《通信原理》实验指导书.doc

通信原理实验指导书 目录实验一信号源实验2实验二脉冲编码调制与解调实验（PCM）7实验三码型变换实验11实验四2ASK调制与解调实验15实验五2FSK调制与解调实验19实验六2PSK调制与解调实验23实验一信号源实验 一、实验目的 1、了解通信系统的一般模型及信源在整个通信系统中的作用。 2、掌握信号源模块的使用方法。 二、实验内容 1、对应液晶屏显示，观测DDS模拟信源输出波形。 2、观测各路数字信源输出。 3、观测正弦点频信源输出。 三、实验仪器 1、信号源模块一块 3、20M双踪示波器一台 四、实验原理 1、通信系统的一般模型通信系统的一般模型如下图1-1所示。 图1-1通信系统的一般模型信源的作用是把各种消息转换成原始电信号。 根据消息的种类不同，信源可分为模拟信源和数字信源。 模拟信源输出连续的模拟信号，如话筒的语音信号；数字信源则输出离散的数字信号，如NRZ码信号。 信号源模块大致分为DDS模拟信源、数字信源、正弦点频信源和模拟语音信源几部分。 2、DDS模拟信源DDS直接数字频率合成模拟信源输出波形种类、频率、幅度及方波B占空比均可通过“DDS信源按键”调节（具体的操作方法见“实验步骤”），并对应液晶屏显示波形信息。 正弦波输出频率范围为1Hz200KHz，幅度范围为200mV4V。 三角波输出频率范围为1Hz20KHz，幅度范围为200mV4V。 锯齿波输出频率范围为1Hz20KHz，幅度范围为200mV4V。 方波A输出频率范围为1Hz50KHz，幅度范围为200mV4V，占空比50不变。 方波B输出频率范围为1Hz20KHz，幅度范围为200mV4V，占空比以5步进可调。 输出波形如下图1-2所示。 图1-2DDS模拟信源信号波形 3、数字信源 （1）数字时钟信号24.576M钟振输出时钟信号，频率为24.576MHz。 2048K类似方波的时钟信号输出点，频率为2048KHz。 64K方波时钟信号输出点，频率为64KHz。 32K方波时钟信号输出点，频率为32KHz。 8K方波时钟信号输出点，频率为8KHz。 64K、32K、8K波形要求两两对应，在上升边沿对齐，如下图1-3所示。 图1-3数字时钟信号波形 （2）伪随机序列PN15N15位的m序列输出点，码型为111101011001000，15位一周期循环。 PN31N31位的m序列输出点，码型为1111100110100100001010111011000，31位一周期循环。 PN511N511位的m序列输出点，511位一周期循环。 （3）24位NRZ码信源24位NRZ码型由“NRZ码型选择”拨码开关SW 01、SW 02、SW03任意设置；码速率由“码速率选择”拨码开关SW 04、SW05任意设置。 拨码开关SW 04、SW05的作用是改变分频器的分频比。 每4位对应BCD码的1位，来分别表示分频比的千位、百位、十位、个位。 用于分频的主频是768KHz，4位BCD码最大表示为“9”，大于“9”的均认为是“9”。 例如SW 04、SW05设置为0000000100101000，表示对768KHz主频128分频，此时测试点“BS”输出位同步频率为6KHz，“NRZ”码速率为6Kbps。 NRZ24位NRZ码输出点，码速率数值上等于位同步信号BS的频率，码型可通过拨码开关SW 01、SW 02、SW03改变，24位一周期循环。 BS24位NRZ码的位同步信号输出点，方波，频率由“码速率选择”拨码开关确定。 2BS对应2倍位同步信号频率值的方波输出点。 FS帧同步信号输出点，窄脉冲，高电平对应24位NRZ码第一位码元的前半位。 NRZ、FS、2BS、FS波形要求两两对应，在上升边沿对齐，如下图1-4所示。 图1-4NRZ码信源输出信号波形 4、正弦点频信源1K正弦基波1KHz正弦波输出点，波形关于地对称，Vp-p1V0.3V。 2K正弦基波2KHz正弦波输出点，波形关于地对称，调节“2K调幅”旋转电位器P03，幅度范围200mV200mV5V1V。 192K正弦载波192KHz正弦波输出点，波形关于地对称，Vp-p3.6V0.4V。 384K正弦载波384KHz正弦波输出点，波形关于地对称，调节“384K调幅”旋转电位器P04，幅度范围200mV200mV5V1V。 五、实验步骤 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，再按下信号源模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，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、DDS模拟信源 （1）按键“波形选择”，“DDSOUT”测试点输出波形种类在正弦波、三角波、锯齿波、方波A、方波B间循环切换。 （2）按键“步进选择”，“DDSOUT”测试点输出波形频率步进值在1KHz、10KHz、1Hz、50Hz间循环切换。 （3）按键“1”或“1”，“DDSOUT”测试点输出波形频率增加或减少相应的步进值。 （4）当输出波形选择“方波B”时，按键“功能切换”，此时液晶屏显示“步进”切换为“占空比”。 再按键“1”或“1”，方波B占空比由0开始，每次增加或减少5。 再次按键“功能切换”，此时液晶屏显示“占空比”切换回“步进”。 （5）按键“复位”，“DDS”测试点输出波形2KHz正弦波，频率步进值为1KHz。 说明按“复位”键后，设置的方波B的占空比信息仍保存；若断电后再开电，方波B的占空比还原为0。 （6）“DDSOUT”的波形信息应与液晶屏显示对应。 （7）“DDSOUT”测试点输出波形幅度可由“DDS调幅”旋转电位器P05调节，波谷值为0，波峰值在200mV4V间变化。 （8）对应液晶屏显示，示波器观测“DDSOUT”测试点波形，掌握DDS模拟信源的使用方法。 4、数字信源 （1）示波器观测各路数字时钟信号。 （2）示波器观测各路伪随机序列。 （3）任意设置“NRZ码型选择”拨码开关和“码速率选择”拨码开关，示波器观测24位NRZ码信源信号。 5、正弦点频信源调节两个“调幅”旋转电位器，示波器观测四路正弦点频信源信号波形。 六、课后扩展题什么是“DDS直接数字频率合成模拟信源”？它的基本原理是什么？有兴趣的同学可以查阅相关资料，搭建硬件电路，编写软件程序，自主开发，实现一个简单的DDS模拟信源。 或在实验箱配套的CPLD二次开发模块、DSP二次开发模块的硬件平台上，完成“直接数字频率合成实验”。 实验二脉冲编码调制与解调实验（PCM） 一、实验目的 1、掌握抽样信号的量化原理。 2、掌握脉冲编码调制的基本原理。 3、了解PCM系统中噪声的影响。 二、实验内容 1、对模拟信号脉冲编码调制，观测PCM编码。 2、将PCM编码解调还原。 三、实验仪器 1、信号源模块一块 2、模拟信号数字化模块一块 3、20M双踪示波器一台 四、实验原理 1、抽样信号的量化原理模拟信号抽样后变成在时间离散的信号后，必须经过量化才成为数字信号。 模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化两种。 把输入模拟信号的取值域按等距离分割的量化就称为均匀量化，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点，如图2-1所示。 图2-1均匀量化过程示意图均匀量化的主要缺点是无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。 因此，当信号()m t较小时，则信号量化噪声功率比也很小。 这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。 通常把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，那么，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。 为了克服这个缺点，实际中往往采用非均匀量化的方法。 非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。 对于信号取值小的区间，其量化间隔v?也小；反之，量化间隔就大。 非均匀量化与均匀量化相比，有两个突出的优点首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中往往是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例，因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的信噪比。 非均匀量化的实际过程通常是将抽样值压缩后再进行均匀量化。 现在广泛采用两种对数压缩，美国采用?压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律。 本实验中PCM编码方式也是采用A压缩律。 A律压扩特性是连续曲线，实际中往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。 这样，它基本保持连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路来实现，如下图2-2所示。 818283848568871613218141216411281图2-213折线特性表2-1列出了13折线时的x值与计算得的x值的比较。 表2-1A律和13折线比较y0818283848586871x012816.6016.3014.15179.7193.3198.111按折线分段的x012816413211618141211段落12345678斜率161684212141表中第二行的x值是根据6.87?A计算得到的，第三行的x值是13折线分段时的值。 6.87曲线十分逼近，同时x按2的幂次分割有利于数字可见，13折线各段落的分界点与?A化。 2、脉冲编码调制的基本原理量化后的信号是取值离散的数字信号,下一步是将这个数字信号编码。 通常把从模拟信号抽样、量化，指导变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制（Pulse CodeModulation，PCM）。 在13折线法中，无论输入信号是正是负，均用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值。 其中，用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。 具体的做法是用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。 其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。 这样处理的结果，使8个段落被划分成27128个量化级。 段落码和8个段落之间的关系如表2-2所示，段内码与16个量化级之间的关系见表2-3。 上述编码方法是把压缩、量化和编码合为一体的方法。 表2-2段落码表2-3段内码段落序号段落码量化级段内码 811115111114111071101311011211006101111011101010510091001810004011701116011030105010140100xx30011xx0100010001000003、PCM原理框图PCM原理框图如下图2-3所示。 图2-3PCM原理框图上图中，信号源模块提供音频范围内模拟信号及时钟信号，包括工作时钟2048K、位同步时钟64K、帧同步时钟8K，送模拟信号数字化模块，经抽样保持、量化、编码过程，产生64K码速率的PCM编码信号。 译码部分同样将PCM编码与各时钟信号送入，经译码、低通滤波器，还原出模拟信号。 五、实验步骤 1、将信号源模块、模拟信号数字化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电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。 （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、PCM编码 （1）信号源模块“2K正弦基波”幅度调节至3V左右。 （2）实验连线如下信号源模块模拟信号数字化模块（模块左下方PCM编解码）2K正弦基波SIN2048K2048KIN64KCLKIN8KFRAMIN （3）以“FRAM-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“FRAM-IN”、“PCM-OUT”测试点波形,PCM编码能够稳定观测，且每四帧编码为一个周期。 说明帧信号对应的4位PCM编码的第一位码，是上一帧8位PCM编码的第8位，可能出现半位为0，半位为1的情况，这是由使用的PCM编译码芯片的工作时序决定。 （4）以“S-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“S-IN”、“PCM-OUT”测试点波形，PCM编码能够稳定观测，每一周期正弦波对应4帧共32位PCM编码，且32位一循环，码速率为64K。 说明可用四通道数字存储示波器三路同时观测“S-IN”、“FRAM-IN”和“PCM-OUT”信号，直观理解模拟信号“S-IN”经“FRAM-IN”抽样后编为“PCM-OUT”8位编码。 （5）改变输入模拟信号“SIN”，重复上述实验步骤。 4、PCM译码 （1）以上模块设置和连线均不变，增加连线如下模拟信号数字化模块内连线（模块左下方PCM编解码）2048KINJ2048KIN PCMOUTJPCMIN CLKINJCLKIN FRAMINJFRAMIN （2）示波器观测“JPCM-OUT”测试点波形，为还原的正弦波，且幅度相当。 六、课后扩展题阅读教师参考书光盘中附带的TP3067芯片数据手册，特别是对“同步工作模式”和“异步工作模式”的理解。 思考实验中观测每帧的第8位PCM编码，为什么有时会出现半位为0，半位为1的情况？有兴趣的同学可参考TP3067芯片的典型电路，自行设计一个PCM编解码电路，搭建硬件电路，通过实验调试检验实际效果。 实验三码型变换实验 一、实验目的 1、了解数字基带传输的常用码型。 2、掌握BPH、CMI、AMI、HDB3四种典型传输码型的编码规则。 二、实验内容 1、BPH码变换与反变换。 2、CMI码变换与反变换。 3、AMI码变换与反变换。 4、HDB3码变换与反变换。 三、实验仪器 1、信号源模块一块 2、码型变换模块一块 3、20M双踪示波器一台 四、实验原理 1、数字基带传输常用码型在选择传输码型时，一般应考虑以下原则 （1）不含直流，且低频分量尽量少； （2）应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号； （3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带； （4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； （5）具有内在的检错能力，即码型具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观检测； （6）编译码简单，以降低通信延时和成本。 常用的传输码型有AMI码（Alternative MarkInversion，传号交替反转码），HDB3码（3nd OrderHigh DensityBipolar，三阶高密度双极性码），BPH码（Biphase Code，数字双相码），密勒码（Miller，又称延迟调制码），CMI码（Coded MarkInversion，传号反转码）等。 2、BPH码BPH码的全称是数字双相码，又称曼彻斯特码。 它是对每个二进制代码分别用两个具有两个不同相位的二进制新码去取代的码，或者可以理解为用一个周期的正负对称方波表示“1”码，用该方波的反相来表示“0”码。 即，001110eg NRZ10010BPH1001011001BPH码的特点是只使用两个电平，每个码元间隔的中心点都存在电平跳变，所以含有丰富的定时信息，且没有直流分量，编码过程简单。 3、CMI码CMI码的全称是传号反转码，与BPH码类似，也是一种二电平非归零码。 CMI码编码规则是信息码中的“1”码交替用“11”和“00”表示，“0”码用“01”表示。 eg NRZ10010CMI1101010001或0001011101这种码型有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息。 此外，由于10为禁用码组，不会出现三个以上的连码，这个规律可用来宏观检错。 该码已被ITU-T推荐为PCM四次群的接口码型。 在光纤传输系统中有时也用作线路传输码型。 4、AMI码AMI码的全称是传号交替反转码，其编码规则是将信息码的“1”（传号）交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”（空号）保持不变。 eg NRZ10010AMI10010或10010AMI码对应的波形是具有正、负、零三种电平地脉冲序列。 它可以看成是单极性波形的变形，即“0”仍对应零电平，而“1”交替对应正、负电平。 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。 由于其具有上述优点，因此得到了广泛应用。 但该码有一个重要缺点，即当用它来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。 解决连“0”码问题的有效办法之一是采用HDB3码。 5、HDB3码HDB3码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下将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”；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”。 下表3-1为HDB3码的编码规则。 表3-1HDB3码编码规则前面“1”码的极性上次取代后“1”码的个数奇数个“1”偶数个“1”（包括0个）000V-B+00V+000V+B-00V-eg NRZ100000001100000011100000（一帧24位循环）HDB31000+V000-1+1-B00-V00+1-1+1000+V0-1000-V000+1-1+B00+V00-1+1-1000-V0+V、+B表示正逻辑电平，这里是+5V；-V、-B表示负逻辑电平，这里是-5V。 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。 HDB3码除了保持AMI码的优点外，还增加了使连0串减少到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。 这对于定时信号的恢复是十分有利的。 五、实验步骤 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。 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电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。 （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、信号源模块“码速率选择”拨码开关及24位“NRZ码型选择”拨码开关任意设置。 4、实验连线如下信号源模块码型变换模块“编码输入”NRZNRZ BSBS2BS2BS码型变换模块“编码输出”码型变换模块“解码输入”单极性码单极性码位同步位同步双极性码双极性码 5、BPH码变换与反变换 （1）“码型选择”拨码开关SW01拨为1000。 （2）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与编码输出“单极性码”测试点。 此时，编码输出“单极性码”与“位同步”对应，编码与BPH码编码规则应相符。 （3）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与解码输出“NRZ”，两者应码型一致。 此时，解码输出“NRZ”与“BS”对齐。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。 6、CMI码变换与反变换 （1）“码型选择”拨码开关SW01拨为0100。 （2）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与编码输出“单极性码”测试点。 此时，编码输出“单极性码”与“位同步”对应，编码与CMI码编码规则应相符。 （3）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与解码输出“NRZ”，两者应码型一致。 此时，解码输出“NRZ”与“BS”对齐。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。 7、AMI码变换与反变换 （1）“码型选择”拨码开关SW01拨为0001。 （2）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与编码输出“双极性码”测试点，此时，编码输出“双极性码”与“位同步”对应，编码与AMI码编码规则相符。 （3）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与解码输出“NRZ”，两者应码型一致。 此时，解码输出“NRZ”与“BS”对齐。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。 8、HDB3码变换与反变换 （1）“码型选择”拨码开关SW01拨为0010。 （2）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与编码输出“双极性码”测试点，此时，编码输出“双极性码”与“位同步”对应，编码与HDB3码编码规则相符。 （3）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与解码输出“NRZ”，两者应码型一致。 此时，解码输出“NRZ”与“BS”对齐。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。 六、课后扩展题根据BPH码和CMI码的编码规则，在实验箱配套的CPLD二次开发模块、DSP二次开发模块的硬件平台上，编写软件程序，任选其一，完成“BPH码编解码实验”和“CMI码编解码实验”。 有兴趣的同学还可在实验箱配套的单片机二次开发模块硬件平台上，编写软件程序，完成“CMI编解码实验”。 实验四2ASK调制与解调实验 一、实验目的 1、了解数字调制与解调的概念。 1、掌握2ASK调制的原理及实现方法。 2、掌握2ASK解调的原理及实现方法。 二、实验内容 1、采用数字键控法2ASK调制，观测2ASK调制信号的波形。 2、采用包络检波法2ASK解调。 三、实验仪器 1、信号源模块一块 2、数字调制模块一块 3、数字解调模块一块 4、20M双踪示波器一台 四、实验原理 1、调制与解调数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。 然而，实际中的大多数信道（如无线信道）因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为数字基带信号往往具有丰富的低频分量。 为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。 这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程称为数字调制（digital modulation）。 在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调（digital demodulation）。 通常把包括调制和解调过程的数字传输系统叫做数字频带传输系统。 数字信息有二进制和多进制之分，因此，数字调制可分为二进制调制和多进制调制。 在二进制调制中，信号参量只有两种可能的取值；而在多进制调制中，信号参量可能有M（M2）种取值。 本章主要讨论二进制数字调制系统的原理。 2、2ASK调制振幅键控（Amplitude ShiftKeying，ASK）是利用载波的幅度变化来传递数字信号，而其频率和初始相位保持不变。 在2ASK中，载波的幅度只有两种变换状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。 2ASK信号的产生方法通常有两种数字键控法和模拟相乘法。 图4-1是2ASK调制数字键控法原理框图。 图4-12ASK调制数字键控法原理框图为便于实验观测，由信号源模块提供码速率为96Kbit/s的NRZ码数字基带信号和384KHz正弦载波信号，载波信号频率是数字信号码速率的整4倍关系，即NRZ码的一个码元对应正弦载波的4个周期。 实验中采用模拟开关作为正弦载波的输出通/断控制门，数字基带信号NRZ码用来控制门的通/断。 当NRZ码为高电平时，模拟开关导通，正弦载波通过门输出；当NRZ码为低电平时，模拟开关截止，正弦载波不通过，门输出为0。 如下图4-2所示。 图4-22ASK调制信号波形图4-3是2ASK调制模拟相乘法原理框图。 图4-32ASK调制模拟相乘法原理框图信号源模块提供96K NRZ码和384K正弦载波送入数字调制模块，两信号直接相乘，即得2ASK调制信号。 3、2ASK解调2ASK解调有非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）两种方法，这里我们采用包络检波法，其原理框图如下图4-4所示。 图4-42ASK解调包络检波法原理框图2ASK已调信号从“ASK-IN”测试点输入，经电容隔直得“OUT1”信号。 “OUT1”信号先半波整流，取出高于二极管导通电压（约0.7V左右）的半波波形，得“OUT2”信号。 “OUT2”信号经巴特沃斯二阶低通滤波器，滤波得“OUT3”信号。 “OUT3”信号再经电压比较电路进行电压判决，用来作比较的判决电压电平可通过“ASK判决电压调节”旋转电位器来调节。 判决电压过高，可能造成部分数字信息的丢失；判决电压过低，可能造成还原结果中出现错码。 因此，只有合理地选择判决电压，才能得到正确的解调结果，此时电压判决输出“OUT4”测试点波形变化应与原NRZ码的码型大致相同。 “OUT4”信号最后经位同步抽样判决电路，还原出原始的NRZ码。 抽样判决用的时钟信号就是2ASK基带信号的位同步信号，该信号可以由发送端NRZ码相应的BS直接引入，也可以从频带同步提取模块位同步提取电路中提取出来。 另外，需要说明的是在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰的条件。 本实验简化了实验设备，在调制部分的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道是理想的，所以在解调部分的输入端也没有加带通滤波器匹配。 解调过程中各测试点波形如下图4-5所示。 图4-52ASK解调各测试点波形 五、实验步骤 1、将信号源模块、数字调制模块、数字解调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，再分别按下三个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，三个模块均开始工作。 （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、信号源模块设置 （1）“码速率选择”拨码开关设置为8分频，即拨为0000000000001000。 24位“NRZ码型选择”拨码开关任意设置。 （2）调节“384K调幅”旋转电位器，使“384K正弦载波”输出幅度为3.6V左右。 4、2ASK调制 （1）实验连线如下信号源模块数字调制模块NRZNRZ输入（数字键控法调制）384K正弦载波载波1输入（数字键控法调制） （2）数字调制模块“键控调制类型选择”拨码开关拨成1000，即选择2ASK调制方式。 （3）以数字调制模块“NRZ输入”的信号为内触发源，示波器双踪观测“NRZ输入”和“调制输出”测试点波形。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，观察2ASK调制信号波形的相应变化。 5、2ASK解调 （1）以上模块设置和连线均不变，增加连线如下数字调制模块数字解调模块调制输出（数字键控法调制）ASKIN信号源模块数字解调模块BSASKBS （2）示波器双踪两两观测“ASKIN”、“OUT1”、“OUT2”、“OUT3”测试点波形。 （3）调节“ASK判决电压调节”旋转电位器，示波器双踪观测“OUT3”与“OUT4”测试点波形，分析随判决电压值的不同，“OUT4”波形的变化。 （4）示波器双踪观测信号源模块“NRZ”与数字解调模块“ASKOUT”测试点码型，对比2ASK解调还原的效果。 （5）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。 六、课后扩展题根据2ASK调制数字键控法原理框图，使用MC14066芯片自行设计一个数字键控法2ASK调制电路，搭建硬件电路，通过实验调试检验实际效果。 有兴趣的同学还可根据2ASK调制模拟相乘法原理框图，使用MC1496芯片自行设计一个模拟相乘法2ASK调制电路，搭建硬件电路，通过实验调试检验实际效果。 实验五2FSK调制与解调实验 一、实验目的 1、掌握2FSK调制的原理及实现方法。 2、掌握2FSK解调的原理及实现方法。 二、实验内容 1、采用数字键控法2FSK调制，观测2FSK调制信号的波形。 2、采用过零检测法2FSK解调。 三、实验仪器 1、信号源模块一块 2、数字调制模块一块 3、数字解调模块一块 4、20M双踪示波器一台 四、实验原理 1、2FSK调制2FSK（二进制频移键控，Frequency ShiftKeying）信号是用载波频率的变化来传递数字信息，被调载波的频率随二进制序列 0、1状态而变化。 2FSK信号的产生方法主要有两种一种采用模拟调频电路来实现；另一种采用键控法来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元期间输出0f或1f两个载波之一。 图5-1是2FSK调制数字键控法原理框图。 图5-12FSK调制数字键控法原理框图为便于实验观测，由信号源模块提供码速率为96Kbit/s的NRZ码数字基带信号和384KHz、192KHz正弦载波信号，载波1频率是数字信号码速率的整4倍关系，载波2频率是数字信号码速率的整2倍关系，即NRZ码为“1”的一个码元对应正弦载波的4个周期，NRZ码为“0”的一个码元对应正弦载波的2个周期。 实验中采用模拟开关作为正弦载波的输出通/断控制门，数字基带信号NRZ码用来控制门的通/断。 当NRZ码为高电平时，模拟开关1导通，模拟开关2截止，正弦载波1通过门1输出；当NRZ码为低电平时，模拟开关2导通，模拟开关1截止，正弦载波2通过门2输出。 门的输出即为2FSK调制信号，如下图5-2所示。 S2FSK(t)A-A00Ts2Ts3Ts4Ts1011ar2tt图5-22FSK调制信号波形 2、2FSK解调2FSK有多种方法解调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等。 这里采用过零检测法，其原理框图如图5-3所示。 图5-32FSK解调过零检测法原理框图2FSK信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异。 如上图5-3所示，2FSK已调信号从“调制输入”测试点送入可重触发单稳态触发器中，“单稳1”触发器和“单稳2”触发器分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，即单稳态触发器分别检测出已调信号的0相位和相位。 “单稳输出1”测试点信号对应2FSK已调信号中所有的0相位有一个尖脉冲，“单稳输出2”测试点信号对应2FSK已调信号中所有的相位有一个尖脉冲，过零脉冲的宽度由触发器集成电路外接的电阻和电容确定。 “单稳输出1”和“单稳输出2”两波形相加，得“过零检测”信号，即对应2FSK已调信号全部的过零点有一个尖脉冲。 “过零检测”信号经二阶低通滤波器滤除高频分量，得“滤波输出”信号。 “滤波输出”信号再经电压比较器判决，得“判压输出”信号。 用来作比较的判决电压电平可通过“FSK判决电压调节”旋转电位器来调节。 最后“判压输出”信号经位同步抽样判决，得“解调输出”信号。 解调过程中各测试点波形如下图5-4所示。 图5-42FSK解调各测试点波形 五、实验步骤 1、将信号源模块、数字调制模块、数字解调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，再分别按下三个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，三个模块均开始工作。 （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、信号源模块设置 （1）“码速率选择”拨码开关设置为8分频，即拨为0000000000001000。 24位“NRZ码型选择”拨码开关任意设置。 （2）调节“384K调幅”旋转电位器，使“384K正弦载波”输出幅度与“192K正弦载波”输出幅度相等，为3.6V左右。 说明当“384K正弦载波”调节至与“192K正弦载波”幅度相等时，有下图所示相位对齐关系。 4、2FSK调制 （1）实验连线如下信号源模块数字调制模块NRZNRZ输入（数字键控法调制）384K正弦载波载波1输入（数字键控法调制）192K正弦载波载波2输入（数字键控法调制） （2）数字调制模块“键控调制类型选择”拨码开关拨成1010，即选择2FSK调制方式。 （3）以数字调制模块“NRZ输入”的信号为内触发源，示波器双踪观测“NRZ输入”和“调制输出”测试点波形。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，观察2FSK调制信号波形的相应变化。 5、2FSK解调 （1）以上模块设置和连线均不变，增加连线如下数字调制模块数字解调模块调制输出（数字键控法调制）调制输入（FSK解调）信号源模块数字解调模块BSBS输入（FSK解调） （2）示波器观测“单稳输出1”、“单稳输出2”、“过零检测”、“滤波输出”测试点波形。 （3）调节“ASK判决电压调节”旋转电位器，示波器双踪观测“滤波输出”与“判压输出”测试点波形，分析随判决电压值的不同，“判压输出”波形的变化。 （4）示波器双踪观测信号源模块“NRZ”与数字解调模块FSK解调“解调输出”测试点码型，对比2FSK解调还原的效果。 （5）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。 六、课后扩展题根据2FSK调制数字键控法原理框图，使用MC14066芯片自行设计一个数字键控法2FSK调制电路，搭建硬件电路，通过实验调试检验实际效果。 实验六2PSK调制与解调实验 一、实验目的 1、掌握2PSK调制的原理及实现方法。 2、掌握2PSK解调的原理及实现方法。 二、实验内容 1、分别采用数字键控法、模拟相乘法2PSK调制，观测2PSK调制信号的波形。 2、采用相干解调法2PSK解调。 三、实验仪器 1、信号源模块一块 2、数字调制模块一块 3、数字解调模块一块 4、20M双踪示波器一台 四、实验原理 1、2PSK调制2PSK（二进制相移键控，Phase ShiftKeying）信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的，通常规定0相位载波和相位载波分别代表传“1”和传“0”。 2PSK信号产生的方法有两种模拟调制法和数字调制法。 图6-12PSK调制模拟相乘法原理框图上图6-1是2PSK调制模拟相乘法原理框图。 信号源模块提供码速率96K的NRZ码和384K正弦载波。 在2ASK中数字基带信号是单极性的，而在2PSK中数字基带信号是双极性的。 故先将单极性NRZ码经码型变换电路转换为双极性NRZ码，然后与384K正弦载波相乘，便得2PSK调制信号。 乘法器的调制深度可由“调制深度调节”旋转电位器调节。 图6-22PSK调制数字键控法原理框图上图6-2是2PSK调制数字键控法原理框图。 为便于实验观测，由信号源模块提供码速率为96Kbit/s的NRZ码数字基带信号和384KHz正弦载波信号，NRZ码为“1”的一个码元对应0相位起始的正弦载波的4个周期，NRZ码为“0”的一个码元对应相位起始的正弦载波的4个周期。 实验中采用模拟开关作为正弦载波的输出通/断控制门，数字基带信号NRZ码用来控制门的通/断。 当NRZ码为高电平时，模拟开关1导通，模拟开关2截止，0相位起始的正弦载波通过门1输出；当NRZ码为低电平时，模拟开关2导通，模拟开关1截止，相位起始的正弦载波通过门2输出。 门的输出即为2FSK调制信号，如下图6-3所示。 11001图6-32PSK调制信号波形 2、2PSK解调2PSK信号的解调通常采用相干解调法，原理框图如下图6-4所示。 图6-42PSK解调相干解调法原理框图设已调信号表达式为1()s tcos()tAt?（A1为调制信号的幅值），经过模拟乘法器与载波信号A2cos t