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通信原理实验指导书惠州学院电子科学系2005年12月目录现代通信原理实验系统简介1实验一 信号发生器系统实验5实验二 HDB3码型变换实验14实验三 脉冲幅度调制（PAM）及系统实验19实验四 脉冲编码（PCM）及系统实验23实验五 增量调制与解调实验28实验六 基本锁相环与锁相式数字频率合成器实验35实验七 频移键控调制与解调实验39实验八 相移键控调制与解调实验45实验九 帧同步信号提取实验51实验十 位同步信号提取实验56实验十一时分复用数字信号接收实验62附录一 位同步程序清单66附录二 TP3057功能简介68附录三 MC34115功能简介73附录四 CD22103功能简介75附录五 4046和4522功能简介75附录六 主要集成电路真值表及封装75通信原理实验系统介绍一、通信原理实验系统总方框图 通信原理实验系统总方框图如图1所示。 FSKPSK位同步信 号 源PCM帧同步模 拟信 号数 字 信 号M数字终端HDB3PAMVCO图1 通信原理实验系统总方框图二、系统单元电路组成由图1可知，电子与通信原理实验系统由下列十一个单元电路组成：1 信号发生器系统单元2 HDB3码编译码单元3 脉冲幅度调制与解调系统单元4 脉冲编码调制与解调系统单元5 增量调制与解调系统单元6 基本锁相环与锁相式数字频率合成器系统单元7 FSK调制与解调系统单元8 PSK调制与解调系统单元9 帧同步信号提取单元10. 位同步信号提取单元11. 时分复用信号接收单元三、实验内容通信原理实验系统可独立完成11个实验项目： 1 信号发生器系统实验2 HDB3码编译码单元3 脉冲幅度调制（PAM）及系统实验4 脉冲编码调制（PCM）及系统实验5 增量调制与解调实验6 基本锁相环与数字频率合成器系统实验7 频移键控调制与解调实验8 相移键控调制与解调实验9 帧同步信号提取实验10位同步信号提取实验11时分复用数字信号接收实验四、元器件总体布局元器件总体分布结构如图2所示。五、其它说明1由于本实验系统原理电路图较多，不可能在一张图纸上画出所有各部分的电路图，同时由于计算机辅助设计及辅助教学的实现，实验系统中的全部电路均由计算机辅助设计而成，因而同学们在实验时，必须学会看懂计算机辅助设计的电路图。这也是提高学生分析问题、解决问题的一个重要方面。2由于本教材提供的所有实验内容全部编排在一块大的印制电路板内，而且各部分的功能（包括硬件电路与软件设计）均已调试好。因此，同学们没有必要花大量的时间去在面板上进行连接电路，而要把大量的时间花在分析原理电路上。3在开设实验前，实验室必须提供小起子等常用工具。4凡本实验系统内的短路开关，横向排列的从左边起为第一脚，纵向排列的从上面起为第一脚。5注意：只有做PCM实验时K201接1、2脚，除此之外K201均应接2、3脚;做帧同步实验的时候，当帧同步码不为1110010（即SW001的设置不为11110010）时，切勿用示波器探头接触TP301，否则实验结果将会发生错误（若已发生错误，请关闭电源以后将SW001设置为11110010，然后继续实验）。图2 实验箱原件分布图实验一 信号发生器系统实验一、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编码的收/发帧同步信号的产生过程。4.了解几种常见的数字基带信号。5. 掌握AMI码的编码规则。 二、实验内容 1用内时钟信号源产生的信号作为总时钟输入，分别分析各级电路，并测出各测量点波形。2分析伪随机码发生器的工作原理。3. 掌握数字基带各种信号的定义与产生方法，观察各点波形。4. 熟悉时分复用信号的产生与帧同步信号集中插入的方法，观察各点波形。5. 掌握用函数发生器产生正弦波和三角波的方法，观察并调节8038的输出波形。6掌握各输出信号在整个系统中的作用。三、实验原理 本实验的信号发生器分为三个独立的部分:以4.096MHz晶振为中心的时钟信号产生部分、以4.433MHz晶振为中心的数字信号产生部分和以8038函数发生器为中心的模拟信号产生部分。信号发生器的目的是提供实验箱各实验系统的各种时钟信号和其它有用信号及测试信号。1时钟信号产生部分该部分的作用是产生不同频率的方波、伪随机序列以及其他脉冲信号，用以作为后续实验各个模块的时钟信号和基带信号，其原理框图及其电路原理图分别如图1-1、图1-2所示。 时钟 分频 内时钟源 4.096MHz伪随机码产生电路时钟分频 1.024MHz 32kHz 伪随机码 2kHz 512kHz 256kHz 2分频分帧同步信号产生 128kHz 帧同步信号 图1-1 时钟信号产生原理框图 (1) 内时钟信号源。内时钟信号源电路由晶振CRY002（4.096MHz）、电阻R014(1K)和R015(1K),电容C023(0.01uf),非门U023：A（74LS04）和U023：B（74LS04）组成。加电后，在U023：A的输出端输出一个较为理想的方波信号，其振荡频率为4.096MHz，经过D触发器U018：B（74LS74）二分频后，输出2.048MHz的方波信号，送到分频电路U019:74LS161的第2脚。 图1-2 时钟信号源电路原理图 (2) 三级基准信号分频电路及PCM编码调制收发帧同步信号产生电路该电路的输入时钟信号为2.048MHz的方波，即测试点TP002端。三级基准信号分频电路及PCM编码调制同步信号由三级可预置四位二进制计数器（带直接清零）组成，逐次分频变成8kHz窄脉冲。 U019、U020、U021（74LS161）的第二引脚为各级时钟输入端，输入时钟分别为2048kHz、128kHz、8KHz。予置数据输入端P3、P2、P1、P0均接地，为低电平，这样每次均从零开始记数，当记数到16个脉冲后，其15脚为进位输出端输出一个16分频的128kHz、8kHz窄脉冲信号。每级的Q0、Q1、Q2、Q3输出均为2分频输出波形。由第一级分频电路U019产生的128kHz窄脉冲和由第二级分频电路U020产生的8KHz窄脉冲经处理后输出PCM编译码器中的收、发帧同步信号，同时产生256KHz、64KHz、32KHz、16KHz、2KHz、1KHz方波信号，供后续实验使用。(3) 伪随机码发生器电路伪随机序列即m序列，其显著特点是：（a）随机特性（b）预先可确定性（c）可重复实现。图1-3是伪随机序列的产生过程框图，图1-4为对应的状态转移图。采用带有两个反馈抽头线圈的3级反馈移位寄存器来产生7位伪随机序列。设初始状态为111（Q2Q1Q0=111），则在时钟的作用下移位一次后，由Q1与Q0模二加后产生新的输入Q2=Q0 Q1=1 1=0，则新状态变为Q2Q1Q0=011；当移位两次时，由Q1与Q0模二加后产生新的输入Q2=Q0 Q1=1 1=0，则新状态变为Q2Q1Q0=001，依此类推，移位七次后，新状态变为111，即回到初始状态。111110时钟011101 Q2 Q0 Q1 输出001010 +100图1-3只有两个反馈抽头的伪随机序列码发生器 图1-4 状态转移图 图1-2是本实验系统中伪随机码发生器的电路原理图。图中三个D触发器U018A、U015A、U025B（74LS74）构成三级移位寄存器，模二加法器由异或门U027A：74LS86构成；为防止全零状态出现，将三级D触发器的Q端分别连到与非门U024：A（74LS10）的三个输入端，与非门的输出端连到D触发器U025：A（74LS74）的第四端（该端为置“1” 端）。这样，一旦出现三级D触发器的输出端（Q端）为全零状态时，与非门的输出端立即输出低电平，使D触发器的Q端输出置“1”，电路恢复正常工作，即电路不可能处于Q2Q1Q0=000的状态，从而保证了状态转移图在七个非0状态下循环。 该电路的工作时钟有32kHz、2kHz两种工作方式可供选择，由跳线开关K001进行控制，从而输出不同速率的伪随机码序列。2. 数字信号产生部分本模块产生六种数字基带信号NRZ、RZ、BNRZ、BRZ、BPH、AMI，其原理框图如图1-5所示。信号码速率为170.5Kb/s，帧结构如图1-6所示，帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（1110010），另外16位为每路8位的两路数据信号，该信号作为集中插入帧同步码时分复用信号，发光二极管亮状态表示1码，暗状态表示0码，本实验系统中数字基带信号产生的电路原理如图1-7所示。(1) 分频器74LS161进行13分频，输出信号频率为341kHz。74LS161是一个四位二进制加计数器，预置在3状态。74LS193完成2、4、8、16运算，TP011为位同步信号，频率为170.5kHz。40160是一个二十进制加计数器，预置在7状态，完成3运算。并 行 码 产 生 器八选一八选一八选一分 频 器晶振BNRZBRZNRZ码型变换器RZ三选一BPHAMI图1-5 数字信源框图无定义位数据2数据1帧同步码X1110010xxxxxxxxxxxxxxxx图1-6 帧结构(1) 分频器U002：74LS161A进行13分频，输出信号频率为341kHz。74LS161A是一个四位二进制加计数器，预置在3状态。U003：74LS193完成2、4、8、16运算，TP011输出频率为170.5kHz的位同步信号。U004：40160是一个二十进制加减计数器，预置值为7，完成3运算。(2) 八选一采用数据选择器4512，它内含了8路数据传输开关、地址译码器和三态驱动器，U005、U006和U007的地址信号输入端A、B、C并连在一起并分别接74LS193的2、6、7脚，它们的8个数据信号输入端X0X7分别与SW001、SW002、SW003输出的8个并行信号连接。(3) 三选一三选一电路原理同八选一电路原理。U004：40160的14和15脚的输出信号分别输入到U008：4512的地址端A和B，U005、U006、U007输出的3路串行信号分别输入到U008的数据端X3、X0、X1，通过U008输出码速率为170.5kb/s的2路时分复用信号，该信号为单极性非归零信号（NRZ）。3. 模拟信号产生部分模拟信号产生电路原理如图1-8所示，其中，ICL8038是单片机集成函数信号发生器，它由恒流源I1和I2、电压比较器A和B、触发器、缓冲器及三角波变正弦波电路等组成。外接电容C由两个恒流源充电和放电，电压比较器A、B的阈值分别为电源电压（指UCC+UEE的2/3和1/3）。恒流源I1和I2的大小可通过外接电阻调节，但必须满足I2I1。当触发器的输出为低电平时，恒流源I2断开，恒流源I1给C充电，它的两端电压UC随时间线性上升，当UC达到电源电压的2/3时，电压比较器A的输出电压发生跳变，使触发器输出电压由低电平变为高电平，恒流源I2接通，由于I2I1，（设I2=2I1），恒流源I2将电流2I1加到C上反充电，相当于C由一个净电流I放电，C的两端的电压UC又转为直线下降。当它下降到电源的电压的1/3时，电压比较器的输出电压发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为原来的低电平，恒流源I2断开，I1再给C充电,.如此周而复始，产生震荡。若调整电路，使I2=2I1，则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚输出方波信号。C上的电压UC，上升和下降时间相等，为三角波，经电压跟随器从管脚输出三角波信号。将三角波变成正弦波是经过一个非线性变换网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交流通路阻抗会减小，这样会使三角波的两端变为平滑的正弦波，从管脚输出。图1-7 数字信号源电路原理图图1-8 模拟信号源电路原理图四、实验步骤熟悉信号源各部分的工作原理，接通电源开关；按下开关K1、K2，使信号源部分工作。1时钟信号产生部分 用TP006作为示波器的外同步信号，进行以下测量。 将K001接1、2脚（即用短路器连接左边与中间的插针，下同），观察TP002TP007的波形，记录下来。 将K001接2、3脚，再次观察TP006与TP007的波形（注意：测量TP007伪随机码时，采用自同步）。2. 数字信号产生部分 测量帧同步信号TP012，然后用TP012作为示波器的外同步信号，进行以下测量。 将拨码开关SW001、SW002、SW003设置为11100000 11001010 11111000（往上拨为1，对应的发光二极管发亮，往下拨为0，对应的发光二极管熄灭），观察TP011TP018各处的波形，记录下来。 改变3个拨码开关的值，观察TP013TP018处波形变化的情况并记录下来。3. 模拟信号产生部分 用短路器连接J003，调节电位器W002，使TP010输出的方波占空比为50%，再观察TP008输出的正弦波，反复调整W003、W004，使正弦波不产生明显失真。 调节W001，使输出信号频率从小到大变化，记录8038第8脚的电位并测量正弦波的频率，列表记录下来。 改变8038外接电容的大小（用短路器连接J001或J002），观察输出的正弦波的波形，并与用短路器连接J003时的波形比较。如有失真度测量仪，则测出接J001、J002、J003时的正弦波失真度系数并比较之。五、各测量点参考波形 （如图1-9所示）TP001：4.433MHZ，占空比为50%的方波（时钟源）。 TP002：2.048MHZ，占空比为50%方波。TP003：128KHZ脉冲。TP004：8KHZ脉冲。TP006：开关K001接1、2脚时，为2KHZ，占空比为50%方波； 开关K001接2、3脚时，为32KHZ，占空比为50%方波。TP007：伪随机码，7位（码元速率为2KHZ或32KHZ，通过K001跳线设置）。TP008：输出频率、失真度可调的正弦波（W001调频率，W002、W003、W004调失真度）。TP011：170.5kHZ，占空比为50%的方波（作位同步信号）。TP012：7.1KHZ，占空比为33%的方波（作帧同步信号）。TP013：将拨码开关SW001,SW002,SW003的设置为11100000，11001010，11111000，输出为NRZ码(单极性非归零码)。TP014：拨码开关设置不变，输出为BPH码（双相码）。TP015：拨码开关设置不变，输出为RZ码（单极性归零码）。TP016：拨码开关设置不变，输出为BRZ码（双极性归零码）。TP017：拨码开关设置不变，输出为BNRZ码（双极性非归零码）。TP018：拨码开关设置不变，输出为AMI码（传号交替反转码）。六、实验仪器仪表1. 20M双踪示波器 1台2. 现代通信原理实验系统实验箱 1台3. 三用表 1块4. 失真度测量仪（选用） 1台七、实验思考题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的方法产生，有哪些方法？画出原理图, 要求电路尽量简要、清楚。3. 设代码为111100101100001101001001,画出NRZ、RZ、BNRZ、BRZ、BPH、及AMI信号波形。4. 伪随机序列发生器中，如果在Q2与Q1级间再加上一级移存器QS，试分析该电路的工作过程并画出输出波形。5. 理解并分析正弦波测试信号发生器电路后，试再用其它方法产生正弦波信号。举例说明，并画出电路图。八、实验报告要求1分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2根据实验测试记录，画出各测量点的波形图。3对实验讨论思考题加以分析，并画出原理图与工作波形图。 测量点参考波形：拨码开关SW001,SW002,SW003的设置为11100000，11001010，11111000，如下所示：SW001 SW002 SW003TP011BSTP013 NRZTP015RZTP016BRZTP017 BNRZ 图1-9 各测量点参考波形 实验二 HDB3码型变换实验 一、实验目的1了解二进制单极性变换为HDB3码的编码规则，掌握它的工作原理和实现方法。2掌握HDB3码的位同步码的提取方法。 二、实验内容1观察HDB3编译码的各种波形。2观察全0码和全1码时的HDB3码的编码波形。3观察从HDB3编码信号中提取位同步信号的过程。三、实验原理AMI码编码原理：信息代码1变为带有符号的1码即+1或-1，1的符号交替反转；信息代码0仍为0码，因此，AMI码对应的波形是占空比为0.5的双极性归零码,即脉冲宽度与码元宽度（码元周期、码元间隔）Ts的关系是=0.5Ts。AMI码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判断。译码时只需把AMI码经过全波整流就可以变为单极性码。HDB3码的编码原理：HDB3码主要解决AMI码在连0过多时同步提取困难的问题。编码时，将4个连0信息码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻V码中间有奇数个信息1码时取代节为000V码；有偶数个信息1码（包括0个）时取代节为B00V，其它的信息0码仍为0码，这样，信息码的1码变为带有符号的1码即+1或-1；HDB3码中1、B的符号符合交替反转原则，而V的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻V码的符号又是交替反转的。因此，HDB3码是占空比为0.5的双极性归零码。设信息码为0000 0110 0001 0000 ，则NRZ码、AMI码、HDB3码如图2-1所示。信息代码 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0NRZ波形AMI代码 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 AMI波形HDB3代码 B 0 0 V 0 -1 1 -B 0 0 -V 1 0 0 0 V HDB3波形 图2-1 NRZ、AMI、HDB3关系图分析表明，AMI码及HDB3码的功率谱如图2-2所示，它不含有离散谱fs成分（fs=1/T，等于位同步信号的频率）。在通信的终端需将它们译码为NRZ码才能送给数字终端机或数模转换电路，因此，在做译码时必须提供位同步信号。工程上，一般将AMI或HDB3码数字信号进行整流处理，得到占空比为0.5的单极性归零码（RZ|=0.5Ts），该信号的功率谱如图2-2所示。由于整流后的AMI、HDB3码中含有离散谱fs，故采用一个窄带滤波器可以得到频率为fs的正弦波，整形处理后即可得到位同步信号。RZHDB3AMI（P1=P0=1/2）f 0 0.5fs fs 2fs 图2-2 AMI、HDB3、RZ|=0.5Ts频谱HDB3码的编译码原理框图及其电路原理图分别如图2-3、图2-4所示。本单元采用集成电路CD22103 对HDB3进行编译码，其第3脚接+5V时为HDB3编译码器，接地时为AMI编译码器。编码时，HDB3编码器的输入信号NRZ码及位同步信号BS来自实验一的数字信号源单元，通过HDB3编译码器输出两路并行信号+H-OUT和-H-OUT，它们都是半占空比的正脉冲信号，分别与HDB3码的正极性信号及负极性信号相对应，这两路信号经单/双极性变换后得到HDB3码。单 双变换+H双 单变 换HDB3编译码器相加器NRZ-IN+H-HBS-IN-H HDB3-D带通2带通1BS-RBFK1NRZ-OUT 图2-3 HDB3编译码方框图欲对HDB3信号翻译码得到NRZ信号，必须从HDB3信号中提取位同步。由于HDB3信号本身不含有位同步频率成份，故不能从HDB3信号中提取位同步。双/单极性变换器及相加器构成一个整流器，HDB3整流后得到的HDB3D信号含有位同步信号频率离散谱。由于位同步频率比较低，很难将有源带通滤波器的带宽做的很窄，因此，带通1输出信号BF是一个幅度和周期都不恒定的正弦信号，此信号经LM318限幅放大、整形后得到幅度稳定、周期变化的脉冲信号，但仍不能将此信号作为译码器的位同步信号，需经CD4046滤波后才能得到恒周期的位同步信号，该信号即可作为HDB3译码器的时钟信号。CD4046是一个电荷泵锁相环，当锁相环的自然谐振频率足够小时，对输入的电压信号可等效为窄带滤波器。本单元中通过CD4046构成一个Q值约为35的窄带滤波器，从而输出一个符合译码器要求的位同步信号。译码时，将位同步信号BS-R、HDB3码变换成的两路单极性信号分别送到CD22103的第5、第11、第13脚，即可得到译码输出信号NRZ。当信息代码连0个数太多时，从AMI码中较难于提取稳定的位同步信号，而HDB3中连0个数最多为3，这对提取高质量的位同步信号是有利的。这也是HDB3码优于AMI码之处，因此，HDB3码及经过随机化处理的AMI码常被用在PCM一、二、三次群的接口设备中。在实用的HDB3编译码电路中，发端的单/双极性变换器一般由变压器完成；收端的双/单极性变换电路一般由变压器、自动门限控制和整流电路完成，本实验目的是掌握HDB3编码规则，及位同步提取方法，故对极性变换电路作了简化处理，不一定符合实用要求。图2-4 HDB3电路原理图四、实验步骤用TP012作为示波器的外同步信号，进行以下测量。1接通电源，按下开关K1，K2，K100，使电路工作。2拨动拨码开关SW001、SW002、SW003，使数字信号源产生相应的NRZ码。3调节W101，使TP109处输出稳定的频率为170.5KHz的、占空比为50%的方波。4观察TP101TP110各点波形。5将SW001、SW002、SW003的每一位都置1，观察此时的HDB3编码波形；再将这三个拨码开关的每一位都置0，观察此时的HDB3编码波形，记录下来。五、测量点参考波形TP101：输入的基带信号，拨码开关SW001,SW002,SW003的设置为10000000，11000000，11100000 TP102：170.5KHZ，占空比为50%方波TP103：HDB3正极性编码波形TP104：HDB3负极性编码波形TP105：HDB3编码合路波形TP106：经过整流后的HDB3输出信号TP107：输出为频率和幅度都不确定的正弦波TP108： 锁相环本振输出，170.5KHZ 占空比为50%的方波。TP109： 位同步信号输出，波形比TP108稳定。TP110： 解调信号输出，（需调节电位器W101），波形同TP101TP102BSTP101 NRZTP018 AMITP103 +HTP104 -HTP105 HDB3图2-5 测量点参考波形六、实验仪器仪表1. 20M双踪示波器 1台2. 现代通信原理实验系统实验箱 1台3. 三用表 1块七、实验思考1编码输出组件输出什么极性脉冲？若为相反极性是否可以？比较两者的优缺点。2用滤波法由信码中提取位定时信息，对于HDB3码要做哪些变换？电路中如何实现？3单-双极性变换电路中的除2电路对加B码、插入码、V码的码序计数，它的输出控制已经加入取代节的信号码流，使其按交替翻转规律分成两路，再由变压器将此两路合成双极性信号。试分析信码输出为什么要经过定时选通？八、实验报告要求1分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2调测实验时，若遇到故障，请将故障现象及排除故障的过程详细说明。3详细分析HDB3编译码器CD22103的用法。 4画出信源代码为全0、全1时的HDB3码信号波形。实验三 脉冲幅度调制（PAM）及系统实验一、实验目的1. 加深理解脉冲幅度调制的特点。2. 理解脉冲幅度调制的组成原理。3. 通过实验电路的组成、波形和所测数据，加深理解脉冲幅度调制的优缺点。4. 通过脉冲调制实验，在理论和实际中对脉冲调制系统中的取样定理得到巩固。 二、实验内容 1观察被调制信号正弦波形、取样脉冲波形和已调信号波形的相互之间的关系及特点，特别是音频带内各频率点的情况。（测5个测量点）。2观察取样保持前后的两种波形的相同点和不同点，并加以理论分析。3. 观察验证取样定理，并加以理论分析和必要的说明。三、实验原理 脉冲幅度调制实验系统框图及其电原理图分别如图3-1、图3-2所示，主要由输入电路、调制电路、脉冲发生电路、解调滤波电路、功放输出电路等五部分组成，。 有源滤波调制电路放大电路话音入 抽样脉冲产生电路图3-1 脉冲振幅调制原理框图1输入电路该电路由低通滤波、限幅电路等组成，其中低通滤波器即发端通道电路,主要用在发端的波形编码电路中，该电路还用于PCM、增量调制编码电路中。限幅二极管D601、D602组成双向限幅电路，主要防止外加输入信号过大而损坏后面调制电路中的场效应管器件。2调制电路 该电路采用场效应管3DJ6F，利用其阻抗高的特点和控制灵敏的优越性，能很好地满足调制要求。取样脉冲由该管的S极加入，D极输入音频信号，由于场效应管良好的开关特性，在TP602处可测到理想的脉冲幅度调制信号，该信号为双极性脉冲幅度信号，不含直流分量。3DJ6F的G极为输出负载端，接取样保持电路，由R601、C601及R602等组成，由开关K601来控制。做调制实验时，K601的2端与3端相连，以便清楚地观察其取样定理的波形；做系统实验时，将K601的1端与2端相连，即与解调滤波电路相连。3脉冲发生电路该部分电路主要由单谐振荡器555及其附加元件组成，产生极性、脉宽、频率可调的方波信号，通过改变CA601的电容量输出不同的取样脉冲频率，以便验证取样定理。在TP605处可观测到脉冲频率变化情况及输出的脉冲波形。4解调与滤波电路解调滤波电路主要由集成运放电路TL084等元件组成，形成一个二阶有源低通滤波器，其截止频率设计在3.4KHz左右，该滤波器担负着解调作用，因此其质量好坏直接影响系统的工作状态。该电路还用在增量调制译码电路中，在OUT处可观测滤波器解调后的信号波形。图3-2 PAM电路原理图四、实验步骤1接好电源，按下K1、K2、K600。2跳线开关设置：KA1接2、3脚，KA2接2、3脚。3在CA601上插上独石电容或瓷片电容（2200pf0.1uf之间），使TP604即采样频率输出为TP601的信号频率（2KHz）的10倍以上。 4调节WA01（粗调）、WA02（细调），使TP601处的正弦波幅度为1V左右。 5观察TP601TP604处的波形，并记录下来。 6观察OUT处输出的波形，调节WA03，使输出的波形幅度最大。7将TP601信号固定在f=2KHz，改变CA601，使TP604的频率F分别满足Ff、F=f、Ff、F=f、Ff，测量OUT点输出波形，验证取样定理的正确性。五、各测量点参考波形 TP601： 从实验一输入2KHz的方波，经滤波处理变为正弦波音频信号，作为采样信号。此时应将K001的2、3脚相连，若输入幅度过大，则被限幅电路限幅。TP602： 抽样脉冲波形输出，其抽样波形由抽样时钟电路（测量点为TP604）决定。TP603： 抽样脉冲保持电路输出。TP604： 抽样时钟波形输出，其频率由外加电容决定，外加电容应插在CA601中。TPA2： PAM调制信号输出，波形同TP603。OUT： PAM解调输出，波形应同TP601。TP601：TP602：图3-3 测量点参考波形六、实验仪器仪表1. 20M双踪示波器 1台2. 现代通信原理实验系统实验箱 1台3. 三用表 1块七、实验思考题1 简述取样定理。2 本实验是什么方式的取样？为什么？3 本实验的取样形式同理想取样有何区别？理论和实验相结合加以分析。4 在取样之后，其已调波形中包不包含直流分量，为什么？5 系统造成失真的原因有哪些？6 PAM系统解调为什么采用低通滤波器就可以完成？7 PAM系统与连续被调制系统比较有哪些优缺点？在多路复用中还应考虑哪些因素？八、实验报告要求1分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2. 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（电平）等有关数据，对所测数据做简要分析说明。3. 调测实验时，若遇到故障，请将故障现象及排除故障的过程详细说明。4. 对实验讨论思考题加以分析，并画出原理图与工作波形图。5. 统一用报告纸，字迹要清楚，内容简洁、明了。实验四 脉冲编码（PCM）及系统实验一、实验目的1加深对PCM编码工作过程的理解。2掌握PCM编、译码的时序关系。3熟悉PCM编、译码专用集成电路的使用方法及其要求。4了解PCM系统的工作过程。二、实验内容1用示波器观察两路音频信号的编码结果，观察PCM基群信号。2改变音频信号的频率，观察和测试译码器输出信号幅度变化的情况。三、实验原理1点到点PCM通信原理脉冲调制通信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进行传输。而脉冲编码调制就是对模拟信号先进行抽样后，再对样值的幅度进行量化、编码的过程。抽样是对模拟信号进行周期性扫描，从而把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有的信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。抽样速率的下限由抽样定理确定的，在该实验中，抽样速率采用8Kbit/s。量化是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。编码是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。实际上，量化是在编码过程中同时完成的，故编码的过程也称为模/数变换，记作A/D。目前，脉冲编码调制（PCM）技术与增量调制PCM（M）技术已经在数字通信系统中得到广泛应用。当信道噪声比较小时一般用PCM，否则一般用M。速率在155MB以下的准同步数字系列（PDH）中，国际上存在A律和u律两种PCM编译码标准系列，在155MB以上的同步数字系列（SDH）中，将这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的码速率相同。点到点PCM通信原理如图4-1所示。话音信号先经过低通滤波其后得到与人的声音频率相近的限带信号（3003400Hz），进行脉冲抽样，变为频率为8KHz的抽样信号（即离散的脉冲幅度调制PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”的办法量化为有限个幅度取值的信号，再经过编码，转化为二进制码。对于电话，CCITT规定抽样速率8Hz，每个抽样值被编成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为64kb/s。为了解决均匀量化时信号量化误差大、音质差的问题，实际中一般采用不均匀量化的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，在大信号时分层疏、量化间隔大。广义信道 抽样量化编码低通滤波 话音输入 （发送） PCM编码 低通滤波 解码再生解调 （接收） 话音输出 图4-1点到点PCM通信原理 2PCM编译码原理本实验采用PCM编译码专用大规模集成电路TP3057来完成PCM的编译码，实验原理框图及其电路原理图分别如图4-2、图4-3所示。拨码开关SW201用来改变基带信号（正弦波）抽样信号的相位（PCM编码时隙，开关K203用来选择基带信号，接1、2脚时，使用内部信号源提供的正弦波信号，接2、3脚时，外加基带信号从TP206输入）。SL7SL78KHz信号源SL5SL1抽样信号产 生 器2048KHz正弦波PCM编译码器BPCM编译码器AT1 T2 T3 SL0复 接 器帧同步信号产 生 器图4-2 PCM编译码框图实验一中时钟信号产生部分为两个PCM编译码器提供2.048MHz的时钟信号和8KHz时隙同步信号。在实际通信系统中，译码器的时钟信号（即位同步信号）和时隙同步信号（即帧同步信号）应从接收到的数据流中提取，本实验中将信号源产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。由于时钟频率为2.048MHz，抽样信号频率为8KHz，故PCM编码的码速率为2.048MHz，一帧中有32个时隙，其中29个时隙为空时隙，第0时隙为帧同步码时隙，第2时隙为信号A的时隙，第1（或第5、或第7 由拨码开关SW201控制）时隙为信号B的时隙。 本实验产生的PCM信号类似于PCM基群信号，但第16个时隙没有信令信号，第0时隙中的信号与PCM基群中的第0时隙的信号也不完全相同。 由于两个PCM编译码器使用同一个时钟信号，因而可以对它们进行同步复接（即不需要进行码速调整）。又由于两个编码器输出数据处在不同时隙，故可以对PCMA和PCMB进行线或。本实验中用或门74LS32对PCMA和PCMB及帧同步信号进行复接。本实验中是将复接前的PCM编码信号直接送入解码电路，故不需要对PCM进行分接处理。四、实验步骤1将开关K201、K202、K203接为1、2脚（实验完毕立即将三个开关接为2、3脚）。2接通电源，按下开关K1、K2、K200，使电路工作。3调节W001、W002、W003、W004，使TP206处的正弦波频率在2KHz左右且无明显失真。将拨码开关SW201的1（选中第1时隙）、3（选中第5时隙）、4（选中第7时隙）位中的任意一位拨上，观察TP201TP211处的波形，记录下来。4将拨码开关SW201的第1位拨上，用双踪示波器观察TP203与TP205处的波形（注意示波器应设置为CH1同步）