一个预测误差 预 测误差被周期 T 的抽样冲击序列 t 抽样 若抽样值为负值 则判决输出电压 V 用 1 代表 若抽样值为正值 则判决输出电压 V 用 0 代表 这样就得到二进制输 出数字信号 如图 1 2 所示 图 1 2 增量调制波形图 进行编码之后 进入译码过程 在解调器中 积分器只要收到一个 1 码元就使其输出 升高 V 每收到一个 0 码元就使其输出降低 V 这样就可以恢复出图 1 2 的阶梯形电 压 这个阶梯形电压通过低通滤波器平滑后 就得到十分接近编码器原输入的模拟信号 这 种方法即用一个简单 RC 积分电路把二进制码变为平滑的波形 针对图 1 2 我们将对其变换 调制 如图 1 3 所示 3 图 1 3 增量调制译码原理图 综上所述 我们了解了增量调制的基本原理与工作过程 我们可以设计出增量调制的总 原理框图 在编码器中输入一个模拟信号 f t 它与预测信号 f t 相减 用减法电路得到 一个预测误差 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减法电路的 一端 增量调制总原理框图如图 1 4 所示 图 1 4 增量调制设计原理框图 反馈信号 语音信号 4 第第二二章章 单单元元电电路路设设计计 2 12 1 减法电路减法电路 减法电路 用来实现两个 输入 电压 信号 Vi1 和 Vi2 相减的求差电路 它的同相端 和反相端 输入 0 3K 3 4K 语音信号它与反馈信号 两个输入信号相减 得到一个预测误差 输入信号 Vi1 和 Vi2 分别同相和反相放大 输出信号可以利用叠加原理得到 Vo R4 R3 Vi2 Vi1 电路中 R1 R2 R3 R4 电路输出电阻很小 电路相当于 理想运放电路模型 减 法电路 电路图如下 所示 图 2 1 减法电路电路图 2 22 2 误差放大电路误差放大电路 误差信号放大电路即一个射极偏置电路 对输入信号Vi 进行放大并实现零偏 置调整 电路中电源分别接 12V 和 12V 图 2 2 中通过一个共射极三极管与电阻 形成一个直流通路 直流通路利用负反馈作用 达到自动稳定静态工作点的作用 此 电路通过调整一个滑动变阻器R19 使得当 Vi 输入的值为 0 是 输出 Vo 的值也为 0 这样就 使得 Vo 的值跟随 Vi 的值变化而变化 让输出信号在0V 上下变化 即 实现了零偏置调整 其电路图如下所示 5 图 2 2 误差放大电路图 2 32 3 限幅电路限幅电路 限幅电路是由两个NPN 型三极管及其他元器件组成的运放电路 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三种 在上限限幅电路中 当输入信 号电压低于某一事先设计好的上限电压时 输出电压将随输入电压而增减 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 即在输出端受到限制 同样 下限限幅电路在输入电压低于某一下限电平时产生限幅作用 双向限幅电路则在输入电压过高或过低的两个方向上均产生限幅作用 三极管限幅电路是利 用三极管进入截止区或饱和区后输出不再受输入的影响来实现限幅作用的 这种电路形式上 与放大电路相似 但工作点的选择应该有利于实现所需的限幅 而不是避免发生波形失真 三极管限幅电路的优点是兼有放大作用 两个三极管组成级联方式并各自工作在开关状态 通过设置各电阻的参数使得误差信号幅值限定在 0 3V 内变化 当输入为高电平时 三极管 Q2 导通 三极管 Q3 截止 使得输出的电压为 0V 相反 当输入时低电平时第一个三极管 Q2 截止 第二个三极管 Q3 导通 分压使得输出 V0 的值为 3V 其电路图如下所示 6 图 2 3 限幅电路电路图 2 42 4 判决电路判决电路 定时判决电路采用 D 触发器来实现比较判决功能 由于通过限幅放大的输入信号的幅值 在 0 3V 内变化 而由于 D 触发器由门电路组合而成即存在着较低的门限电压 利用这一特 性实现对输入信号的判决 时钟信号的频率为 16K 32K 每当来一个时钟信号 当 CP 脉冲为 0 时 触发器保持原状态 当 CP 为 1 时 接受端 D 出现两种情况 D 等于 1 即是高电平时 相当于输入信号大于门限值即输出双极性的二进制编码 相反 当 D 等于 0 即为低电平时 输入小于门限值即输出单极性的二进制编码 其电路图如下所示 图 2 4 判决电路电路图 7 2 52 5 单单 双极性变换电路双极性变换电路 单 双极性 变换即在 两个三极管处于开关状态下完成二进制编码和电压变电流 信号的转换 三极管 Q4 和 Q5 工作在开关状态下轮流导通后 进过RC 回路充放 电 当 Vi 加高电平时 Q5 管导通 Q4 管截止 此时 Uo 为高电平 对积分器电容 进行冲电 当Vi 加入低电平时 Q5 管截止 Q4 管导通 Uo 为低电平 积分器 电容处于放电状态 这种冲放电状态也就是所说的推挽功放 在三极管处于开关状 态对高低电平的选择性导通截止的状态下 完成了单双极性变换 电压信号变成电流 信号 单极性变为双极性信号 完成简单增量调制的一个过程 其电路图如下所示 图 2 5 单 双极性变换电路图 2 62 6 积分电路积分电路 积分电路电路原理很简单 都是基于电容的充放电原理 RC 电路的积分条件 RC Tk 具体是输入信号经过了一个电阻后经过反馈流到电容上 但此时认为电容电压的初 始电量为零 故此时给电容充电 由理想运算放大器的虚短 虚断性质得 V1 Ii 0 电容器 初始电压 Vc 0 则 V1 Vo 1 c Iidt 1 c Vi Rdt 8 所以 Vo 1 RC Vidt 上式表明 输出电压 Uo 为输入电压 Ui 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 Ui 为阶跃电压 在它的作用下 电容将 以近似恒流方式进行充电 输出电压 Uo 与时间 t 成近似线性关系 积分电路电路图如下所示 图 2 6 积分电路电路图 2 72 7 射极输出放大电路射极输出放大电路 射极输出放大电路是一个输入信号与输出信号的公共端是三极管的集电极的共集电极放 大电路 其特点是输入信号与输出信号同相 无电压放大作用 电压增益小于 1 且接近于 1 因此共集电极电路又有 电压跟随器 之称 电流增益高 输入回路中的电流 iB 输出回 路中的电流 iE 和 iC 输入电阻高 输出电阻低 既可以做多级放大电路的输入极 负载稳定 又可以做多级放大电路的输出级 其电路图如下所示 图 2 7 射极放大电路电路图 9 第第三三章章 S Sy ys st te em mv vi ie ew w 仿仿真真与与调调试试 3 13 1 SystemviewSystemview 简介简介 Systemview是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台 从滤波 器设计 信号处理 完整通信系统的设计与仿真 直到一般的系统数学模型建立等各个领域 Systemview在友好而且功能齐全的窗口环境下 为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具 Systemview是美国 ELANIX 公司推出的 基于 Windows 环境下运行的用于系统仿真 分析的可视化软件工具 它使用功能模块 Token 描述程序 利用Systemview 可以构造各 种复杂的模拟 数字 数模混合系统和各种多速率系统 因此 它可用于各种线性或非线性 控制系统的设计和仿真 用户在进行系统设计时 只需Systemview配置的图标库中调出有 关图标并进行参数设置 完成图标间的连线 然后运行仿真操作 最终以时域波形 眼图 功率谱等形式给出系统的仿真分析结果 3 23 2 仿真步骤仿真步骤 通过自己的学习 初步了解了Systemview的一些操作方法 我们也大概掌握了增量调 制的实现原理 下面介绍仿真的步骤 1 理解增量调制原理 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 10 3 33 3 仿真结果仿真结果 增量调制系统仿真图如下所示 图 3 1 系统仿真图 高斯噪声经过低通产生 300HZ 3400HZ 模拟语音信号波形如图所示 图 3 2 模拟语音信号波形图 模拟语音信号经放大器误差放大以后 通过判决器进行判决输出简易 M 增量调制脉冲 波形图如图所示 11 图 3 3 M 增量调制脉冲波形图 增量调制输出信号经放大电路 减法器后再通过延时电路的输出延时波形如图所示 图 3 4 延时波形图 增量调制信号经过积分器 放大电路后的解调输出波形如图所示 图 3 5 增量调制解调波形图 12 第四章第四章 总电路图总电路图 4 14 1 总电路图总电路图 13 第五章第五章 总结与体会总结与体会 期末的通信原理课程设计又将结束了 每一次的课程设计都会带来一次与众不同的体验 又一次经历了一个从迷茫到恍然大悟的激动过程 这次通信原理课程设计的题目是简单增量调制 刚刚得到这个课题时还是挺茫然的 老 师又介绍几种我没听过的软件叫我们自学 然后把波形给仿真出来 更是晴天霹雳 并且期 末了 还的准备复习去 迎接期末考试 一切的一切 都在考验着我 不管怎样 还是得迎 难而上 拿到这个课题以后 我还是像以前一样 像一个无头苍蝇 不知先从哪里下手 但 是 再艰难的路 只要迈开双脚 你就一定会到达胜利的终点 胜利就在眼前 你不迈开双 脚 你永远也只能站在原点 我仔细的看书 认真分析增量调制的原理 画出其原理框图 然后设计其电路 可是分析原理 设计电路的路不是很平坦 在自己找资料和分析过程中遇 到了很多问题 例如 减法电路 单双极性变换 systemview 参数调整等等我的概念都不是 很清晰 所以 我向同学请教 向老师请教 熊老师对我孜孜不倦的教导 一步一步给我分 析 直到我弄懂为止 弄懂了增量调制的基本原理 画出了他的电路图 我又遇到了严峻的 考验 对其进行系统仿真 我们的仿真软件叫 systemview 第一次接触这个软