△M通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)--究極版.doc

武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說明書目 錄摘要. i1 概述21.1 設(shè)計(jì)目的21.2 原理說明21.3 完成設(shè)計(jì)的方法和步驟21.3.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容21.3.2 方案論證31.3.3 設(shè)計(jì)步驟42 總體設(shè)計(jì)62.1 單元電路設(shè)計(jì)62.1.1抽樣脈沖發(fā)生器與抽樣判決電路設(shè)計(jì)62.1.2 加法器電路設(shè)計(jì)62.1.3 譯碼器電路設(shè)計(jì)72.1.4 低通濾波器電路設(shè)計(jì)82.1.5總電路圖83 軟件仿真104 硬件電路裝配與調(diào)試145 心得體會(huì)15參考文獻(xiàn)161 概述1.1 設(shè)計(jì)目的1）加深理解增量調(diào)制的基本原理。2）加深理解連續(xù)可變斜率增量調(diào)制系統(tǒng)的電路組成與基本工作原理。3）了解不同速率的編碼時(shí)的輸出波形。 4）了解系統(tǒng)的過載持性、動(dòng)態(tài)范圍以及最大量化信噪比等三大指標(biāo)的測(cè)試方法。1.2 原理說明 增量調(diào)制是由pcm發(fā)展而來的模擬信號(hào)數(shù)字化的另一種編碼方式，增量調(diào)制編碼基本原理是只用一位編碼，這一位碼不是表示信號(hào)抽樣值的大小，而是表示抽樣幅度的增量特性，即采用一位二進(jìn)制數(shù)碼“1”或“0”來表示信號(hào)在抽樣時(shí)刻的值相對(duì)于前一個(gè)抽樣時(shí)刻的值是增大還是減小，增大則輸出“1”碼，減小則輸出“0”碼。輸出的“1”、“0”只是表示信號(hào)相對(duì)于前一個(gè)時(shí)刻的增減，不表示信號(hào)的絕對(duì)值。增量調(diào)制又可以分為基本增量調(diào)制、連續(xù)可變斜率增量調(diào)制、總和增量調(diào)制。其原理見下圖1-1：抽樣、編碼斜率檢測(cè)+話音輸入音節(jié)平滑積分器斜率檢測(cè)音節(jié)平滑低通濾波積分器話音輸出圖1-1 增量調(diào)制系統(tǒng)框1.3 完成設(shè)計(jì)的方法和步驟1.3.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1）m碼速率128kb，有線通信，語音信號(hào)無明顯失真；2） 對(duì)系統(tǒng)各個(gè)組成部分與模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括m編譯碼電路，同步脈沖序列，低通濾波器等；3） 對(duì)m斜線、臨界過載等進(jìn)行誤差分析，設(shè)計(jì)相應(yīng)電路以檢測(cè)上述現(xiàn)象；4） 進(jìn)行系統(tǒng)仿真，調(diào)試并完成符合要求的課程設(shè)計(jì)書。1.3.2 方案論證 增量調(diào)制系統(tǒng)分編碼器電路和譯碼器電路。增量（m）調(diào)制是將模擬信號(hào)變換成僅由一位二進(jìn)制碼組成的數(shù)字信號(hào)序列，并且在接收端也只需用一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)即可復(fù)制出原模擬信號(hào)。增量調(diào)制的編碼器和解碼器的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：圖1-2 m調(diào)制編碼器框圖 圖1-3 m調(diào)制解碼器框圖編碼的基本思想是：假設(shè)一個(gè)模擬信號(hào)x(t) (為作圖方便起見，令x(t) 0)，可以用一時(shí)間間隔為t，幅度差為的階梯波形x(t)去逼近它，如圖下圖所示。只要t足夠小，即抽樣頻率fs=1/t足夠高，且足夠小，則x(t)可以相當(dāng)近似于x(t)。在這里把稱作量化階，t=ts稱為抽樣間隔。x(t)逼近x(t)的物理過程是這樣的：在ti時(shí)刻用x(ti)與x(ti)比較，倘若x(ti)x(ti)，就讓x(ti)上升一個(gè)量階段，同時(shí)m調(diào)制器輸出二進(jìn)制“1”；反之就讓x(ti)下降一個(gè)量階段，同時(shí)m調(diào)制器輸出二進(jìn)制“0”。根據(jù)這樣的編碼思路，結(jié)合圖示的波形，就可以得到一個(gè)二進(jìn)制代碼序列010101111110。除了用階梯波x(t)去近似x(t)以外，也可以用鋸齒波x0(t)去近似x(t)。而鋸齒波x0(t)也只有斜率為正(/t)和斜率為負(fù)(-/t)兩種情況，因此也可以用“1”碼表示正斜率和“0”碼表示負(fù)斜率，以獲得一個(gè)二進(jìn)制代碼序列。 圖1-4 增量調(diào)制編碼波形示意圖 譯碼的基本思想是：一種是收到“1”碼上升一個(gè)量化階(跳變)，收到“0”碼下降一個(gè)量化階(跳變)，這樣就可以把二進(jìn)制代碼經(jīng)過譯碼變成x(t)這樣的階梯波。另一種是收到“1”碼后產(chǎn)生一個(gè)正斜變電壓，在t時(shí)間內(nèi)上升一個(gè)量化階，收到一個(gè)“0”碼產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的斜變電壓，在t時(shí)間內(nèi)均勻下降一個(gè)量化階。這樣，二進(jìn)制碼經(jīng)過譯碼后變?yōu)槿鐇0(t)這樣的鋸齒波?？紤]電路上實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)易程度，一般都采用后一種方法。這種方法可用一個(gè)簡(jiǎn)單rc積分電路把二進(jìn)制碼變?yōu)閤0(t)波形，如圖1-5所示。圖中假設(shè)二進(jìn)制雙極性代碼為1010111時(shí)x0(t)與p(t)的波形。 圖1-5 增量調(diào)制解碼示意圖1.3.3 設(shè)計(jì)步驟 1、查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)增量調(diào)制的基本原理，理解增量調(diào)制的編碼和解碼思想； 2、完成編碼器和解碼器的電路的設(shè)計(jì)，包括總體設(shè)計(jì)、選用芯片，外圍電路的構(gòu)建以及各電路參數(shù)的確定； 3、對(duì)設(shè)計(jì)出的電路在相關(guān)軟件中進(jìn)行仿真，查看波形，仿真通過后再準(zhǔn)備進(jìn)行實(shí)物焊接； 4、根據(jù)規(guī)劃的電路圖焊接實(shí)物，焊接完成后用相關(guān)儀器進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行調(diào)試，直至達(dá)到所需要求。2 總體設(shè)計(jì)2.1 單元電路設(shè)計(jì)2.1.1抽樣脈沖發(fā)生器與抽樣判決電路設(shè)計(jì)圖2.1 抽樣脈沖發(fā)生器與抽樣判決電路圖上述電路的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的分頻，產(chǎn)生抽樣脈沖，由于輸入信號(hào)是256khz的信號(hào)，按題目要求需對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行二分頻從而得到128khz的信號(hào)。其中d觸發(fā)器即是二分頻器，由非門和與門構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，從而輸出128khz的窄脈沖作為抽樣脈沖。抽樣判決器電路由外部的d觸發(fā)器構(gòu)成，在cp的前沿到來時(shí)刻，若e(t)0，則p(t)為“1”碼，若e(t) 0時(shí)，q4的輸出為+3v，當(dāng)e(t) 0時(shí)，q4的輸出為+3v。整個(gè)比較器的放大量要根據(jù)本地譯碼器輸出的量化臺(tái)階的大小決定，放大倍數(shù)k應(yīng)滿足： 2.1.3 譯碼器電路設(shè)計(jì)圖2.3 譯碼器電路圖譯碼器分為本地譯碼器和解碼譯碼器，本地譯碼器和解碼譯碼器的電路結(jié)構(gòu)基本相同。本地譯碼器由極性變換電路、積分器和射隨器組成。極性變換電路有q5,q6和q7組成，功能是將抽樣判決電路輸出的單極性序列p(t)變換成雙極性碼。當(dāng)p(t)由低電平0.3v（0碼）跳變?yōu)楦唠娖?.6v(1碼)時(shí)，通過電容的耦合作用，使得q5截止，q6飽和導(dǎo)通，a點(diǎn)的電位近似為-12v,當(dāng)p(t)由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，q6截止，q5飽和導(dǎo)通，a點(diǎn)的電位近似為+12v。因此，a點(diǎn)的輸出電壓幅度近似為12v的雙極性碼。經(jīng)q7射隨隔離后輸出。 積分電路由r和c組成，電容c上的電壓，就是本地譯碼器輸出的比較信號(hào)，輸出的信號(hào)經(jīng)q8射隨后送到比較器。2.1.4 低通濾波器電路設(shè)計(jì)圖2.4 低通濾波器電路圖低通濾波器接在積分器之后，積分器即是解碼譯碼器，其輸出的波形基本上接近原來模擬信號(hào)，但還包含有不必要的高次諧波分量，故需經(jīng)低通濾波器進(jìn)行平滑，從而得到十分接近原始模擬信號(hào)的輸出信號(hào)。2.1.5總電路圖總體設(shè)計(jì)電路框圖如下圖：圖2.5 電路框圖圖2.6 總電路圖3 軟件仿真在ewb512環(huán)境中畫出上述總的電路原理圖，在仿真軟件的環(huán)境中用雙蹤示波器觀測(cè)各個(gè)模塊的輸出波形。（1） 用雙蹤示波器觀測(cè)輸出主時(shí)鐘信號(hào)256khz和抽樣脈沖信號(hào)的波形，如下圖所示： 圖3.1 主時(shí)鐘信號(hào)與抽樣脈沖信號(hào)波形 上圖中，幅值較小的且頻率較大的是主時(shí)鐘信號(hào)，幅值較大的且頻率較小的是抽樣脈沖信號(hào)，可見主時(shí)鐘信號(hào)的頻率是抽樣脈沖的頻率的兩倍，即抽樣脈沖信號(hào)是經(jīng)過了d觸發(fā)器的二分頻作用。從圖中可以看出兩信號(hào)的上升沿的一樣的。（2） 模擬信號(hào)與比較信號(hào)的觀測(cè)：在m編碼器是輸入端送入一頻率為3000hz,幅值為2v的正弦波信號(hào)，用雙蹤示波器觀測(cè)模擬信號(hào)的波形和比較信號(hào)的波形，如下圖所示：圖3.2 輸入模擬信號(hào)和比較信號(hào)波形 上圖中規(guī)則的正弦波是輸入的模擬信號(hào)，而另一與模擬信號(hào)反相且波形近似為正弦波的信號(hào)的射隨輸出的比較信號(hào)。（3）模擬信號(hào)與m編碼輸出信號(hào)的觀測(cè)： 圖3.3 模擬信號(hào)與m編碼輸出波形 根據(jù)編碼的基本思想用一時(shí)間間隔為t，幅度差為的階梯波形x(t)去逼近模擬信號(hào)x(t)在ti時(shí)刻用x(ti)與x(ti)比較，倘若x(ti)x(ti)，就讓x(ti)上升一個(gè)量階段，同時(shí) m調(diào)制器輸出二進(jìn)制“1”；反之就讓x(ti)下降一個(gè)量階段，同時(shí)m調(diào)制器輸出二進(jìn)制“0”。上圖中正弦波為原輸入模擬信號(hào)，另一信號(hào)則為編碼輸出波形。（4）m譯碼器輸出信號(hào)觀測(cè)： 圖3.4 模擬信號(hào)與積分器輸出波形 在模擬信號(hào)輸入端送入一頻率為3000hz,幅值為2v的正弦波信號(hào)，用雙蹤示波器觀測(cè)原輸入模擬信號(hào)和積分器輸出模擬信號(hào)的波形，并做比較可知，積分器近似地還原出了原模擬信號(hào)，且是反相的。（5）原輸入模擬信號(hào)與解碼器輸出模擬信號(hào)觀測(cè)： 圖3.5 模擬信號(hào)與解碼器輸出波形 從積分器輸出的模擬信號(hào)只是部分地還原出原始模擬信號(hào)，讓積分器輸出的信號(hào)再經(jīng)過一個(gè)低通濾波器，該低通濾波器內(nèi)還含有反相放大器，從而濾除了高次諧波分量，使得輸出的信號(hào)更加逼近原始模擬信號(hào)，而且兩信號(hào)是同相的。4 硬件電路裝配與調(diào)試 按上述設(shè)計(jì)的電路圖焊接電路板，按各個(gè)模塊進(jìn)行焊接：（1）工具介紹本部分用到了以下工具：20w電烙鐵一把，最好是可調(diào)溫的，萬用電表一個(gè)，尖嘴鉗一把，螺絲刀一把，焊錫絲和松香水若干。（2）裝配焊接焊接的目的是要使元件和印刷板之間達(dá)到可靠的電連接和對(duì)元件牢固的固定。焊接的好壞將直接影響到電子產(chǎn)品的質(zhì)量。在焊接過程中要注意不同類型的元器件要按適當(dāng)?shù)姆椒ê附?，像?dǎo)線要進(jìn)行剝皮和燙錫處理，要去除表面的絕緣層并將金屬表面涂上焊錫。對(duì)于電鍍件，要對(duì)元件表面做磨毛處理然后再焊接。焊接結(jié)束后對(duì)照電路圖檢查有無焊錯(cuò)的地方，有無虛焊，假焊的現(xiàn)象。（3）調(diào)試 在焊接工作完成后，即可用示波器觀測(cè)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的波形，并與理論分析進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性和硬件電路是否焊接正確。5 心得體會(huì)通過這一個(gè)星期通信原理的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)通信原理這門課程有了更進(jìn)一步的了解。這次m調(diào)制通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過使用了34115芯片，自己積極地查閱相關(guān)資料，請(qǐng)教老師，與同組的同學(xué)一起討論，最終完成設(shè)計(jì)。由于這學(xué)期通信原理這門課有些方面學(xué)得不好，所以在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問題。剛開始在做這個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)，網(wǎng)上的資料很少，而且在學(xué)習(xí)這門課時(shí)沒認(rèn)真學(xué)習(xí)關(guān)于增量調(diào)制的相關(guān)原理，開始的時(shí)候有點(diǎn)手足無措。然后通過查閱了網(wǎng)上很多的資料和老師的指導(dǎo)，了解了增量調(diào)制的編碼和解碼的原理，對(duì)整個(gè)課程設(shè)計(jì)也有了總體的輪廓，通過學(xué)過的知識(shí)以及做過的實(shí)驗(yàn)，最后有了整體的思路。通過本次課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多新的東西，極大地拓寬了我的知識(shí)面,鍛煉了能力，綜合素質(zhì)也得到較大提高，我感到收獲不小。但在設(shè)計(jì)中也發(fā)現(xiàn)了大量問題，有些在設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)解決，有些還需要在今后慢慢學(xué)習(xí)，只要學(xué)習(xí)就會(huì)有更多的問題，有更多的難點(diǎn)，但也會(huì)有更多的收獲。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，由于此次課設(shè)我們用到了單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)，雖然我們還未學(xué)過相關(guān)課程。但我們通過此次課設(shè)積極主動(dòng)去查閱相關(guān)資料并向其他同學(xué)和學(xué)長(zhǎng)請(qǐng)教，學(xué)到了不少東西，在這個(gè)過程中與其他同學(xué)積極探討，培養(yǎng)了我的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。參考文獻(xiàn)1 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