数据通信实验指导书

1、数据通信原理实验指导书（润众实验箱）胡之惠第一章 通信原理综合实验箱概述 一、 实验平台的结构组成 本实验平台根据教学大纲对通信原理课程性质的定位，为广大院校师生提供了良好的教学实验条件。我们在多年积累的教学经验和学校使用反馈意见的基础上，保留了原有的特色实验，扩展了实验模块的功能，加强了模块间的系统性实验与CPLD二次开发实验，大大增加了可行性实验内容；同时为了配合实验室设备管理，我们在电路板上加有有机玻璃保护罩。整个实验平台不追捧时髦的实现手段，突出体现理论知识的系统性和教学内容的稳定性，使学生能够掌握分析研究通信系统各种部件的基本方法，强调培养学生理论联系实际和研究、开发、创新的能力。另

2、外，本实验平台可配备RZ8630型课题设计箱，在验证实验的同时完成些小课题设计实验，增强学生的动手实践能力。本实验平台共由24个实验模块组成，可分为信号源模块、终端编译码模块、线路编译码模块、信道调制解调模块、二次开发模块、各种测量通信接口模块，以及控制显示模块等几大类。其电路板结构布局图见（书后的附录一：实验平台电路板结构布局图），各模块功能叙述如下：1、液晶显示模块 显示实验模块及其工作方式以供选择。2、键盘控制模块（1） 选择实验模块及其工作方式。（2） 学生可自己编制数字信号输入，进行编码或调制实验。3、模拟信号源模块提供同步正弦波、非同步信号（正弦波、三角波、方波）、音乐信号等模拟信

3、号,可通过连接线发送到各终端编码模块。4、用户电话接口模块提供用户电话接口，进行用户摘挂机检测，可发送语音信号，接收语音信号。5、数字信号源模块（1）CPLD可编程逻辑器件，编程输出各种数字信号（2）通过计算机输入数字数据信号（3）薄膜键盘键入编制数字信号（4）EPM240芯片，学生二次开发编程输出各种数字信号、控制信号等6、噪声源模块 提供白噪声信号，可加入到调制信道中模仿信道噪声干扰。7、抽样定理与PAM实验系统 完成抽样定理的验证实验，及PAM通信系统实验。注：提供多种频率的方波及窄脉冲信号抽样8、PCM编译码系统模块 完成PCM的编码、译码实验；完成两路PCM编码数字信号时分复用/解复

4、用实验。注：可改变时分复用的时隙位置，时分可复用路数及进行时分数据交换，加深学生对时分复用概念的理解9、增量调制的编码模块 完成增量调制的编码实验，可进行模块或系统实验。 注：提供了三种编码时钟10、增量调制的译码模块完成增量调制的译码实验，可进行独立模块或系统实验。 注：提供了对应的三种译码时钟11、AMI/HDB3编译码系统模块 完成AMI编译码功能、HDB3编译码功能。 注：提供对全“1”、全“0”、伪随机码、手工编制数字信号等进行编码译码12、卷积编码实验模块 完成卷积编码实验。注：通过对地址开关拨动编制数字信号输入，可模拟在信道中插入误码，分析卷积编译码的纠错能力13、卷积译码实验模

5、块 完成卷积译码实验。 14、VCO数字频率合成器模块 完成对1KHz、2KHz和外加数字信号的倍频输出。 15、频移键控FSK（ASK）调制模块 完成频移键控FSK调制实验, ASK调制实验。注：可对方波，伪随机码，计算机数据等信号的调制输出；可对已调信号进行放大或衰减输出；可在已调信号中加入噪声，模拟信道干扰可完成本实验箱的自环单工通信实验，也可完成两台实验箱间的双工通信实验16、频移键控FSK（ASK）解调模块 完成频移键控FSK解调实验，ASK解调实验。17、相移键控BPSK（DPSK）调制模块完成相移键控BPSK（DPSK）调制实验。注：可对方波，伪随机码，及计算机数据等信号进行调制

6、输出；可对已调信号进行放大或衰减输出；可在已调信号中加入噪声，模拟信道干扰可完成本实验箱的自环单工通信实验，也可完成两台实验箱间的双工通信实验18、相移键控BPSK（DPSK）解调模块 完成相移键控BPSK（DPSK）解调实验。19、数字同步提取及眼图观察模块 完成对CPLD产生的伪随机码，PSK解调的基带信号等信号同步时钟的提取，信码再生、相对码与绝对码的转换等实验。 完成多种类型的眼图观察实验，效果明显。20、音频功放模块 完成对终端模拟信号的功率放大，喇叭播放功能，可直观判断通信质量的优劣。21、误码测试接口模块 完成测试FSK、PSK信道误码率时，在中央处理器的控制下，误码数据的输入输

7、出，同步时钟的输入输出等功能。22、中央处理器模块 完成键盘的扫描，液晶显示的控制，实验参数的控制选择等功能。23、CPLD可编程全开放系统模块 全开放CPLD开发系统，在中央处理器的控制下，切换运行学生的CPLD实习程序，产生信号可送往各模块进行实验。24、计算机接口，MODEM通信接口模块 完成计算机与实验箱间通信，实验箱间的通信，计算机间的通信，可扩展光纤通信信道。二 、薄膜键盘及液晶显示屏使用说明本实验平台应用薄膜键盘和液晶来控制管理各实验模块的实验参数，避免了因实验参数较多而硬件设置复杂易乱的实际使用问题。一、 打开电源总开关，电源指示灯亮，系统开始工作。二、 薄膜键盘和液晶模块，主

8、要功能是控制和显示各实验模块的工作方式及数字信号的输入输出选择；其位于平台的中下方，薄膜键盘上有“开始”、“复位”、“返回”、“确认”及“”和“”方向等按键。三、按薄膜键盘上“复位”键，中央处理器进行一次复位操作。液晶显示，如：欢迎使用通信原理实验箱南京解放军理工大学 四、按薄膜键盘上的“开始”键，系统进入实验项目选择状态。 1 PAM抽样2 PCM编译码3 CVSD增量4 线性编码液晶显示，如：五、按薄膜键盘上的“”和“”键，液晶中横向箭头对应于所要选择的实验项目。六、按薄膜键盘上的“确认”键，选中实验项目，或进行实验参数的选择。PAM抽样： 01 8KHz方波02 16KHz方波 03 8

9、KHz窄脉冲 液晶显示，如： 七、按薄膜键盘上的“”和“”键，横向箭头对应于所要选择的实验参数。八、按薄膜键盘上的“确认”键，选中实验中需要的实验参数，相关的测量点将有所选择的信号输出（此类测量点开机时都有默认信号输出）。九、若重新选择参数，按“返回”键，返回上一级菜单，重复以上步骤重新选择有关参数。十、后面章节，我们简化叙述如“薄膜键盘选择参数”，即需选择对应的实验项目（模块）菜单下的实验参数。三 、仪器配置及相关说明1. RZ8621D通信原理实验箱一台2. 20M双踪模拟示波器一台3. 铜铆孔连接线若干4. 电源线一根5. MODEM通信连接线一根6. 小平口螺丝刀一只7. 电话单机（配

10、双水晶头电话线）一部8. 计算机一台9. 计算机串口连接线一根10. 并行下载电缆线一根（编程ALTERA公司的MAX7000S系列器件，25针阳性插座连接PC机并行端口，10针阴性插座连接电路板上的CPLD芯片的下载接口）说明：16项为基本实验内容配置，710项为根据实际情况配置。实验时，示波器的幅度档一般设置在2V档，探头1X无衰减，接地夹子应先接地。一般情况下，本实验平台上元器件的标号都是按照模块划分的。如标号TP301，“TP”即表示测量点，“301”中的“3”表示PSK调制模块，“01”表示编号，合起来即表示PSK调制模块中标号为TP301的一个波形测量点。关于模块的编号划分见书后“

11、附录一”，要求根据元器件的标号能很快找到其在平台上的具体位置。标号的首字母意思：TP表示波形测量点或信号输入输出铜铆孔，U表示芯片集成电路，R表示电阻，C表示普通电容，E表示电解电容，J表示接插件，JZ表示晶振或晶体，K表示选择开关等。第二章 基础实验预备实验一 CPLD可编程数字信号发生器实验一、实验目的 1熟悉各种时钟信号的特点及波形；2熟悉各种数字信号的特点及波形。二、实验仪器1.RZ8621D实验箱1台2.20M双踪示波器1台 三、实验电路的工作原理 （一）、CPLD可编程模块二电路的功能及电路组成图1-1是CPLD可编程模块的电路图。 CPLD可编程模块（芯片位号：U101）用来产生

12、实验系统所需要的各种时钟信号和数字信号。它由CPLD可编程器件ALTERA公司的EPM240(EPM7128或者是Xilinx公司的XC95108)、下载接口电路（J101）和一块晶振（JZ101）组成。晶振用来产生16.384MHz系统内的主时钟。本实验要求参加实验者了解这些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，才可通过CPLD可编程器件的二次开发（本实验箱提供专门的开发模块）生成这些信号，理论联系实践，提高实际操作能力。图1-1 CPLD可编程模块电路示意图（二）、各种信号的功用及波形112脚输入16.384MHz主时钟，方波。由晶振JZ101产生的16.384MHz时钟，经电阻R111，

13、从12脚送入U101进行整形，然后分频、产生各种信号输出。 227脚，输出2.048MHz时钟，方波。 3100脚，输出1.024MHz时钟，方波。 46脚，输出64KHz时钟，方波。52脚，输出32KHz时钟，方波。61脚，输出16KHz时钟，方波。7. 33脚，输出32KHz伪随机码。8. 5脚，输出2KHz伪随机码。9. 69脚，输出8KHz的窄脉冲同步信号，供PCM（一）编码模块用（时隙可变）。 1070脚，输出8KHz的窄脉冲同步信号，供PCM（二）编码模块用（时隙可变）。8KHz的窄脉冲同步信号,可通过编程来改变它们的时序和脉冲宽度，学生可通过薄膜键盘选择，供PCM（一）模块、PC

14、M（二）模块使用电原理示意图见如图11所示，由CPLD芯片U101、下载接口电路J101、一块晶振JZ101及外围一些电容电阻组成（有兴趣的同学，可以到网上搜索相关原器件的详细资料）。注：本实验平台中所有数字信号都是由同一个信号源JZ101分频产生，所以频率相同或者频率成倍数关系的数字信号，都有相对固定的相位关系。四、实验内容 1熟悉CPLD可编程数字信号发生器各测量点信号波形。2查阅CPLD可编程技术的相关资料，了解这些信号产生的方法。五、实验步骤 1打开电源总开关，电源指示灯亮，系统开始工作。2用示波器测出下面所列各测量点波形，并对每一测量点的波形加以分析。GND为接地点，测量各点波形时示

15、波器探头的地线夹子应先接地。各测量点波形如图12所示，具体说明如下：以下信号均由CPLD可编程器件EPM240芯片编程产生并送往各测量点。TP301：1024KHz的时钟信号，作为PSK调制模块中产生载频信号用。TP901：32KHz的时钟信号，作为FSK调制模块中产生载频信号用。TP602：方波信号，作为抽样定理模块中抽样时钟用。可由薄膜键盘选择“抽样定理模块”中不同的抽样时钟信号（默认为2KHz方波）。TP503: 8KHz的窄脉冲同步信号,可通过薄膜键盘选择不同时隙。32KB/S伪随机码8Hz窄脉冲32KHz方波1024KHz方波测量时将示波器通道1的探头放在TP509上（固定0时隙和脉

16、冲宽度），将通道2的探头放在TP503上，调整通道1为触发通道，通过薄膜键盘选择“PCM编译码模块”中不同选项，对比两路波形可以看到8KHz的窄脉冲同步信号不同的时序关系和脉冲宽度。TP110： 15位的伪随机序列码，码元速率为32Kb/S，码型为111100010011010，可对比TP901的32KHz的时钟信号读出它的码型序列。该波形用来输岀到PSK调制等模块单元，作为数字基带信号。TP905：K901开关1-2连，15位的伪随机序列码，码元速率为2Kb/S，码型为111100010011010，可对比TP001的2KHz的时钟信号读出它的码型序列。该波形用来输岀到FSK调制模块单元，作

17、为FSK调制的数字基带信号（默认2KHz PN），也可通过薄膜键盘选择2KHz方波。本实验平台中CPLD可编程器件EPM240芯片产生的信号还有很多，学生可在以后实验过程中逐步遇到。TP301TP901TP109TP1101 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 01024KHz方波32KHz方波8KHz窄脉冲32Kb/S伪随机码图1-2 CPLD可编程模块产生的部分信号波形示意图五、实验报告要求 1分析各种时钟信号及数字信号产生的方法，叙述其功用。 2画出各种时钟信号及数字信号的波形。3了解CPLD可编程技术方面的知识。预备实验二 各种模拟信号源实验一、实验目的：1 熟悉各种模

18、拟信号的产生方法及其用途；2 观察分析各种模拟信号波形的特点。二、实验仪器1.RZ8621D实验箱1台2.20M双踪示波器1台3.铆孔线1根4.小平口螺丝刀1只 5.电话单机1台（选用）三、电路工作原理 模拟信号源电路用来产生实验所需的各种音频信号：同步正弦波信号、非同步简易信号、话音信号、音乐信号，白噪声等。 （一）同步信号源（同步正弦波发生器） 1功用同步信号源用来产生与编码数字信号同步的2KHz正弦波信号，可作为抽样定理PAM、增量调制CVSD编码、PCM编码实验的输入音频信号。在没有数字存贮示波器的条件下，用它作为编码实验的输入信号，可在普通示波器上观察到稳定的编码数字信号波形。2 电

19、路原理图2-1为同步正弦信号发生器的电路图。它由2KHz方波信号产生器（图2-1中SC2K表示）、低通滤波器和输出放大电路三部分组成。2KHz方波信号（SC2K）由CPLD可编程器件U101内的逻辑电路通过编程产生。TP001为其测量点。U001A 及周边的阻容网络组成一个截止频率为L的低通滤波器，用以滤除各次谐波,只输出一个2KHz正弦波，TP002“同步输出”铜铆孔为其输出点。2K正弦波通过铜铆孔输出可供PAM、PCM、CVSD（M）模块使用。W001用来改变输出同步正弦波的幅度。 （二）非同步信号源 1功用非同步信号源是一个简易信号发生器，它可产生频率为0.34KHz频率可调的正弦波信号

20、、三角波信号和方波信号，输出幅度为010V（一般使用范围04V）连续可调（注：可改变某些器件参数调整频率、幅度的输出范围）。可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用做PAM、PCM、CVSD（M）模块的音频信号源，信号波形见图2-7所示。2 工作原理非同步信号源的电路图如图2-2所示。它由集成函数发生器ICL8038（或者XR2206，这里不做介绍）和一些外围电路组成。ICL8038是大规模集成电路，它的内部电路主要有矩形波、三角波或正弦波发生器电路，正弦波由管脚2输出，三角波由管脚3输出，矩形波管脚9输出。管脚8为频率调节（简称调频）电压输入端。振荡频率与调频电压成正比，其线性度约为0.

21、5%（详细用法可到网上查找）。一般情况下，正弦波信号（频率在0.33.4KHz间）易于观察和分析，且完全满足本平台通信原理实验的需要，所以我们建议使用正弦波输出作为非同步信号源。信号形式可由K002选择输出，调节W003可使其振荡频率在0.33.4KHz间变化，幅度由W002调节（可在04V间无失真变化），占空比由W004调节。TP003“非同步输出”铜铆孔为其输出点。非同步正弦波通过铜铆孔输出可供PAM、PCM、CVSD（M）模块使用。图2-1 同步正弦信号发生器电路图 （三）音乐信号产生电路 1功用音乐信号产生电路用来产生音乐信号送往音频终端电路，以检查话音信道的开通情况及通话质量。2 工

22、作原理音乐信号产生电路见图2-3。音乐信号由U004音乐片厚膜集成电路产生。该片的1脚为电源端，2脚为控制端，3脚为输出端，4脚为公共地端。VCC经R018、D003向U004的1脚提供3.3V电源电压，当2脚通过SW001接触开关触发输入控制电压+3.3V时，音乐片即有音乐信号从第3脚输出，经TP005“音乐输出”铜铆孔送往各实验模块。 （四）外加模拟信号输入电路 在一些特殊情况下，简易正弦波信号形式不能满足实验要求，就要用外加信号源提供所需信号。例如要定量地测试通信话路的频率特性时需要使用频率、电平与输出阻抗都很稳定的频率范围很宽的音频测试信号，这就需要外接音频信号产生器或函数信号发生器。

23、外加模拟信号输入电路为它们提供了连接到实验的接口电路。外加模拟信号加入S02接口，转接后由P01铜铆孔“外加模拟输出”输出送往各实验模块。 (五) 模拟电话输入电路图2-4是专用电话集成电路组成的电话模块电路。J01是电话机的水晶头接口，D001为摘机检测显示，U003是PBL38710/1专用电话集成电路。它的工作原理是：当对电话机的送话器讲话时，该话音信号从PBL38710/1的TIPX和RINGX引脚输入，经U003内部话音信号传输处理后从第19引脚（VTX）输出。由VTX引脚来的模拟电话输出信号经“电话模拟发”TP004T铜铆孔送出，可作为语音信号输出用 当接收对方的话音时，送入U00

24、3第16引脚（RSN）的对方模拟电话输入信号可由“电话模拟收” TP004R铜铆孔送入。有时输入信号需要先经过右下脚的“音频功放”，再由TP007处通过铆孔线连接送入铜铆孔TP004R（功放电原理图，如图2-5）。(六) 音频功放电路如图2-5,U005为NE555芯片。在接收端，各种信号经过连接线接入TP006“输入”后，进入功放电路。信号幅度可由W005进行调节，最后由扬声器输出，其测量铆孔为TP107。在TP007处用示波器观察话音输出波形，通过喇叭听话音，感性判断该系统对话音信号的传输质量。图2-2 非同步正弦波信号发生器电路图图2-3 音乐信号产生电路图图2-4 电话模块电原理图图2

25、-5 音频功放电原理图四、实验内容 1用示波器在相应测试点上测量并熟悉各点波形：同步正弦波信号、非同步简易信号、电话语音输出信号、音乐信号及外加模拟信号输入电路等。2熟悉上述各种信号的产生方法，并了解信号流程。五、实验步骤1打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮。2用示波器测量TP001、TP002、TP003、TP004T、TP004R、TP005等各点波形。3将各模拟信号由相应铜铆孔输出，通过连接线接入TP006铜铆孔，此时模拟信号可由喇叭输出（K001的1-2连通），学生可直观地感受各模拟信号间的差别4模拟信号源模块有关器件接口介绍TP002：同步正弦波输出，频率2KHZ，幅度可调（一般峰

26、峰值2V）。TP003：非同步信号输出，一般使用范围0.33.4KHZ，幅度可调（一般峰峰值2V）。TP005：音乐信号输出，SW001触发后产生。TP004T：模拟电话信号发。TP004R：模拟电话信号收。TP006：功放输入。TP007：功放放大后输出。TP108：高斯白噪声。SW001：音乐信号触发按钮（有些无需触发）。K002：非同步信号形式选择。S01：外加数字信号输入。S02：外加模拟信号输入。S03：误码测试时钟输出接口。S04：误码测试数据输入接口。SW03：误码测试时钟模块选择，1-2：FSK，2-3：PSK。电位器调节W001：同步正弦波信号幅度调节。W002：非同步信号幅

27、度调节。W003：非同步信号频率调节。W004：非同步信号直流分量调节（一般调节支流分量为0）。W005：功放放大幅度调节。W101：噪声幅度调节。六、各测量点波形 TP001：2KHz方波，由EPM240芯片编程产生。 TP002：与TP001工作时钟同步输出的2KHz的正弦波信号。 TP003：0.33.4KHz的非同步信号，可通过K002选择正弦波、三角波和方波，通过W003来改变频率，通过W002来改变其幅度。 TP004T：电话电路送往各编码器模块的模拟话音信号。作为电话电路的去话信号。TP004R：作为电话电路的来话信号输入接口。TP005：音乐电路模块输出音乐信号，通过SW001

28、触发产生。P01：外加模拟信号输出。外加模拟信号由S02接口加入本实验箱，再由P01“外加模拟输出”铜铆孔输出送往各实验模块。TP108：高斯白噪声，噪声幅度由W101调节。本模块产生的原理这里就不做详细介绍。2KHz同步正弦波2KHz方波TP002TP001 图2-6 同步正弦波信号波形示意图非同步方波非同步三角波非同步正弦波TP003TP003TP003图2-7非同步信号波形示意图七、实验报告要求 1画出各测量点波形，并进行分析。 2画出各模拟信号源的电路框图，叙述其工作原理。3记录实验过程中遇到的问题并进行分析。实验一 脉冲编码调制PCM与时分复用实验、实验目的 1.加深对PCM编码过程

29、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；1. 掌握时分多路复用的工作过程；5.用同步正弦波信号观察A律PCM八比特编码的实验。二、实验仪器1.RZ8621D实验箱1台2.20M双踪示波器1台3.铆孔线5根4.小平口螺丝刀1只 5.电话单机1台（选用）三、实验电路工作原理（一） PCM基本工作原理 脉冲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。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，量化、编码的过程。 所谓抽样，就是在抽样脉冲来到的时刻提取对模拟信号在该时刻的瞬时值，抽样把时间上连续的信号变成时间上离

30、散的信号。抽样速率的下限是由抽样定理确定的。在该实验中，抽样速率采用8Kbit/s。所谓量化，就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。 一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。 所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。 PCM的原理如图3-1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

31、为有限个幅度取值的信号，再经编码后转换成二进制码。对于电话，CCITT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。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。它们的编码规律如图3-3所示。图中给出了信号抽样编码字与输入电压的关系，其中编码方式（1）为符号/幅度数据格式，Bit7表示符号位，Bit60

32、表示幅度大小；（2）为A律压缩数据 格式，它是（1）的ADI（偶位反相）码；（3）为m律压缩数据格式，它是由（1）的Bit60反相而得到，通常为避免00000000码出现，将其变成零抑制码00000010。对压缩器而言，其输入输出归一化特性表示式为:A律: 律: 图3-1 PCM的原理框图图3-2 A律与m律的压缩特性图3-3 PCM编码方式 (二) PCM编译码电路 PCM编译码电路TP3067芯片介绍，详见所附光盘TP3067芯片文件。1.编译码器的简单介绍 模拟信号经过编译码器时，在编码电路中，它要经过取样、量化、编码，如图3-4(a)所示。到底在什么时候被取样，在什么时候输出PCM码则

33、由A/D控制来决定，同样PCM码被接收到译码电路后经过译码、低通滤波、放大，最后输出模拟信号，把这两部分集成在一个芯片上就是一个单路编译码器，它只能为一个用户服务，即在同一时刻只能为一个用户进行A/D及D/A变换。 编码器把模拟信号变换成数字信号的规律一般有二种，一种是律十五折线变换法，它一般用在PCM24路系统中，另一种是A律十三折线非线性交换法，它一般应用于PCM 30/32路系统中，这是一种比较常用的变换法.模拟信号经取样后就进行A律十三折线变换，最后变成8位PCM码，在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去，这个时序号是由A/D控制电路来决定的，而在其它时隙时编码器

34、是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧里只有一个由它自己的A/D控制电路决定的时隙里输出8位PCM码，同样在一个PCM 帧里，它的译码电路也只能在一个由它自己的D/A控制电路决定的时序里，从外部接收8位PCM 码。其实单路编译码器的发送时序和接收时序还是可由外部电路来控制的，编译码器的发送时序由A/D控制电路来控制。我们定义为FSx(发送时隙)和FSr(接收时隙)，要求FSx和FSr是周期性的，并且它的周期和PCM的周期要相同，都为125S，这样，每来一个FSx，其编码器（Codec）就输出一个PCM码，每来一个FSr，其编码器Codec就从外部输入一个PCM码。 图3-4（

35、a） AD 电路 图3-4（b） DA 电路图3-4 A/D及D/A 电路框图图3-4(b)是PCM的译码电路方框图，工作过程同图3-4(a)相反，因此就不再讨论了。2.在本实验中选择A律变换，以2.048Mbit/s的速率来传送信息，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。还有一点，编译码器一般都有一个PDN降功耗控制端，PDN=0时，编译码能正常工作，PDN=1时，编译码器处于低功耗状态，这时编译码器其它功能都不起作用，我们在设计时，可以实现对编译码器的降功耗控制。图3-5是短帧同步定时波形图。2.048M主时钟输入2.048M 编码时钟输入TP502 TP50

36、3 TP5042.048M译码时钟输入TP508 同TP503 TP511图3-5 短帧同步定时四、 实验内容 1用同步正弦波信号观察A律PCM八比特编码的实验； 2脉冲编码调制（PCM）及系统实验；3PCM八比特编码时分复用输出波形观察测量实验； 4PCM编码时分多路复用时序分析实验。五、 实验步骤及注意事项本PCM编译码系统分为PCM（一）、PCM（二）两个分系统（见图3-9、图3-10电原理图）。芯片U501及外围电路构成PCM（一），芯片U502及外围电路构成PCM（二）。每个TP3067芯片U501含有一路PCM编码器和一路PCM译码器。本PCM编译码系统信号流程框图(如图3-6)，

37、 PCM（一）上、PCM（二）下 电原理图（如图3-9 ）。编码部分：将PCM（一）编码数据在X时隙（TP503）输出，PCM（二）编码数据在Y时隙（TP509）输出，两路信号可“线与”时分复用输出（PCM编码输出为三态门输出，其向同一条总线上轮流传输信号而互不干扰，条件为同一时间只能有一个三态门处于工作状态，其余的门处于高阻状态，即在不同的时间段占用总线）。译码部分：PCM（一）译码部分在Y时隙（TP509）接收数据，PCM（二）译码部分在X时隙（TP503）接收数据。其信号流程框图如图3-6。线与TP506TP512TP504TP510TP501TP507时隙X 编码输出时隙X 接收数据

38、时隙Y 接收数据 =时隙Y 编码输出PCM（二）编码PCM（二）译码PCM（一）编码PCM（一）译码模拟信号输入2模拟信号输入1模拟信号输出2模拟信号输出1 图3-6 PCM编译码系统信号流程框图（一）我们以PCM（一）数据编码输出，最终由PCM（二）译码输出为例：1. 打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮。2. 薄膜键盘选择PCM编译码，有三个选项。01 T24，R8，C2M02 T30，R16，C2M03 T0，R1，C128KHz选择一项按确认键。其中：T表示PCM（一）编码时隙，PCM（二）译码时隙。24即第24个时隙脉冲R表示PCM（二）编码时隙，PCM（一）译码时隙。16即第16个

39、时隙脉冲C表示PCM（一）与PCM（二）的线路编译码时钟，如：2M即2048KHz，一帧中可容纳32路数据时分复用；那若线路编译码时钟为128KHz，一帧中可容纳几路数据时分复用，通过实验观察验证你的结果。3. 用连接线将同步正弦波信号由TP002引出，接入PCM（一）的模拟信号输入铜铆孔TP501。4. K501的1-2脚相连，即将PCM（一）编码器的编码信号（或者与PCM（二）时分复用的数据）送到“时分复用总线”上； K502的1-2脚相连，即PCM（一）和PCM（二）的译码器接收“时分复用总线”上的对应时隙上的数据。5. 测量TP501TP504、TP511TP512各点波形，波形如图3

40、-8。示波器两通道同时测量TP503、TP504两点波形，此时能观察到稳定的8比特PCM数字输出信号。 6. 测量TP506、TP512两路译码器还原输出铜铆孔，看哪个译码器能还原输出正确的同步正弦波信号，参照上面的实验原理介绍分析实验结果。7. 用连接线将译码输出信号由TP512（或TP506）引出，接入到功放模块TP006“喇叭输入”接口。8. 改变输入的模拟信号，选择不同的编译码时隙和线路时钟，测量各点波形。(二) 时分复用，解复用实验1. 打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮。2. 薄膜键盘选择PCM编译码，有三个选项。01 T24，R8，C2M02 T30，R16，C2M03 T0，

41、R1，C128KHz选择一项按确认键。3. 用连接线将不同的两种模拟信号分别接入TP501和TP507 “模拟输入”铜铆孔。4. K501的1-2脚相连，即将PCM（一）编码器的编码信号（或者与PCM（二）时分复用的数据）送到“时分复用总线”上； K502的1-2脚相连，即PCM（一）和PCM（二）的译码器接收“时分复用总线”上的对应时隙上的数据。5. 用连接线连接TP504和TP510两铜铆孔，即将PCM（二）编码输出信号复用到“时分复用总线”上。时分多路复用波形分析示意图(如图3-7)6. 测量TP501TP512各点波形，分析各波形间的关系。7. 用连接线将译码器输出信号由TP506和T

42、P512引出，分别接入到功放模块TP006“输入” 铜铆孔接口或“电话模拟收”铜铆孔接口。此时两路模拟信号分别经过PCM编码，时分复用，解复后用各自译码输出。8. 改变输入的模拟信号，选择不同的编译码时隙和时钟，测量各点波形。注：上述步骤中，薄膜键盘选择03项，可在普通示波器上观测到稳定的PCM编码波形。 跳线开关放置： K501：12：PCM（一）编码器的编码信号）送到“时分复用总线”上；23：PCM（一）编码数据（或者与PCM（二）时分复用的数据）输出，发往AMI/HDB3码编译码系统编码输入端。K502：12：PCM（一）和PCM（二）译码器接收“时分复用总线”的数据；23：PCM（一）

43、和PCM（二）译码器接收AMI/HDB3码编译码系统译码数据。六、测量点说明 TP501：同TP507。该点为输入的音频信号，用连接线连接模拟信号源与TP501，若幅度过大，则被限幅电路限幅成方波，因此信号波形幅度尽量小一些。方法是：改变相应信号源的幅度大小。 TP502：同TP508。PCM（一）、PCM（二）编译时钟信号，由薄膜键盘选择决定。TP503：同TP509。频率为8KHz的帧同步信号（矩形窄脉冲），但两个测量点时序不一样。时序关系由薄膜键盘选择决定。 TP504：同TP510。PCM编码输出的数字信号。此时为PCM（一）一路编码输出信号；若将铜铆孔TP504和TP510用连接线连

44、接，即将PCM（二）编码输出信号与PCM（一）编码输出信号复用到“时分复用总线”上，示意图可见图3-7。其中，一路数字编码输出波形为8比特编码(一般为7个半码元波形,最后半个码元波形被集成电路内部移位寄存器在装载下一路数据前复位时丢失掉)，数据的速率由编译时钟决定，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。 TP511：同TP505。PCM译码系统接收输入的数字信号，波形同TP504、TP510。TP512：同TP506。分别为PCM（一）、PCM（二）译码输出的模拟信号，波形应分别与TP501、TP507同。七、 实验报告要求1. 画出实验电路的实验方框图，并叙述其

45、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、时序关系。3. 观察同步正弦波的编码波形，读出编码数据（至少12个字节数据，注意观测方法）。4. 写出本次实验的心得体会，以及对本次实验有何改进意见。图3-7 时分多路复用波形分析示意图TP501TP502TP503TP504TP511TP512原始模拟信号线路编码时钟同步窄脉冲时隙编码输出一路信号译码器输入数据译码还原输出图3-8是 PCM(一)编码输出,PCM（二）译码输出波形示意图图3-9 PCM（一）上、PCM（二）下 电原理图实验二 眼图观察测量实验 一、实验目的学会观察眼图及其分析方法，调整传输滤波器特性。二、实验仪器1

46、.RZ8621D实验箱1台2.20M双踪示波器1台三、实验原理 在整个通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善（通过调整）传输系统性能。 我们知道，在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度上存在码间串扰。在码间串扰和噪声同时存在情况下，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。为了便于评价实际系统的性能，常用观察眼图进行分析。 眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用的测试手段。 什么是眼图? 所谓“眼图”，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元同步时钟作为同步信号在示波器屏幕上显示的波形。干

47、扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形，它很像人的眼睛的过程眼图。 在图4-1中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个有失真(码间串扰)。图4-1中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻，所有可能的取样值仅有两个：+1或-1。当波形有失真时，在取样时刻信号取值分布在小于+1或大于-1附近，“眼睛”部分闭合。这样，保证正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之，在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。为

48、便于说明眼图和系统性能的关系，我们将它简化成图4-2的形状。由此图可以看出：(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻；(2)眼睛闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感；(3)在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；(4)在取样时刻上，上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；(5)阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。实验室理想状态下的眼图如图4-3所示。 图4-1 无失真及有失真时的波形及眼图 (a) 无码间串扰时波形；无码间串

49、扰眼图 (b) 有码间串扰时波形；有码间串扰眼图 图4-2 眼图的重要性质 衡量眼图质量的几个重要参数有： 1.眼图开启度(U-2U)/U指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应为100%。 其中U=U+U- 2.“眼皮”厚度2U/U 指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比，无畸变眼图的“眼皮”厚度应等于0。 3.交叉点发散度T/T 指眼图过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的交叉点发散度应为0。 4.正负极性不对称度 指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变眼图的极性不对称度应为0。最后，还需要指出的是：由于噪声瞬时电平的影响无法在眼图中得到完整的反映，

50、因此，即使在示波器上显示的眼图是张开的，也不能完全保证判决全部正确。不过，原则上总是眼睛张开得越大，误判越小。在图4-3中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片。 (a) 二进制系统 (b) 随机数据输入后的二进制系统图4-3 实验室理想状态下的眼图四、 实验内容1.理想眼图观察；2.有噪声眼图观察；3.接收滤波器的特性调整。五、实验步骤1 打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮。2 用无干扰眼图波形对接收滤波器（这里可视为整个信道传输滤波器）的特性加以调整，使之构成一个等效的理想低通滤波器。开关K703的1-2脚相连，将CPLD的可编程信号发生器产生的32Kbit/s数字基带信号直接送

51、入接收滤波器，按照下面的眼图观察方法连接调节好双踪示波器，此时，调整W702将升余弦波波形的幅度峰峰值约5V左右，调整W703直到TP708点波形出现过零点波形重合、线条细且清晰的眼图波形（即无码间串扰、无噪声时的眼图）。在调整W703过程中，可发现眼图过零点波形重合时W703的位置不是唯一的，它正好验证了无码间串扰的传输特性不唯一。眼图观测方法：用示波器的一根探头（触发TRTIGGER档）放在TP901上（可视为其同步时钟，码元周期T），另一根探头放在TP708上（数字基带信号的升余弦波），调整示波器的扫描周期（=nT），使TP708的升余弦波波形的余辉反复重叠（即与码元的周期同步），则可观

52、察到n只并排的眼图波形。眼图上面的一根水平线由连1引起的持续正电平产生，下面的一根水平线由连0码引起的持续的负电平产生，中间部分过零点波形由1、0交替码产生。（示波器 Display 持续时间5s）3 开关K703的2-3脚相连，将PSK解调模块解调还原的数字基带信号送入眼图电路。4 调整好PSK调制解调电路，在PSK模拟传输信道中不加入噪声的情况下（即K302的2-3脚连），观察TP708测量点的眼图波形（可适当调整W703）；5 调整好PSK调制解调电路，在PSK模拟传输信道中加入噪声（即K302的1-2脚连），慢慢调整噪声信号的幅值（噪声模块中电位器W101），观察TP708测量点，即受

53、噪声干扰的眼图波形，可以看到眼图线条明显变粗，眼睛张开度变小（注意噪声幅度不要太大，否则PSK将无法解调出基带信号，J301也最好选择“CPLD”）；无噪声有码间串扰时，TP708点的升余弦波波形将发生畸变，这时眼图的过零点波形弥散，不像无码间串扰时波形清晰。这几条线越靠近，表明码间串扰越小，反之波形越弥散，表示码间串扰越大。有噪声无码间串扰时，TP708点的升余弦波波形的线，将变成模糊的带状线。噪声越大，线条越宽，越模糊。五、测量点说明1TP705:为数字信号源产生、PSK解调输出、FSK解调输出的数字基带信号。2TP708:为升余弦波波形，眼图观察测量点。 3. 其余测试点待用。眼图波形如图4-4所示。TP901：TP708 图44 观测到的无干扰眼图波形升余弦波波形如图4-5所示。TP705TP708 图4-5 观测到的升余弦波形六、实验报告要求1.分析电路的工作原理，叙述其工作过程。2.叙述眼图的产生原理以及它的作用。3.绘出实验观察到的几种情况下的升余弦波形及眼图形状。实验三 AMI / HDB3码编译码过程