《通信实践》PPT课件.ppt

通信原理实验课程主讲阎峻岭覃德友杨方颖,学生实验规则,1、学生按规定时间进入实验室；2、学生进入实验室必须并按编好组位就座，遵守纪律，不得随意走动，不得高声喧哗，保持良好原实验秩序；3、爱护实验室的一切设备，在领到和归还工具时，都应清理摆放整齐；,4、实验前认真预习，明确实验目的，方法和步骤，在老师未宣布实验前不得动手操作,认真写好实验预习报告；5、实验过程中集中思想，认真操作，仔细观察，如实记录，积极思考科学分析，绘制实验波形，不得抄袭。6、实验完毕后，将仪器、仪表恢复原状，摆放整齐，须经老师检查后方可离开实验室。,7、保持实验室的清洁卫生，不准吸烟、不准随地吐痰，不准乱抛纸屑等废物，在离开实验室时，学生有义务作好实验室卫生，征得老师同意后方可离开实验室。8、凡缺做实验超过该课实验的三分之一者，其实验成绩作为零分处理。以上规则请同学们自觉遵守，如有违纪且不听实验老师的警告，实验老师有权中止该生实验。,重庆信工学院2008-2009上期通信原理实验课程教学执行计划（总课时72）,1、通信实验平台简介、实验室规则、实验课程学习计划、学习方法理论2课时2、示波器的原理与使用理论实践4课时3、数字电路D/A转换器及其工作原理理论1课时数字电路A/D转换器及其工作原理，取样、量化与编码理论2课时4、实验一抽样定理和脉冲调幅实验电路分析理论2课时实践操作4课时,5、实验二脉冲编码调制PCM实验电路分析理论2课时实践操作2课时6、实验三增量调制M编码实验电路分析理论2课时实践操作2课时7、实验四移相键控PSK实验电路分析理论2课时实践操作2课时8、实验五HDB3码型变换实验电路分析理论2课时实践操作2课时,9、实验六FSK电力线载波通信实验电路分析理论2课时实践操作2课时10、实验七数字基带信号处理实验理论4课时实践操作2课时11、实验八数字系统原理课程设计与数字信号的基带传输理论6课时实践操作4课时12、通信原理实验课程考试,实验报告册封面,通信实践教学实验报告册专业姓名班级学号,通信工程专业主干课程电路、信号系列课程，计算机技术系列课程；通信原理、数字信号处理、电磁场与电磁波、信息论基础、通信网理论基础、现代交换原理、移动通信原理、光通信原理、数据通信与计算机网络等。通信工程专业就业方向毕业生可在通信和电子、信息等行业从事通信设备、系统和网络的研究、设计、开发、运营和技术管理工作。例如通信产业的四大块，设备制造业、通信运营商、内容提供业、应用服务业等行业。,一、课程性质,1、通信原理通信原理是运用先修的高等数学、概率论、线性代数等专业数学知识，以及信号与系统分析方法，来重点分析数字通信系统的数学模型、误码特性、差错控制编码。主要介绍信号设计、编码、调制等基本理论和噪声分析方法。是一门比较抽象的专业理论基础课程。,2、通信原理实验一般教学方法隶属通信原理课程抽象理论知识的验证。独立教学方法是运用模拟电路、数字电路、高频电路（通信电子电路）知识，从对实验平台具体电路设计进行分析的角度来学习通信原理知识。,3、通信原理与通信实践教学的切入点不同通信原理是利用数学计算来分析模块化的通信知识以及波形；通信原理实践教学是对具体的通信电路进行分析，来学习上述知识。实际是数字电路、高频电路在通信原理上的运用，有助于对通信抽象课程的学习。因此，通信系统原理课程与实践教学课程内容上并不重复。4、后续专业课程的介绍（教案）,二、通信实验平台简介,1、信号源、频率计、数字毫安表电压表讲解；2、实验平台直流稳压电源讲解；3、实验平台各部分实验项目功能介绍；八项实验电路的讲解以及操作方法；参照通信原理书熟悉理论知识点；实验指导书内容概述。4、课后预习要求。数字电路中数模与模数转换的温习；示波器的面板操作与使用温习，实验平台中使用的数字集成电路芯片的自预习；,通信实验平台直流稳压电源,在78*、79*系列三端稳压器中最常应用的是TO-220和TO-202两种封装。,TKCS一A型通信统原理实验装置,本装置是依据全国电子类统编教材通信原理和通信原理实验的内容精心设计而成的综合实验装置。它由控制屏(功能、实验模块均设计在两块大型双面印刷线路板)和实验台组成。实验内容充实、丰富、完整。板面图示清晰，便于接线和测试。本装置主要功能组成如下:,1、左实验功能板,提供直流稳压电源(土l5V/0.5A;土6V/0.5A;土l2V/0.5A，共六路)、低频正弦波信号发生器、频率计(0一40MHZ)、抽样定理和脉冲调幅(PAM)实验模块、脉冲编码调制(PCM)实验模块、增量调制(M)编译码实验模块、移相键控PSK解调接收模块、移相键控PSK调制发送模块及HDB3码形变换实验模块(分时钟、编码、解码三部分)等。,2、右实验功能板,提供直流稳压电源(土5V/0.5A二路)、直流数字电压表(测量范围020V，分200mV、2V、20V三档，精度0.5级)、直流数字毫安表(测量范围0一200mA，分2mA、20mA、200mA三档，精度0.5级)、频率计(lHz一500KHz)、FSK电力线载波通信实验模块及数字通信系统综合实验模块(包括ADPCM时钟、ADPCM输入输出、ADPCM接收、ADPCM发送四大部分)等。,3、本装置可完成的实验内容如下:,1、抽样定理与脉冲调幅(PAM)实验验证抽样定理PAM信号的形成和平顶展宽解调时分多路系统中的路际串话。2、脉冲编码调制(PCM)实验语音信号编译码工作原理验证PCM编码原理语音信号数字化技术的主要指标和测试方法。,3、增量调制(M)编译码实验语音信号的(M)编码过程验证M编译码原理语音信号数字化技术的主要指标和测试方法4、移相键控(PSK)实验M序列的性能及作用PSK系统的调制与解调数字调相器性能指标同相正交环的工作原理集成压控振荡器(IC一VCO)传输畸变和眼图,5、HDB3码形变换实验HDB3码的编码规则及其工作原理、实现方法通过调测电路，掌握一般规律与方法，学会工作原理掌握分层数字接口脉冲的国际规定及按技术指标研制电路的实验方法6、FSK电力线载波通信实验单片机在通信中应用大规模集成电路的电路组成及工作原理FSK的工作原理,7、数字基带信号处理实验系统时钟信号与各种定时信号的产生电路自适应差值脉冲编码调制(ADPCM)的工作原理大规模集成电路MC145540的电路组成及工作原理单片机在通信中的应用8、通信系统原理课程设计一数字信号的基带传输数字信号基带压缩传输处理系统实验数字信号基带扩张传输处理系统实验编写程序并调试,三、专业培养方向以及就业前景,1、通信运营公司、通信设备生产厂家、通信工程公司，从事通信设备的生产、维护、通信工程施工，通信产品营销等工作。也可从事通信网络的组建、管理、维护，相关通信终端产品的生产、检修与营销。2、通信专业所要求的知识结构和人才培养；3、未来通信人的广泛就业机会。4、制定学习方法与学习计划知识的贯通、知识的定位、知识的应用，业余观看“电子制造工艺”教学片。,示波器预习知识点（讲解注意事项）,1、示波管、电子枪的构造与功能；2、示波器的电路方框图绘制；3、示波器的波形显示原理；4、同步的概念；5、面板各功能以及操作参看说明书；6、测量的项目峰峰值、瞬时值、周期频率的换算，有效值与峰峰值的换算；7、李萨育图形的实现以及频率测量；8、频率特性的概念、矩形脉冲频谱的概念；9、波形图、频谱图、频率特性图的概念。,主讲阎峻岭覃德友杨方颖,示波器的原理与使用,荧光屏,内,外触发,扫描发生器,放大或衰减,触发同步,放大或衰减,X轴输入,Y轴输入,亮度,聚焦,加速辅助聚焦,Y,X,H,K,G,A1,A2,电子枪,示波器原理简图绘制（示波管的构造解）,电源,Y,X,偏转系统,1,2,5,6,3,12,9,13,29,7,17,26,8,22,25,4,11,14,8,10,15,16,19,18,20,21,23,24,27,28,YX4340型示波器面板,扫描范围（多挡开关）,扫描微调（电位器）,各频段,S,2b,S,2a,C,2,外,X,X,输,入,X,位移（电位器）,Y,位移（电位器）,R,1,R,2,Y,输,入,S,3,S,1,C,1,AC,DC,Y,衰减（多挡开关）,地,Y,1,Y,2,B,X,1,X,2,示波管,Y,轴（直流）放大器,X,轴（交流）放大器,扫描电压发生器,J2459,示波器电路原理图,外触发信号输入,内触发信号输入,Y,增益（微调电位器）,内、外触发控制触发源选择开关,电视场同步触发选择触发电平形成与调节触发信号整形,CH1/CH2,CH1,标准信号,CH1/CH2通道选择,CH1CH2输入耦合方式选择电路,GND,DC,AC,1M,400V0.047,Y轴CH1输入,线路输入,选择开关,YX4300系列示波器输入端口,Y轴CH1CH2输入耦合方式,一、示波器的基本结构,如图所示，示波管主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三部分，全都密封在玻璃外壳内，里面抽成高真空。下面分别说明各部分的作用。,1、示波管的结构,150/20,加速阳极,、荧光屏：它是示波器的显示部分，当加速聚焦后的电子打到荧光上时，屏上所涂的荧光物质就会发光，从而显示出电子束的位置。当电子停止作用后，荧光剂的发光需经一定时间才会停止，称为余辉效应。、电子枪：由灯丝H、阴极K、控制栅极G、第一阳极A1、第二阳极A2五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属筒，被加热后发射电子。、偏转系统：它由两对相互垂直的偏转板组成，一对垂直偏转板Y，一对水平偏转板X。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上的光斑位置也发生改变。容易证明，光点在荧光屏上偏移的距离与偏转板上所加的电压成正比，因而可将电压的测量转化为屏上光点偏移距离的测量，这就是示波器测量电压的原理。,高灵敏示波管的管脚排列,1,12,11,10,9,8,7,6,5,2,4,3,从后向前观察内部对应管脚功能：1、12、灯丝2、阴极3、栅极11、前置加速极（第一阳极A1）5、聚焦极（第二阳极A2）8、加速极（第三阳极A3）6、7、垂直偏转板脚9、10、水平偏转板脚4、屏蔽极（校正枕形畸变）高压阳极（属第四五阳极）A1A2A3组成双凸凹透镜电子聚焦系统,2信号放大器和衰减器示波管本身相当于一个多量程电压表，这一作用是靠信号放大器和衰减器实现的。由于示波管本身的X及Y轴偏转板的灵敏度不高（约0.11mm/V），当加在偏转板的信号过小时，要预先将小的信号电压加以放大后再加到偏转板上。为此设置X轴及Y轴电压放大器。衰减器的作用是使过大的输入信号电压变小以适应放大器的要求，否则放大器不能正常工作，使输入信号发生畸变，甚至使仪器受损。对一般示波器来说，X轴和Y轴都设置有衰减器，以满足各种测量的需要。,3扫描系统扫描系统也称时基电路，用来产生一个随时间作线性变化的扫描电压，这种扫描电压随时间变化的关系如同锯齿，故称锯齿波电压，这个电压经X轴放大器放大后加到示波管的水平偏转板上，使电子束产生水平扫描。这样，屏上的水平坐标变成时间坐标，Y轴输入的被测信号波形就可以在时间轴上展开。扫描系统是示波器显示被测电压波形必需的重要组成部分。,0,t,Ux,二、示波器显示波形的原理,如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动，如果电压频率较高，则看到的是一条竖直亮线，如图2所示。,要能显示波形，必须同时在水平偏转板上加一扫描电压，使电子束的亮点沿水平方向拉开。这种扫描电压的特点是电压随时间成线性关系增加到最大值，最后突然回到最小，此后再重复地变化。这种扫描电压即前面所说的“锯齿波电压”，如图3所示。当只有锯齿波电压加在水平偏转板上时，如果频率足够高，则荧光屏上只显示一条水平亮线。,0,t,Ux,如果在竖直偏转板上（简称Y轴）加正弦电压，同时在水平偏转板上（简称X轴）加锯齿波电压，电子受竖直、水平两个方向电场力的作用，屏幕上显示就是两相互垂直的运动的合成。当锯齿波电压周期是正弦电压周期的整数倍，在荧光屏上将能显示出多个周期的所加正弦电压的波形图，如图所示。,时基扫描的调节实质上是调扫描的周期与频率;水平与垂直位移的调节实质为调直流分量。,Ty,Tx,3,Uy,t,1,2,4,5,7,6,9,10,11,12,8,1,6,9,2,5,4,7,10,4,11,8,8,3,0,0,Ux,t,Tx=Ty,三、同步的概念,如果正弦波和锯齿波电压的周期稍微不同，屏上出现的是一移动着的不稳定图形。这种情形可用图说明。,波形显示稳定的条件：,为了使屏上的图形稳定，必须使Tx/Ty=n（n1，2，3，），n是屏上显示完整波形的个数。也就是说：使被测信号与时间轴扫描信号之间保持一定的频率比fx/fy=n，这就是同步。调节示波器上“扫描时间”或“扫描范围”、“扫描微调”旋钮，也就是调节时基扫描锯齿波电压的周期Tx（或频率fx），使之与被测信号的周期Ty（或频率fy）成合适的关系，从而在屏上一定数量的完整被测波形。如何满足这个条件呢？,输入Y轴的被测信号与示波器内部的锯齿波电压是互相独立的。由于环境或其它因素的影响，它们的周期（或频率）可能发生微小的改变。这时，虽然可通过调节扫描旋钮将周期调到整数倍的关系，但过一会儿波形又移动起来。在观察高频信号时这种问题尤为突出。因此示波器内装有扫描同步装置，让锯齿波电压的扫描起点自动跟着被测信号改变，这就是触发同步,也可理解为频率、相位锁定。从Y轴（CH1/CH2）内部提取部分信号经过整形，作为触发同步,来控制X扫描锯齿波频率和相位,称为“内触发”。如果需要扫描电压与外部某一信号同步，可选择“外触发”工作状态，相应设有“外触发”信号输入端。触发电平实质是微调触发同步信号的频率和相位。,如何实现同步呢?,1,2,5,6,3,12,9,13,29,7,17,26,8,22,25,4,11,14,8,10,15,16,19,18,20,21,23,24,27,28,四、YX4340型示波器各旋钮的用途及使用方法,1、亮度：控制荧光屏上光迹的明暗程度，顺时针方向旋转为增亮，光点停留在荧光屏上不动时，宜将亮度减弱或熄灭，以延长示波器使用寿命。2、聚焦/辅助聚焦（FOCUS/ASTIG）：调节聚焦可使光点圆而小，达到波形清晰。3、迹线旋转（ROTATION）：调节扫线与水平刻度线平行。4、电源指示器：它是一个发光二极管，在仪器电源通过时发红光。5、电源开关：它用于接通和关断仪器的电源，按入为接通，弹出为关断。,6、校正信号（CAL）：为探极校准信号输出，输出0.5Up-p幅度方波，频率为1KHz的方波信号。用于校正10：1探极的补偿电容和检测示波器垂直与水平的偏转因数。7、垂直位移：控制显示迹线在荧光屏上Y轴方向的位置，顺时针方向迹线向上，逆时针方向迹线向下。8、扫描线分离旋钮（TRACESEP）：当按下ALT状态时，扩展后的波形与未扩展的波形同时显示在屏幕上，松开NORM状态显示原信号。9、垂直方式（MODE）开关：四位按钮开关，用来选择垂直放大系统的工作方式。,CH1显示通道CH1输入信号。ALT交替显示CH1、CH2输入信号，交替过程出现于扫描结束后回扫的一段时间里，该方式在扫描速度从0.2s/DIV到0.5ms/DIV范围内同时观察两个输入信号。CHOP在扫描过程中，显示过程在CH1和CH2之间转换，转换频率约500KHz。该方式在扫描速度从1ms/DIV到0.2s/DIV范围内同时观察两个输入信号，断续显示用于扫描速度较慢时的双踪显示。CH2显示通道CH2输入信号。ALLOUTADD使CH1信号与CH2信号相加（CH2极性“+”）或相减（CH2极性（“”）。,10、CH2极性（INV）倒相：控制CH2在荧光屏上显示波形的极性“+”或“”，在AD方式时使CH1+CH2或CH1-CH211、垂直衰减开关（VOLTS/DIV）：改变输入偏转因数，调节垂直偏转灵敏度5mV/DIV5V/DIV，按125进制共分10个档级。12、垂直微调（VAR）：调节显示波形的幅度，顺时针方向增大，顺时针方向旋足并接通开关为“标准”位置。13/14、Y输入耦合方式选择开关AC、GND、DC：可使输入端成为交流耦合、接地、直流耦合。,15、Y轴输入：作垂直被测信号的输入端。16、X水平位移POSITION：控制光迹在荧光屏X方向的位置，在XY方式用作水平位移。顺时针方向光迹向右，逆时针方向光迹向左。17、释抑控制（HOLDOFF）：当被测量的信号是一个具有两个或更多重复周期的复杂波形时，仅用上述电平控制器不足以获得稳定波形显示。在这种情况下，可通过调节释抑时间（扫描休止时间），使扫描稳定地与触发信号同步。又称脱出同步，主要用于观察数字信号时使用。例如同步显示脉冲序列。18、PULL10：改变水平放大器的反馈电阻使水平放大器放大量提高10倍，相应地也使扫描速度及水平偏转灵敏度提高10倍。,19、t/DIV开关：为扫描时间因数档级开关，从0.2s0.2s/DIV按125进制，共十九档，当开关顺时针旋足是XY或外X状态。20、水平微调：用以连续改变扫描速度的细调装置。顺时针方向旋足并接通开关为“校准”位置。21、外触发输入：供扫描外触发输入信号的输入端用。22、触发源选择开关：选择扫描触发信号的来源，内为内触发，触发信号来自Y放大器；外为外触发，信号来自外触发输入；电源为电源触发，信号来自电源波形，当垂直输入信号和电源频率成倍数关系时这种触发源是有用的。,23、触发选择开关：是选择扫描内触发信号源。CH1加到CH1输入连接器的信号是触发信号源。CH2加到CH2输入连接器的信号是触发信号源。ALT内触发源取自垂直输入CH1CH2交替选择的信号。24触发方式开关：三位按钮开关，用于选择扫描工作方式。AUTO扫描电路处于自激状态。NORM扫描电路处于触发状态。TVV电路处于电视场同步。TVH电路处于电视行同步。,25触发+、极性开关：供选择扫描触发极性，测量正脉冲前沿及负脉冲后沿宜用“+”，测量负脉冲前沿及正脉冲后沿宜用“”。26、触发电平锁定调节：调节和确定被测信号扫描触发点在触发信号上的位置，在触发同步时，指示灯亮。27、仪器测量接地装置。28、内刻度坐标线：它消除了光迹和刻度线之间的观察误差，测量上升时间的信号幅度和测量点位置在左边指出。29、X-Y方式开关（CH1X）：选择X-Y工作方式。30、CH1OUTPUT输出阻抗50输出电压100mV31、Z轴输入参看备注,五、观察与测量,1观察信号发生器波形（1）将信号发生器的输出端接到示波器Y轴输入端上。（2）开启信号发生器，调节示波器（注意信号发生器频率与扫描频率），观察正弦波形，并使其稳定。,2测量正弦波电压,在示波器上调节出大小适中、稳定的正弦波形，选择其中一个完整的波形，先测算出正弦波电压峰峰值Up-p，即Up-p（垂直距离DIV）（档位V/DIV）（探头衰减率）然后求出正弦波电压有效值U为读出瞬时值v为,3测量正弦波周期和频率,在示波器上调节出大小适中、稳定的正弦波形，选择其中一个完整的波形，先测算出正弦波的周期T，即T（水平距离DIV）（档位t/DIV）然后求出正弦波的频率。,4利用李萨育(lissajous)图形测量频率,设将未知频率fy的电压Uy和已知频率fx的电压Ux（均为正弦电压），分别送到示波器的Y轴和X轴，则由于两个电压的频率、振幅和相位的不同，在荧光屏上将显示各种不同波形，一般得不到稳定的图形，但当两电压的频率成简单整数比时，将出现稳定的封闭曲线，称为李萨如图形。根据这个图形可以确定两电压的频率比，从而确定待测频率的大小。,图中列出各种不同的频率比在不同相位差时的李萨如图形，不难得出，求未知频率,但应指出水平、垂直直线不应通过图形的交叉点。,测量方法如下：（1）将一台信号发生器的输出端接到示波器Y轴输入端上，并调节信号发生器输出电压的频率为50Hz，作为待测信号频率。把另一信号发生器的输出端接到示波器X轴输入端上作为标准信号频率。（2）分别调节与X轴相连的信号发生器输出正弦波的频率fx约为25Hz、50Hz、100Hz、150Hz、200Hz等。观察各种李萨如图形，微调fx使其图形稳定时，记录fx的确切值，再分别读出水平线和垂直线与图形的交点数。由此求出各频率比及被测频率fy，记录于下表中。（3）观察时图形大小不适中，可调节“VDIV”和与X轴相连的信号发生器输出电压。,六、注意事项,1.为了保护荧光屏不被灼伤,示波器上光点的亮度不可调得太强,也不能让亮点长时间停在荧光屏的一点上。2.示波器上所有开关与旋钮都有一定的强度和调节角度，调节时不要用力过猛。3.注意读数前示波器的校准。4.信号发生器的输出电压是经过内部衰减器后输出的。输出信号的大小由面板上电压表读数和衰减倍数的大小决定。由于衰减倍数范围较大，故取其对数值刻在“输出衰减”旋钮周围。衰减倍数用分贝（dB）值表示，其定义为,其中U为未经衰减器的电压，由面板上电压表读出，示值为有效值VRMS。U出为经过衰减器后的输出电压有效值。,七、思考讨论,1.示波器为什么能显示被测信号的波形？2.荧光屏上无光点出现，有几种可能的原因？怎样调节才能使光点出现？3.荧光屏上波形移动，可能是什么原因引起的？实验目的：1、充分理解示波器使用中各旋钮的功能，掌握数据的读取；2、掌握绘制波形的方法与规则。,实验注意事项,1、示波器的使用注意事项A、读数前是否处于旋钮校准位置；B、读取瞬时值时置DC位置，需寻找零轨迹。读取峰峰值时置AC位置C、禁止X轴扫描扩展10倍、Y轴衰减10倍；2、试验平台的信号源输出设定；3、频率计内外切换的使用；4、电源供电接线注意数据标志；,绘制波形：DC位置读瞬时值、标注波形名称、标注周期频率,1、测试示波器CAL标准信号源波形（标注直流分量）；2、调节信号源，输出幅度1VP-P频率2000Hz；3、调节信号源，输出幅度2VP-P频率1000Hz；4、测试直流5V电压；5、代数迭加ADD功能、代数迭减CH2倒相6、关掉频率计调输出频率5000Hz、3VP-P信号7、矩形脉冲的上升沿、下降沿时间的读取8、观察李萨育波形（X-Y方式的应用）9、改变扫描频率档位、改变衰减档位观察现象10、相位差测量、峰值有效值平均值的换算,图7-5是某晶体管的集电极电压在示波器荧光屏上显示出的稳定的图形。图中锯齿波显示为3格。问：锯齿波幅度为多少？直流分量电压为多少？锯齿波C点对地电压为多少？D点对地电压为多少？设示波