通信原理實驗指導書@0821

1、武漢凌特電子技術有限公司 lte-tx-02e通訊原理實驗指導書目 錄第一章 信號源實驗1實驗一 cpld可編程數(shù)字信號發(fā)生器實驗1實驗二 模擬信號源實驗6第二章 語音編碼技術12實驗三 抽樣定理和pam調(diào)制解調(diào)實驗12實驗四 增量調(diào)制編譯碼系統(tǒng)實驗20實驗五 脈沖編碼調(diào)制解調(diào)實驗36實驗六 adpcm編譯碼實驗50第三章 鎖相環(huán)實驗61實驗七 模擬鎖相環(huán)實驗（選做）61實驗八 數(shù)字頻率合成實驗（選做）73第四章 數(shù)字調(diào)制與差錯控制技術77實驗九 振幅鍵控（ask）調(diào)制與解調(diào)實驗77實驗十 移頻鍵控fsk調(diào)制與解調(diào)實驗83實驗十一 移相鍵控（psk/dpsk）調(diào)制與解調(diào)實驗89實驗十二 qps

2、k/oqpsk調(diào)制與解調(diào)實驗（選做）97實驗十三 矢量調(diào)制星座圖實驗（選做）105實驗十四 漢明碼編譯碼實驗（選做）109第五章 數(shù)字基帶傳輸技術114實驗十五 碼型變換實驗114實驗十六 眼圖實驗121第六章 同步技術124實驗十七 載波同步提取實驗124實驗十八 位同步提取實驗130實驗十九 幀同步提取實驗139第七章 時分復用技術148實驗二十 兩路pcm時分復用實驗148實驗二十一 兩路pcm解復用實驗154實驗二十二 計算機數(shù)據(jù)通信實驗157第八章 信道模擬174實驗二十三 眼圖觀測實驗（選做）174實驗二十四 數(shù)字信號的最佳接收實驗（選做）177實驗二十五 信道模擬實驗（選做）18

3、1第九章 系統(tǒng)實驗184實驗二十六 載波傳輸系統(tǒng)實驗184實驗二十七 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)實驗186實驗二十八 兩路話音兩路計算機數(shù)據(jù)綜合傳輸系統(tǒng)實驗188第十章 二次開發(fā)實驗191實驗二十九 分頻器實驗191實驗三十 pn序列產(chǎn)生實驗194實驗三十一 ami編碼實驗197實驗三十二 ami譯碼實驗200實驗三十三 hdb3編碼實驗202實驗三十四 hdb3譯碼實驗205實驗三十五 cmi編碼實驗207實驗三十六 cmi譯碼實驗209第十一章 模擬調(diào)制實驗（選做）211實驗三十七 調(diào)幅及同步檢波實驗211實驗三十八 調(diào)頻及正交鑒頻實驗219武漢凌特電子技術有限公司 lte-tx-02e型通信原理實

4、驗指導書第一章 信號源實驗實驗一 cpld可編程數(shù)字信號發(fā)生器實驗一、 實驗目的1、 熟悉各種時鐘信號的特點及波形。2、 熟悉各種數(shù)字信號的特點及波形。二、 實驗內(nèi)容1、 熟悉cpld可編程信號發(fā)生器各測量點波形。2、 測量并分析各測量點波形及數(shù)據(jù)。3、 學習cpld可編程器件的編程操作。三、 實驗器材1、 信號源模塊 一塊2、 連接線 若干3、 20m雙蹤示波器 一臺四、 實驗原理cpld可編程模塊用來產(chǎn)生實驗系統(tǒng)所需要的各種時鐘信號和各種數(shù)字信號。它由cpld可編程器件altera公司的epm240t100c5、下載接口電路和一塊晶振組成。晶振jz1用來產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)的32.768mhz主時鐘

5、。1、 cpld數(shù)字信號發(fā)生器包含以下五部分：1) 時鐘信號產(chǎn)生電路將晶振產(chǎn)生的32.768mhz時鐘送入cpld內(nèi)計數(shù)器進行分頻，生成實驗所需的時鐘信號。通過撥碼開關s4和s5來改變時鐘頻率。有兩組時鐘輸出，輸出點為“clk1”和“clk2”，s4控制“clk1”輸出時鐘的頻率，s5控制“clk2”輸出時鐘的頻率。2) 偽隨機序列產(chǎn)生電路通常產(chǎn)生偽隨機序列的電路為一反饋移存器。它又可分為線性反饋移存器和非線性反饋移存器兩類。由線性反饋移存器產(chǎn)生出的周期最長的二進制數(shù)字序列稱為最大長度線性反饋移存器序列，通常簡稱為m序列。以15位m序列為例，說明m序列產(chǎn)生原理。在圖1-1中示出一個4級反饋移存

6、器。若其初始狀態(tài)為（）（1,1,1,1），則在移位一次時和模2相加產(chǎn)生新的輸入，新的狀態(tài)變?yōu)椋ǎ?,1,1,1），這樣移位15次后又回到初始狀態(tài)（1,1,1,1）。不難看出，若初始狀態(tài)為全“0”,即“0,0,0,0”，則移位后得到的仍然為全“0”狀態(tài)。這就意味著在這種反饋寄存器中應避免出現(xiàn)全“0”狀態(tài)，不然移位寄存器的狀態(tài)將不會改變。因為4級移存器共有24=16種可能的不同狀態(tài)。除全“0”狀態(tài)外，剩下15種狀態(tài)可用，即由任何4級反饋移存器產(chǎn)生的序列的周期最長為15。圖1-1 15位m序列產(chǎn)生信號源產(chǎn)生一個15位的m序列，由“pn”端口輸出，可根據(jù)需要生成不同頻率的偽隨機碼，碼型為111100

7、010011010，頻率由s4控制，對應關系如表1-2所示。3) 幀同步信號產(chǎn)生電路信號源產(chǎn)生8k幀同步信號，用作脈沖編碼調(diào)制的幀同步輸入，由“fs”輸出。4) nrz碼復用電路以及碼選信號產(chǎn)生電路碼選信號產(chǎn)生電路：主要用于8選1電路的碼選信號；nrz碼復用電路：將三路八位串行信號送入cpld，進行固定速率時分復用，復用輸出一路24位nrz碼，輸出端口為“nrz”，碼速率由撥碼開關s5控制，對應關系見表1-2。5) 終端接收解復用電路將nrz碼（從“nrzin”輸入）、位同步時鐘（從“bs”輸入）和幀同步信號（從“fsin”輸入）送入cpld，進行解復用，將串行碼轉(zhuǎn)換為并行碼，輸出到終端光條（

8、u6和u4）顯示。2、 24位nrz碼產(chǎn)生電路本單元產(chǎn)生nrz信號，信號速率根據(jù)輸入時鐘不同自行選擇，幀結構如圖1-2所示。幀長為24位，其中首位無定義（本實驗系統(tǒng)將首位固定為0），第2位到第8位是幀同步碼（7位巴克碼1110010），另外16位為2路數(shù)據(jù)信號，每路8位。此nrz信號為集中插入幀同步碼時分復用信號。光條（u1、u2和u3）對應位亮狀態(tài)表示信號1，滅狀態(tài)表示信號0。圖1-2 幀結構1) 并行碼產(chǎn)生器由手動撥碼開關s1、s2、s3控制產(chǎn)生幀同步碼和16路數(shù)據(jù)位，每組發(fā)光二極管的前八位對應8個數(shù)據(jù)位。撥碼開關撥上為1，撥下為0。2）八選一電路采用8路數(shù)據(jù)選擇器74ls151，其管腳定

9、義如圖1-3所示。真值表如表1-1所示。表1-1 74ls151真值表cbastrylllld0llhld1lhlld2lhhld3hllld4hlhld5hhlld6hhhld7hl圖1-3 74ls151管腳定義74ls151為互補輸出的8選1數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)選擇端（地址端）為c、b、a，按二進制譯碼，從8個輸入數(shù)據(jù)d0d7中選擇一個需要的數(shù)據(jù)。str為選通端，低電平有效。本信號源采用三組8選1電路，u12，u13，u15的地址信號輸入端a、b、c分別接cpld輸出的74151_a、74151_b、74151_c信號，它們的8個數(shù)據(jù)信號輸入端d0d7分別與s1,s2,s3輸出的8個并行信號

10、相連。由表1-1可以分析出u12，u13，u15輸出信號都是以8位為周期的串行信號。五、 測試點說明clk1：第一組時鐘信號輸出端口，通過撥碼開關s4選擇頻率。clk2：第二組時鐘信號輸出端口，通過撥碼開關s5選擇頻率。fs：脈沖編碼調(diào)制的幀同步信號輸出端口。（窄脈沖，頻率為8k）nrz：24位nrz信號輸出端口，碼型由撥碼開關s1，s2，s3控制，碼速率和第二組時鐘速率相同，由s5控制。pn：偽隨機序列輸出，碼型為111100010011010，碼速率和第一組時鐘速率相同，由s4控制。nrzin：解碼后nrz碼輸入。bs：nrz碼解復用時的位同步信號輸入。fsin：nrz碼解復用時的幀同步信

11、號輸入。六、 實驗步驟1、 打開信號源模塊的電源開關power1，使信號源模塊工作。2、 觀測時鐘信號輸出波形。信號源輸出兩組時鐘信號，對應輸出點為“clk1”和“clk2”，撥碼開關s4的作用是改變第一組時鐘“clk1”的輸出頻率，撥碼開關s5的作用是改變第二組時鐘“clk2”的輸出頻率。撥碼開關撥上為1，撥下為0，撥碼開關和時鐘的對應關系如下表所示表1-2撥碼開關時鐘撥碼開關時鐘000032.768m1000128k000116.384m100164k00108.192m101032k00114.096m101116k01002.048m11008k01011.024m11014k0110

12、512k11102k0111256k11111k1) 根據(jù)表1-2改變s4，用示波器觀測第一組時鐘信號“clk1”的輸出波形；2) 根據(jù)表1-2改變s5，用示波器觀測第二組時鐘信號“clk2”的輸出波形。3、 用示波器觀測幀同步信號輸出波形信號源提供脈沖編碼調(diào)制的幀同步信號，在點“fs”輸出，一般時鐘設置為2.048m、256k，在后面的實驗中有用到。將撥碼開關s4分別設置為“0100”、“0111”或別的數(shù)字，用示波器觀測“fs”的輸出波形。4、 用示波器觀測偽隨機信號輸出波形偽隨機信號碼型為111100010011010，碼速率和第一組時鐘速率相同，由s4控制。根據(jù)表1-2改變s4，用示波

13、器觀測“pn”的輸出波形。5、 觀測nrz碼輸出波形信號源提供24位nrz碼，碼型由撥碼開關s1，s2，s3控制，碼速率和第二組時鐘速率相同，由s5控制。1) 將撥碼開關s1，s2，s3設置為“01110010 11001100 10101010”，s5設為“1010”，用示波器觀測“nrz”輸出波形。2) 保持碼型不變，改變碼速率（改變s5設置值），用示波器觀測“nrz”輸出波形。3) 保持碼速率不變，改變碼型（改變s1、s2、s3設置值），用示波器觀測“nrz”輸出波形。七、 實驗報告要求1、 分析各種時鐘信號及數(shù)字信號產(chǎn)生的方法，敘述其功用。2、 畫出各種時鐘信號及數(shù)字信號的波形。3、

14、記錄實驗過程中遇到的問題并進行分析，提出改進建議。第 231 頁 共228頁實驗二 模擬信號源實驗一、實驗目的1、熟悉各種模擬信號的產(chǎn)生方法及其用途。2、觀察分析各種模擬信號波形的特點。二、實驗內(nèi)容1、測量并分析各測量點波形及數(shù)據(jù)。2、熟悉幾種模擬信號的產(chǎn)生方法，了解信號的來源、變換過程和使用方法。三、實驗器材1、信號源模塊 一塊2、連接線 若干3、20m雙蹤示波器 一臺四、實驗原理 模擬信號源電路用來產(chǎn)生實驗所需的各種低頻信號：同步正弦波信號、非同步信號和音樂信號。（一）同步信號源（同步正弦波發(fā)生器）1、 功用同步信號源用來產(chǎn)生與編碼數(shù)字信號同步的2khz正弦波信號，可用在pam抽樣定理、增

15、量調(diào)制、pcm編碼實驗，作為模擬輸入信號。在沒有數(shù)字存貯示波器的條件下，用它作為編碼實驗的輸入信號，可在普通示波器上觀察到穩(wěn)定的編碼數(shù)字信號波形。2、 電路原理圖2-1為同步正弦信號發(fā)生器的電路圖。它由2khz方波信號產(chǎn)生器（圖中省略了）、同相放大器和低通濾波器三部分組成。圖2-1 同步正弦波產(chǎn)生電路2khz的方波信號由cpld可編程器件u8內(nèi)的邏輯電路通過編程產(chǎn)生?！?k同步正弦波”為其測量點。u19a及周邊的電阻組成一個的同相放大電路，起到隔離和放大作用，。u19c及周邊的阻容網(wǎng)絡組成一個截止頻率為2k的二階低通濾波器，濾除方波信號里的高次諧波和雜波，得到正弦波信號。調(diào)節(jié)w1改變同相放大器

16、的放大增益，從而改變輸出正弦波的幅度（05v）。（二）非同步信號源非同步信號源利用混合信號soc型8位單片機c8051f330，采用dds(直接數(shù)字頻率合成)技術產(chǎn)生。通過波形選擇器s6選擇輸出波形，對應發(fā)光二極管亮。它可產(chǎn)生頻率為180hz18khz的正弦波、180hz10khz的三角波和250hz250khz的方波信號。按鍵s7、s8分別可對各波形頻率進行增減調(diào)整。非同步信號輸出幅度為04v，通過調(diào)節(jié)w4改變輸出信號幅度?？衫盟ㄐ缘赜^察通信話路的頻率特性，同時用作增量調(diào)制、脈沖編碼調(diào)制實驗的模擬輸入信號。圖2-2 非同步信號發(fā)生器電路圖（三）音樂信號產(chǎn)生電路1、功用音樂信號產(chǎn)生電路用來

17、產(chǎn)生音樂信號，作模擬輸入信號檢查話音信道的開通情況及通話質(zhì)量。2、工作原理圖2-3 音樂信號產(chǎn)生電路音樂信號產(chǎn)生電路見圖2-3。音樂信號由u21音樂片厚膜集成電路產(chǎn)生。該片的1腳為電源端，2腳為控制端，3腳為輸出端，4腳為公共地端。vcc經(jīng)r34、d4向u21的1腳提供3.3v電源電壓，當2腳通過k1輸入控制電壓+3.3v時，音樂片即有音樂信號從第3腳輸出，經(jīng)低通濾波器輸出，輸出端口為“音樂輸出”（四）載波產(chǎn)生電路1、功用載波產(chǎn)生電路用來產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制所需的正弦波信號，頻率有64khz和128khz兩種。2、工作原理64k載波產(chǎn)生電路如圖2-4所示，128k載波產(chǎn)生電路如圖2-5所示64khz(

18、128khz)的方波信號由cpld可編程器件u8內(nèi)的邏輯電路通過編程產(chǎn)生。“64k同步正弦波”（“64k”同步正弦波）為其測量點。u17a(u18a)及周邊的電阻組成一個的同相放大電路，起到隔離和放大作用。u17d(u18d)及周邊的阻容網(wǎng)絡組成一個截止頻率為64k（128khz）的二階低通濾波器，濾除方波信號里的高次諧波和雜波，得到正弦波信號。調(diào)節(jié)w2(w3)改變同相放大器的放大增益，從而改變輸出正弦波的幅度（05v）。圖2-4 64k載波產(chǎn)生電路圖2-5 128k載波產(chǎn)生電路五、測試點說明2k同步正弦波：2k的正弦波信號輸出端口，幅度（05v）由w1調(diào)節(jié)。64k同步正弦波：64k的正弦波信

19、號輸出端口，幅度（05v）由w2調(diào)節(jié)。128k同步正弦波：128k的正弦波信號輸出端口，幅度（05v）由w3調(diào)節(jié)。非同步信號源：普通正弦波、三角波和方波信號輸出端口，波形由s6選擇，頻率由s7、s8調(diào)節(jié)，幅度(04v)由w4調(diào)節(jié)。音樂輸出：音樂片輸出端口。音頻信號輸入：音頻功放輸入端口（功放輸出信號幅度由w6調(diào)節(jié)）。k1：音樂片信號選擇開關。k2：揚聲器輸出選擇開關。w6：調(diào)節(jié)揚聲器音量。六、實驗步驟1、 用示波器測量“2k同步正弦波”、“64k同步正弦波”、“128k同步正弦波”各點輸出的正弦波波形，對應的電位器w1，w2，w3可分別改變各正弦波的幅度。2、 用示波器測量“非同步信號源”輸出

20、波形。1) 按鍵s6選擇為“正弦波”，改變w4，調(diào)節(jié)信號幅度（調(diào)節(jié)范圍為04v），用示波器觀察輸出波形。2) 保持信號幅度為3v，改變s7、s8，調(diào)節(jié)信號頻率（調(diào)節(jié)范圍為180hz18khz），用示波器觀察輸出波形。3) 將波形分別選擇為三角波、方波，重復上面兩個步驟。3、 將控制開關k1設為“on”，令音樂片加上控制信號，產(chǎn)生音樂信號輸出，用示波器在“音樂輸出”端口觀察音樂信號輸出波形。七、實驗報告要求1、畫出各測量點波形，并進行分析。2、畫出各模擬信號源的電路組成方框圖，敘述其工作原理。3、記錄實驗過程中遇到的問題并進行分析，提出改進建議。武漢凌特電子技術有限公司 lte-tx-02e型通

21、信原理實驗指導書第二章 語音編碼技術實驗三 抽樣定理和pam調(diào)制解調(diào)實驗一、 實驗目的1、 通過脈沖幅度調(diào)制實驗，使學生能加深理解脈沖幅度調(diào)制的原理。2、 通過對電路組成、波形和所測數(shù)據(jù)的分析，加深理解這種調(diào)制方式的優(yōu)缺點。二、 實驗內(nèi)容1、 觀察模擬輸入正弦波信號、抽樣時鐘的波形和脈沖幅度調(diào)制信號，并注意觀察它們之間的相互關系及特點。2、 改變模擬輸入信號或抽樣時鐘的頻率，多次觀察波形。 三、 實驗器材1、 信號源模塊 一塊2、 號模塊 一塊3、 20m雙蹤示波器 一臺4、 連接線 若干四、 實驗原理（一）基本原理1、抽樣定理抽樣定理表明：一個頻帶限制在（0，）內(nèi)的時間連續(xù)信號，如果以t秒的

22、間隔對它進行等間隔抽樣，則將被所得到的抽樣值完全確定。假定將信號和周期為t的沖激函數(shù)相乘，如圖3-1所示。乘積便是均勻間隔為t秒的沖激序列，這些沖激序列的強度等于相應瞬時上的值，它表示對函數(shù)的抽樣。若用表示此抽樣函數(shù)，則有：圖3-1 抽樣與恢復假設、和的頻譜分別為、和。按照頻率卷積定理，的傅立葉變換是和的卷積：因為 所以 由卷積關系，上式可寫成 該式表明，已抽樣信號的頻譜是無窮多個間隔為s的相迭加而成。這就意味著中包含的全部信息。需要注意，若抽樣間隔t變得大于，則和的卷積在相鄰的周期內(nèi)存在重疊（亦稱混疊），因此不能由恢復?？梢?，是抽樣的最大間隔，它被稱為奈奎斯特間隔。上面討論了低通型連續(xù)信號的

23、抽樣。如果連續(xù)信號的頻帶不是限于0與之間，而是限制在（信號的最低頻率）與（信號的最高頻率）之間（帶通型連續(xù)信號），那么，其抽樣頻率并不要求達到，而是達到2b即可，即要求抽樣頻率為帶通信號帶寬的兩倍。00圖3-2畫出抽樣頻率2b（無混疊）和2b（有混疊）時兩種情況下沖激抽樣信號的頻譜。(a) 連續(xù)信號的頻譜100 （b） 高抽樣頻率時的抽樣信號及頻譜（無混疊）0 10（c） 低抽樣頻率時的抽樣信號及頻譜（混疊）圖3-2 采用不同抽樣頻率時抽樣信號的頻譜2、脈沖振幅調(diào)制（pam）所謂脈沖振幅調(diào)制，即是脈沖載波的幅度隨輸入信號變化的一種調(diào)制方式。如果脈沖載波是由沖激脈沖組成的，則前面所說的抽樣定理，

24、就是脈沖增幅調(diào)制的原理。但是實際上真正的沖激脈沖串并不能付之實現(xiàn)，而通常只能采用窄脈沖串來實現(xiàn)。因而，研究窄脈沖作為脈沖載波的pam方式，將具有實際意義。圖3-3 自然抽樣及平頂抽樣波形pam方式有兩種：自然抽樣和平頂抽樣。自然抽樣又稱為“曲頂”抽樣，已抽樣信號ms(t)的脈沖“頂部”是隨m(t)變化的，即在頂部保持了m(t)變化的規(guī)律（如圖3-3所示）。平頂抽樣所得的已抽樣信號如圖3-3所示，這里每一抽樣脈沖的幅度正比于瞬時抽樣值，但其形狀都相同。在實際中，平頂抽樣的pam信號常常采用保持電路來實現(xiàn)，得到的脈沖為矩形脈沖。（二) 電路組成 脈沖幅度調(diào)制實驗系統(tǒng)如圖3-4所示，主要由抽樣保持芯

25、片lf398和解調(diào)濾波電路兩部分組成，電路原理圖如圖3-5所示。圖3-4 脈沖振幅調(diào)制電路原理框圖圖3-5 脈沖幅度調(diào)制電路原理圖（三）實驗電路工作原理1、 pam調(diào)制電路如圖3-5所示，lf398是一個專用的采樣保持芯片，它具有很高的直流精度和較高的采樣速率，器件的動態(tài)性能和保持性能可以通過合適的外接保持電容達到最佳。lf398的內(nèi)部結構如圖3-6所示； 圖3-6 lf398的內(nèi)部電路結構n1是輸入緩沖放大器，n2是高輸入阻抗射極輸出器。s為邏輯控制采樣/保持開關，當s接通時，開始采樣；當s斷開時，開始保持。lf398的引腳功能為：3、12腳：正負電源輸入端。1腳：vi，模擬電壓輸入端。11

26、腳：mctr，邏輯控制輸入端，高電平為采樣，低電平為保持。10腳：mref，邏輯控制電平參考端，一般接地。8腳：hoc，采樣/保持電容接入端。7腳：out，采樣/保持輸出端。如圖3-5所示，被抽樣信號從pam-sin輸入，進入lf398的1腳vi端，經(jīng)內(nèi)部輸入緩沖放大器n1放大后送到模擬開關s，此時，將抽樣脈沖作為s的控制信號，當lf398的11腳mctr端為高電平時開關接通，為低電平時開關斷開。然后經(jīng)過射極輸出器n2輸出比較理想的脈沖幅度調(diào)制信號。k1為“平頂抽樣”、“自然抽樣”選擇開關。2、pam解調(diào)與濾波電路解調(diào)濾波電路由集成運放電路tl084組成。組成了一個二階有源低通濾波器，其截止頻

27、率設計在3.4khz左右，因為該濾波器有著解調(diào)的作用，因此它的質(zhì)量好壞直接影響著系統(tǒng)的工作狀態(tài)。該電路還在后續(xù)實驗接收部分有用到。電路如圖3-7所示圖3-7 pam解調(diào)濾波電路五、 測試點說明1、輸入點參考說明pam-sin：音頻信號輸入端口pamclk：抽樣時鐘信號輸入端口in：pam解調(diào)濾波電路輸入端口2、輸出點說明自然抽樣輸出：自然抽樣信號輸出端口平頂抽樣輸出：平頂抽樣信號輸出端口out：pam解調(diào)濾波輸出端口六、 實驗步驟及注意事項1、 將信號源模塊、模塊1固定在主機箱上，將黑色塑封螺釘擰緊，確保電源接觸良好。2、 插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關，將信號源模塊和模塊1的電源開關撥

28、下，觀察指示燈是否點亮，紅燈為+5v電源指示燈，綠燈為-12v電源指示燈，黃色為+12v電源指示燈。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，再打開電源做實驗，不要帶電連線）。3、 觀測pam自然抽樣波形1) 用示波器觀測信號源“2k同步正弦波”輸出，調(diào)節(jié)w1改變輸出信號幅度，使輸出信號峰-峰值在4v左右。2) 將信號源上s4設為“1010”，使“clk1”輸出32k時鐘。3) 將模塊1上k1選到“自然”。4) 關閉電源，按如下方式連線源端口目標端口連線說明信號源：“2k同步正弦波”模塊1:“pam-sin”提供被抽樣信號信號源：“clk1”模塊1:“pamclk”提供抽樣時鐘*

29、檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源5) 用示波器在“自然抽樣輸出”處觀察pam自然抽樣波形。4、 觀測pam平頂抽樣波形a) 用示波器觀測信號源“2k同步正弦波”輸出，調(diào)節(jié)w1改變輸出信號幅度，使輸出信號峰-峰值在4v左右。b) 將信號源上s1、s2、s3依次設為“10000000”、“10000000”、“10000000”，將s5撥為“1000”，使“nrz”輸出速率為128k，抽樣頻率為：nrz頻率/8（實驗中的電路，nrz為“1”時抽樣，為“0”時保持。在平頂抽樣中，抽樣脈沖為窄脈沖）。c) 將k1設為“平頂”。關閉電源，按下列方式進行連線。源端口目標端口連線說明信號源：“2k同步正

30、弦波模塊1：“pam-sin”提供被抽樣信號信號源：“nrz”模塊1：“pamclk”提供抽樣脈沖d) 打開電源，用示波器在“平頂抽樣輸出”處觀察平頂抽樣波形。5、 改變抽樣時鐘頻率，觀測自然抽樣信號，驗證抽樣定理。6、 觀測解碼后pam波形與原信號的區(qū)別1) 步驟3的前3步不變,按如下方式連線源端口目標端口連線說明信號源：“2k同步正弦波”模塊1:“pam-sin”提供被抽樣信號信號源：“clk1”模塊1:“pamclk”提供抽樣時鐘模塊1:“自然抽樣輸出”模塊1:“in”將pam信號進行譯碼2) 將k1設為“自然”，用“pam-sin”信號做示波器的觸發(fā)源，用雙蹤示波器對比觀測“pam-s

31、in”和“out”波形。7、 將信號源產(chǎn)生的音樂信號輸入到模塊1的“pam-sin”，“自然抽樣輸出”和“in”相連，pam解調(diào)信號輸出到信號源上的“音頻信號輸入”，通過揚聲器聽語音，感性判斷該系統(tǒng)對話音信號的傳輸質(zhì)量。七、 實驗思考題1、 簡述平頂抽樣和自然抽樣的原理及實現(xiàn)方法。2、 在抽樣之后，調(diào)制波形中包不包含直流分量，為什么？3、 造成系統(tǒng)失真的原因有哪些？4、 為什么采用低通濾波器就可以完成pam解調(diào)？八、 實驗報告要求1、 分析電路的工作原理，敘述其工作過程。2、 繪出所做實驗的電路、儀表連接調(diào)測圖。并列出所測各點的波形、頻率、電壓等有關數(shù)據(jù)，對所測數(shù)據(jù)做簡要分析說明。必要時借助于

32、計算公式及推導。3、 對實驗思考題加以分析，按照要求作出回答。實驗四 增量調(diào)制編譯碼系統(tǒng)實驗一、 實驗目的1、 掌握增量調(diào)制編譯碼的基本原理，并理解實驗電路的工作過程。2、 了解不同速率的編譯碼，以及低速率編譯碼時的輸出波形。3、 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。4、 熟悉增量調(diào)制系統(tǒng)在不同工作頻率、不同信號頻率和不同信號幅度下跟蹤輸入信號的情況。二、 實驗內(nèi)容1、 觀察增量調(diào)制編碼各點處的波形并記錄下來。2、 觀察增量調(diào)制譯碼各點處的波形并記錄下來。3、 工作時鐘可變時m編譯碼比較實驗。三、 實驗器材1、 信號源模塊 一塊2、 號模塊 一塊3、 20m 雙蹤示波器 一臺

33、4、 連接線 若干四、 實驗原理（一） 基本原理增量調(diào)制簡稱為，它是繼pcm后出現(xiàn)的又一種模擬信號數(shù)字化方法。近年來在高速超大規(guī)模集成電路中用作轉(zhuǎn)換器。增量調(diào)制獲得應用的主要原因是：1）在比特率較低時，增量調(diào)制的量化信噪比高于pcm；2）增量調(diào)制的抗誤碼性能好。能工作于誤比特率為10-210-3的信道，而pcm則要求誤比特率為10-410-6；3）增量調(diào)制的編譯碼器比pcm簡單。我們知道，一位二進制碼只能代表兩種狀態(tài)，當然就不可能去表示抽樣值的大小?？墒?，用一位碼卻可以表示相鄰抽樣值的相對大小，而相鄰抽樣值的相對變化將能同樣反饋模擬信號的變化規(guī)律。為了證明這一點，我們通過下面的例子來說明。設一

34、個頻帶受限的模擬信號如圖4-1中的所示，此模擬信號用一個階梯波形來逼近。在圖中，若用二進制碼的“1”代表在給定時刻上升一個臺階，用“0”表示下降一個臺階，則就被一個二進制的序列所表征。圖4-1 增量調(diào)制波形示意圖一個簡單的系統(tǒng)組成如圖4-2所示。它由相減器、判決器、本地譯碼器、積分器、抽樣脈沖產(chǎn)生器及低通濾波器組成。本地譯碼器實際為一脈沖發(fā)生器和積分器，它與接收端的譯碼器完全相同。圖4-2 系統(tǒng)組成框圖其工作過程如下：消息信號與來自積分器的信號相減后得到量化誤差信號。如果在抽樣時刻，判決器（比較器）輸出則為“1”；反之時則為“0”。判決器輸出一方面作為編碼信號經(jīng)信道送往接收端，另一方面又送往編

35、碼器內(nèi)部的脈沖發(fā)生器：“1”產(chǎn)生一個正脈沖，“0”產(chǎn)生一個負脈沖，積分后得到。由于與接收端譯碼器中積分輸出信號是一致的，因此常稱為本地譯碼信號。接收端譯碼器與發(fā)送端編碼器中本地譯碼部分完全相同，只是積分器輸出再經(jīng)過一個低通濾波器，以濾除高頻分量。下面，進一步舉例闡述簡單增量調(diào)制的工作過程。設為單一的正弦波信號，頻率為1000hz的模擬話音信號加入到發(fā)端編碼器的輸入端，如圖4-3所示。由圖4-3可知，根據(jù)上述編碼規(guī)則，當時刻，輸入信號的正斜率增大，并且是連續(xù)上升的，即時，編碼器連續(xù)輸出“1”碼；當時刻，輸入信號相對平穩(wěn)，一會兒大于0，又一會兒小于0，則編碼器輸出碼型也是一會兒輸出“1”碼，一會兒

36、輸出“0”碼。從時刻，可根據(jù)編碼規(guī)則，輸出其相應的二進制數(shù)字信號。在接收端，譯碼器的電路與工作過程同發(fā)送端編碼器中的本地譯碼器完全相同。圖4-3 增量調(diào)制編碼輸出波形從理論上，簡單增量調(diào)制的最大信號量化噪聲比為： (4-1)在(4-1)式中，是頻率，是低通濾波器的截止頻率， 是信號頻率。當=32khz，=3.4khz，1khz時： 由于語音信號幅度的變化范圍較寬，為了獲得滿意的通話質(zhì)量，語音信號的動態(tài)范圍至少要達到30才能滿足通話的要求，然而，信號的幅度與信號量化噪聲比的變化有關，所以，還必須分析在不同語音信號幅度時的信號量化噪聲比。當信號幅度的最大值為，信號的幅度為時，求出對應的信噪比如下：

37、 (4-2)由（4-2）式可知，任意幅值信號的信噪比與最大信噪比減小的分貝數(shù)，等于信號幅度值較減小的分貝數(shù)。如果，而信號在其所要求的動態(tài)范圍內(nèi)幅度下降20，信號量化噪聲比為，當信號量化噪聲比為5.8時，已不能滿足保證話音質(zhì)量的基本要求。從上述討論可以看出，信號是按臺階來量化的，因而同樣存在量化噪聲問題。系統(tǒng)中的量化噪聲有兩種形式：一種稱為過載量化噪聲，另一種稱為一般量化噪聲，如圖4-4所示。過載量化噪聲發(fā)生在模擬信號斜率陡變時，由于階梯電壓波形跟不上信號的變化，形成了很大失真的階梯電壓波形，這樣的失真稱為過載現(xiàn)象，也稱過載噪聲；如果無過載噪聲發(fā)生，則模擬信號與階梯波形之間的誤差就是一般的量化噪

38、聲。一般量化噪聲 過載量化噪聲圖4-4 兩種形式的量化噪聲綜上所述，簡單增量調(diào)制電路在實際通信中沒有得到應用是因為它的信號量化噪聲比小，主要是量化階距（量階）固定不變，即為均勻量化。對均勻量化而言，如果量階取值較大，則信號斜率變化較小的信號量化噪聲（又稱顆粒噪聲）就大；如果量階取值較小，則信號斜率較大的量化噪聲（又稱過載噪聲）就大。均勻量化無法使兩種噪聲同時減小，這樣，以致于信號的動態(tài)范圍變窄，但是它為增量調(diào)制技術提供了理論基礎。在語音通信中應用較為廣泛的是音節(jié)壓擴自適應增量調(diào)制，它是在數(shù)字碼流中提取脈沖控制電壓，經(jīng)過音節(jié)平滑，按音節(jié)速率（也就是語音音量的平均周期）去控制量化階距的。在各種音節(jié)

39、壓擴自適應增量調(diào)制中，連續(xù)可變斜率增量調(diào)制（cvsd）系統(tǒng)用得較多。在實驗箱中，也以連續(xù)可變斜率增量調(diào)制作為實驗內(nèi)容進行。（二） 實驗電路組成及原理連續(xù)可變斜率增量調(diào)制（continuously variable slope delta modulation），其英文縮寫為cvsd，有專用集成芯片，其型號有：mc34115，mc3417，mc3418，mc3517，mc3518，mc35115等等。它是美國摩托羅拉（motorola）公司生產(chǎn)，只需要一個時鐘信號，在該集成芯片的外圍適當接上一些分立元器件作為輔助電路，即可實現(xiàn)音節(jié)壓擴自適應增量調(diào)制。若在該芯片管腳的第15端接上不同的電平（高電平

40、或低電平）即可作發(fā)端的編碼器，也可作接收端的譯碼器。圖4-5為cvsd編碼器，解碼器的方框圖。圖4-5 cvsd編碼器、解碼器方框圖由圖4-5可知，與簡單增量調(diào)制相比，發(fā)端的編碼器在反饋回路中增加了自適應控制電路，即音節(jié)壓擴控制電路，它由三個部分組成： 斜率過載檢測電路：用來檢測過載狀態(tài)，它是由一個4比特移位寄存器構成的輸出四連“1”碼或四連“0”碼，其電路由d觸發(fā)器作移位寄存器，電路輔有與門、或門。斜率過載檢測電路也稱為電平檢測電路。 斜率量值控制電路：用來轉(zhuǎn)換量化階距的大小。其電路由rc音節(jié)平滑濾波器、電壓電流轉(zhuǎn)換器和非線性網(wǎng)絡組成。 斜率極性控制電路：用來轉(zhuǎn)化量化階距的極性，當時，輸出為

41、正極性，當，輸出為負極性，其電路由脈沖幅度調(diào)制器和積分網(wǎng)絡組成。其電路的工作過程是這樣的：在輸入端，話音信號與話音信號進行比較，將其比較的結果值進行判決，若，則輸出“1”碼，若 ，則輸出為“0”碼，這同簡單增量調(diào)制器編碼方式是相同的。當輸入話音信號中，連續(xù)出現(xiàn)上升沿或連續(xù)出現(xiàn)下降沿，或者說輸入信號中正斜率增大或負斜率增大，在編碼器的輸出端中將出現(xiàn)連續(xù)的“1”碼或“0”碼，這樣，如果不增加自適應控制電路，則將會出現(xiàn)無法跟蹤信號，而出現(xiàn)過載現(xiàn)象，如圖4-6所示。圖4-6 無法跟蹤信號的變化而造成過載現(xiàn)象若電路中增加自適應控制電路，則當中出現(xiàn)連續(xù)“1”碼或“0”碼時，斜率過載檢測電路則立即工作，當

42、出現(xiàn)連續(xù)的四個“1”碼或四個“0”碼時，斜率過載檢測器從的返回信號中即輸出碼流中按四連“1”和四連“0”檢測，其輸出是一些不同寬度的正脈沖，其寬度為 ，是連碼的個數(shù)，是取樣信號周期，它們輸入到斜率量值控制電路，因斜率量值器是由音節(jié)濾波器、電壓電流轉(zhuǎn)換器和非線性網(wǎng)絡組成，因而音節(jié)平滑濾波器把正脈沖序列進行平滑濾波，變成連續(xù)緩慢變化和直流控制電壓，其變化的周期等于一個音節(jié)時間（約10ms），當出現(xiàn)“1”碼增多時，斜率過載檢測器輸出的正脈沖數(shù)就相對增多，通過對的充電時間相對增長放電時間相對縮短，因此，直流控制電壓升高，電壓電流轉(zhuǎn)換器把音節(jié)平滑濾波器輸出的控制電壓轉(zhuǎn)換為控制電流，非線性網(wǎng)絡使控制電流的

43、變化規(guī)律能更好地跟隨輸入信號斜率的變化，提高自適應能力，擴大其動態(tài)范圍。另外，斜率過載檢測電路內(nèi)部的輸出信號還接至斜率極性控制電路內(nèi)的脈幅調(diào)制器的輸入端，與來自斜率量值控制電路的輸出信號一起加到脈幅調(diào)制器的另一輸入端，因斜率極性控制電路由脈幅調(diào)制器和積分網(wǎng)絡組成，經(jīng)過脈幅調(diào)制電路和積分網(wǎng)絡后就形成了有正負極性的量階；二是根據(jù)音節(jié)平滑濾波器輸出的電壓來改變量階，使量階的變化為自適應的變化，其量階值由自適應邏輯控制。此時，當檢測到三連“1”碼或者是三連“0”碼，則稱為3bit規(guī)則，若為四連“1”碼或者四個連“0”碼，則稱為4bit規(guī)則。也就是說，cvsd的量階變化，主要是由連碼檢測規(guī)則決定的，因發(fā)

44、端的編碼器是反饋方式工作，即量階是從輸出碼流中檢測的，因此，隨輸入信號正斜率增加，碼流中連“1”碼就增多；如果負斜率增加，則連“0”碼增多，對cvsd而言，只要把包絡音節(jié)時間內(nèi)連“1”碼或連“0”碼的次數(shù)逐一檢測出來，經(jīng)過音節(jié)平滑，形成控制電壓，就能得到不同輸入信號斜率量階值，以致于再生信號能始終跟蹤話音信號的變化，也就是當話音信號斜率小時，它的量階值則小，當話音信號的斜率大時，則它的量階自適應的增大，也就是量階值隨輸入信號斜率變化而做自適應和調(diào)整。這正是連續(xù)可變斜率調(diào)制（cvsd）的工作原理，如圖4-7所示。圖4-7 cvsd編碼器正常編碼時的波形在前面曾經(jīng)提到過一個名詞叫“音節(jié)”，其含義說

45、明如下：我們在前面也講到話音信號，其實它是一種緩慢變化的信號，在話音信號中包含了多種頻率成分，話音信號的幅度也是隨機變化的。如果用話音頻譜儀觀察其話音信號，可以看到3003400hz的帶寬內(nèi)，除了各種頻率分量的瞬間幅度變化外，還有一個隨音量而變化的包絡線。該包絡線的頻率約為100hz（即周期為10ms），稱為包絡音節(jié)。包絡音節(jié)遠小于單字音節(jié)，所謂單字音節(jié)是語言中按元音來劃分的音節(jié)。表4-1是幾種語言單字音節(jié)統(tǒng)計值。從表中可清楚看出漢語的單字音節(jié)為125ms，而漢語的包絡音節(jié)約為10ms左右。表 4-1語種音節(jié)速率音節(jié)周期漢語8個/秒125ms法語6個/秒166ms英語3.7個/秒270ms大洋

46、洲語0.8個/秒1250ms需要進一步說明的是，話音信號大約需要150250ms左右的時間才能被人耳感覺到。從表4-1來看，這大約是一個單字音節(jié)的數(shù)量級，從實際實驗試聽效果來看，按包絡音節(jié)速率進行壓擴，其效果是最好的，因為無論哪種語言，如果按包絡音節(jié)調(diào)整信號幅度，按照人耳能夠響應的速度來看，已經(jīng)是相當自然的了。由此可見，音節(jié)壓擴的量化階距在單音頻信號的一個周期甚至幾個周期內(nèi)的數(shù)值是不變的，只是隨著信號在一個包絡音節(jié)時間的斜率成比例地改變。在接收端，在cvsd解碼器的方框圖中，也同樣增加了自適應控制裝置，其作用同發(fā)送端的編碼器，它的反饋部分也完全同上述一樣，正是這樣，cvsd編碼器與解碼器在電路

47、結構上只有很小的差別，因此加上一些轉(zhuǎn)換控制電路就可以使它們兩者完全兼容，這正是如前所述，即可作編碼器，又可做解碼器。mc系列的數(shù)字信號壓擴m單片集成電路主要性能介紹見表4-2。表4-2特性符號mc3417mc3517mc3418mc3518mc34115單位電源電壓范圍4.7516.75v典型值為12v同左同左同左同左電源電流（理想通道）當=5v時當=15v典型12v最大16.5v同左同左同左典型12v最大16.5v3.76.05.010.04.67.07.512.0時鐘速率sr16k16k32k32k16k次取樣/秒檢測規(guī)則三連“1”碼三連“0”碼同左四連“1”碼四連“0”碼同左三連“1”碼

48、三連“0”碼增益控制電流范圍4.75v 16.5v0.0013.0同左同左同左4.75v 16.5v0.0023.0模擬比較輸入范圍（pins1和2）4.75v16.5v4.75v 16.5v1.3 -1.3同左同左同左同左一致脈沖輸出10l=3.04.75v 16.5v0.12 0.25同左同左同左同左積分運放最大輸出電流4.75v時5.0同左同左同左同左音節(jié)濾波電壓（pin3）4.75v 16.5v+3.2同左同左同左同左工作溫度范圍0+70-55+1250+70 -55+125-55+125從表4-2可知，mc系列的數(shù)字壓擴m單片集成電路的組成部分和功能基本相同，都是用作數(shù)字壓擴增量調(diào)制

49、的話音調(diào)制/解調(diào)器(有時也稱編碼器/解碼器)。它們都是采用線形雙極性與集成注入邏輯ttl兼容的集成電路制造工藝所制作而成的。它們的主要區(qū)別是數(shù)字檢測算法不同和溫度不同。mc3417、mc3517、mc34115采用的是三連“1”碼、三連“0”碼數(shù)字檢測算法；mc3418、mc3518采用的是四連“1”碼、四連“0”碼數(shù)字檢測算法；mc3417、mc3418工作溫度為0+70，適用于民用產(chǎn)品，mc3517、mc3518、mc34115工作溫度為-55+70，適用于軍品。139本實驗模塊中的電路采用四連“0”、四連“1”壓擴檢測算法的連續(xù)可變斜率增量調(diào)制器，其核心部分是mc3418大規(guī)模集成電路，

50、其引腳功能如下：第1引腳：ani（analog input）模擬信號輸入端。輸入音頻模擬信號經(jīng)過直流分量轉(zhuǎn)換為內(nèi)部參考電壓值，則應在該端與第10引腳（vcc/2端）間接入偏置電阻。第2引腳：anf（analog feedback）模擬反饋輸入端。 該端為電路內(nèi)模擬比較器的同相輸入端。當電路工作于編碼方式時，其本地解碼信號從該端輸入至內(nèi)部的模擬比較器；當該電路工作于譯碼方式時，該端不用，可接到第10引腳（vcc/2端），也可以接地或懸空。第3引腳：syl（syllabic filter）量階控制信號輸入端。 當從第11引腳coin（一致脈沖輸入端）端輸出的負極性一致脈沖經(jīng)過音節(jié)平滑慮波器，由rc

51、網(wǎng)絡構成（在實驗電路中由r18(47k)、r19（10k）、c15（0.22uf）組成，平滑后得到量階控制電壓輸入到該第3腳至內(nèi)部vi變換運算放大器內(nèi)，控制積分器量階的大小，在進行音頻信號編碼時的典型時間常數(shù)為650ms。第4引腳：gc（gain control input）增量控制輸入。 該芯片內(nèi)部的vi變換運算放大器使該電壓跟隨量階控制電壓變化，變換速率為0.5/us。因此輸入該端的電流大小由外接調(diào)整電阻rx決定，為保證電路穩(wěn)定工作，rx值一般不超過10k，在實驗電路中用w2（10k）進行調(diào)節(jié)。第5引腳：vref（ref input）參考電壓輸入端。 該端為積分運算放大器的同相輸入端，用于調(diào)節(jié)模擬信號的直流分量。在編碼時，為保證輸入輸出模擬信號有相同的直流分量。該端應通過偏置電阻與vcc/2相連。第6引腳：fil（filter input）外接積分器輸入端。 該端為積分運算放大器的反相輸入端，用于外接元件組成積分濾波器。在實驗電路中，由r20（10k）、r24（1k）、c16（0.047uf）組成一次積分網(wǎng)絡，由r15（10k）與c14（0.01uf）組成二次積分網(wǎng)絡。在編碼時，如果第1引