光纖通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、 前 言光纖是當(dāng)前電話網(wǎng)和Internet的主要信息傳輸媒體，無論在陸地還是海底，都已形成了擁有巨大傳輸容量的光纖鏈路，因此光纖通信系統(tǒng)原理課程是光纖通信專業(yè)、通信專業(yè)、電子信息專業(yè)和其他相關(guān)專業(yè)必須學(xué)習(xí)和掌握的課程。光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是根據(jù)有關(guān)光纖通信系統(tǒng)原理教材的內(nèi)容并結(jié)合教學(xué)和實(shí)踐的需要而開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，其目的是使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)了解并掌握由光纖傳輸媒體構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的組成和原理，學(xué)習(xí)光纖測(cè)試的基本方法。光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱采用模塊化設(shè)計(jì)，軟、硬件結(jié)合的方法設(shè)計(jì)了各個(gè)實(shí)驗(yàn)，模塊間連接靈活，設(shè)有典型波形的測(cè)試點(diǎn)，方便學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也有利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)原理的理解。本實(shí)驗(yàn)指

2、導(dǎo)書共收錄了10個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)一是信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)，它產(chǎn)生其他實(shí)驗(yàn)電路所需的時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)字信號(hào)；實(shí)驗(yàn)二是CPU中央處理控制單元實(shí)驗(yàn)，由單片機(jī)控制實(shí)驗(yàn)信號(hào)的切換和實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的指示；實(shí)驗(yàn)三是PN碼和CMI碼產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)，其重點(diǎn)是PN碼和CMI碼的產(chǎn)生原理。實(shí)驗(yàn)一、二、三可以在一次實(shí)驗(yàn)課中完成。實(shí)驗(yàn)四和實(shí)驗(yàn)五分別是光發(fā)送和光接收模塊實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)六則是數(shù)字信號(hào)通過光纖系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)，這三個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，可以在一次實(shí)驗(yàn)課中完成。實(shí)驗(yàn)七是模擬和數(shù)字電話的光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容是通過光纖組成了具有較強(qiáng)實(shí)用性的模擬和數(shù)字電話的光傳輸系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)八是模擬信號(hào)三角波和正弦波的光傳輸實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)九是PCM光傳輸實(shí)

3、驗(yàn)，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分別從模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)傳輸角度設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，可以在一起完成它們的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)十是光纖通信系統(tǒng)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)，它需要配置光功率計(jì)、光衰減器、誤碼分析儀和ST-FC跳線等儀器設(shè)備才能完成，通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)如何測(cè)試光纖通信系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書附錄部分提供了實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和布局圖、實(shí)驗(yàn)箱排針短路帽設(shè)置表、實(shí)驗(yàn)箱全部電路原理圖、實(shí)驗(yàn)箱主要使用的集成電路管腳圖和常用光纖測(cè)試儀器介紹，這些內(nèi)容為學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)并理解實(shí)驗(yàn)原理提供了很好的幫助。由于本人的水平有限，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中也難免有不當(dāng)之處，期望同學(xué)們及有關(guān)老師提出寶貴意見。目 錄實(shí)驗(yàn)一 信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)-4實(shí)驗(yàn)二 中央處理器單元實(shí)驗(yàn)-7實(shí)驗(yàn)三 CMI，

4、PN碼型變換實(shí)驗(yàn)-11實(shí)驗(yàn)四 光發(fā)送模塊實(shí)驗(yàn)-17實(shí)驗(yàn)五 光接收模塊實(shí)驗(yàn)-22實(shí)驗(yàn)六 脈沖波 方波 CMI碼 PN碼的光傳輸實(shí)驗(yàn)-27實(shí)驗(yàn)七 模擬 數(shù)字電話光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)-29實(shí)驗(yàn)八 三角波 正弦波光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)-36實(shí)驗(yàn)九 PCM光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)-40附錄一 鍵盤操作及短路冒使用說明-48附錄二 主要電路集成芯片真值表和封裝-52實(shí)驗(yàn)一 信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中信號(hào)發(fā)生器的組成原理。2. 了解光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中光發(fā)送端數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生的方法。3. 掌握光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的各個(gè)信號(hào)的在光纖通信傳輸系統(tǒng)中用途。二 實(shí)驗(yàn)儀器1. 光纖通信傳輸系統(tǒng)

5、實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)2. 20MHz示波器1臺(tái)3. 頻率計(jì)1臺(tái)（可選）三 實(shí)驗(yàn)電路原理時(shí)鐘信號(hào)是光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中各個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，因此要求掌握其產(chǎn)生的原理。產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的方框圖和電路原理圖分別見圖1-1和圖1-2所示。主時(shí)鐘4.096MHz2048kHz128kHz16kHz8分頻2分頻16分頻偽隨機(jī)碼電路方波電路脈沖電路PCM工作時(shí)鐘2分頻2分頻CMI碼電路4分頻圖1-1 信號(hào)發(fā)生器電路方框圖4.096MHz主時(shí)鐘是由兩個(gè)反相器74LS04和4.096MHz晶振組成的電路產(chǎn)生。主時(shí)鐘經(jīng)74LS74 D觸發(fā)器二分頻得到2.048MHz的方波信號(hào)，方波信號(hào)再經(jīng)兩級(jí)由74LS161組成的16分頻器電路，

6、得到各種信號(hào)，其中2048kHz方波是PCM編碼芯片的主時(shí)鐘，64kHz方波是PN碼移位時(shí)鐘，32kHz方波用于產(chǎn)生CMI編碼時(shí)鐘，N32kHz是32kHz方波的反相波，16kHz方波是數(shù)字信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)的方波信號(hào)，8kHz的脈沖信號(hào)作為是數(shù)字信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)的脈沖信號(hào)并用于PCM編碼的幀同步信號(hào)。各測(cè)試點(diǎn)波形說明如下：TP101：2.048MHz的方波信號(hào)，作為PCM編譯碼電路的主時(shí)鐘信號(hào)。TP102：1.024MHz的方波信號(hào)。TP103：128kHz的窄脈沖信號(hào)，用于后續(xù)各次分頻。TP104：8kHz的窄脈沖信號(hào)，作為PCM編碼電路的幀同步信號(hào)和數(shù)字信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)的脈沖信號(hào)。四 實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容1

7、. 連接電源線，按下電源分路開關(guān)PA、PB，發(fā)光二極管D1、D2、D3、D4亮，表明實(shí)驗(yàn)箱上±5V和±12V電源工作正常；2. 按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)發(fā)光二極管D5D12依次循環(huán)點(diǎn)亮，表明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的中央處理器電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)（詳見實(shí)驗(yàn)二的圖2-2）；3. 用示波器別測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（TP101、TP102、TP103、TP104）的波形和頻率，并做記錄。圖1-2 信號(hào)發(fā)生器電路原理圖五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 分析電路的工作原理，說明其工作過程。2. 整理實(shí)驗(yàn)記錄，畫出各測(cè)試點(diǎn)的波形圖，并對(duì)每一測(cè)試點(diǎn)的波形加以分析（波形的幅度、頻率、脈沖寬度和占空比）。實(shí)

8、驗(yàn)二 中央處理器單元實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解單片機(jī)在光纖通信傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用。2. 了解該單元電路對(duì)整個(gè)光纖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的管理與控制過程。3. 熟悉鍵盤操作方法。二 實(shí)驗(yàn)儀器1. 光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)2. 20MHz示波器1臺(tái)3. 萬用表1臺(tái)（可選）4. 頻率計(jì)1臺(tái)（可選）三 實(shí)驗(yàn)電路圖2-1是中央處理器電路的方框圖，它由AT89C51單片機(jī)、顯示接口電路、數(shù)字信號(hào)控制接口電路、模擬信號(hào)控制接口電路和鍵盤輸入電路五個(gè)部分組成。AT89C51顯示控制接口電路數(shù)字信號(hào)控制接口電路模擬信號(hào)控制接口電路鍵盤輸入電路發(fā)光二極管顯示電路選通傳輸數(shù)字信號(hào)電路選通傳輸模擬信號(hào)電路圖2-1 中央處理器電路方

9、框圖脈沖波數(shù)字電話模擬電話方波CMIPNPCM確認(rèn)復(fù)位三角波正弦波外輸入AT89C51單片機(jī)接口電路顯示電路（發(fā)光二極管）圖2-2 CPU與輸入鍵盤、顯示電路方框圖顯示接口電路和鍵盤輸入電路共同實(shí)現(xiàn)了光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的傳輸信號(hào)選擇和顯示功能，中央處理單元的電路原理圖見附錄四“CPU中央處理控制單元電路原理”。圖2-2是輸入鍵盤、顯示電路方框圖。鍵盤由12個(gè)功能鍵組成，其中“脈沖波”、“方波”、“CMI”、“PN”、“數(shù)字電話”和“PCM”6個(gè)鍵為數(shù)字信號(hào)功能鍵，在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的光纖傳輸實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用這6個(gè)功能鍵選擇數(shù)字信號(hào)?！叭遣ā?、“正弦波”、“外輸入”和“模擬電話”4個(gè)鍵為模擬信號(hào)功能

10、鍵，在進(jìn)行模擬信號(hào)的光纖傳輸實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用這4個(gè)功能鍵選擇模擬信號(hào)?！皬?fù)位”鍵用于中央處理器單元的初試化，而“確認(rèn)”鍵則是對(duì)選擇的模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)。例如在做數(shù)字電話光傳輸實(shí)驗(yàn)時(shí)，先按下“數(shù)字電話”鍵后，再按一下“確認(rèn)”鍵，這時(shí)，接通與數(shù)字電話有關(guān)的模擬電路、數(shù)字電路、光發(fā)送系統(tǒng)和光接收系統(tǒng)等單元電路，對(duì)應(yīng)的數(shù)字電話發(fā)光二極管D9閃爍，表示系統(tǒng)工作于數(shù)字電話狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按一下“復(fù)位”鍵，中央處理器單元進(jìn)入初始狀態(tài)。圖2-3是光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方框圖。圖2-3（A）是模擬信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)示意圖，模擬信號(hào)輸入電路包括正弦波、三角波、外輸入和模擬電話。圖2-3（B）是數(shù)字信號(hào)光纖傳輸

11、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)示意圖，數(shù)字信號(hào)輸入電路包括脈沖波、方波、PN碼、CMI碼、數(shù)字電話和PCM。光發(fā)送端的輸入信號(hào)是由CPU中央處理控制電路控制的。（A） 模擬信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)示意圖（B） 數(shù)字信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)示意圖圖2-3 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方框圖四 實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容1. 連接電源線，按下電源分路開關(guān)PA、PB；2. 按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；3. 用示波器、頻率計(jì)測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（AT89C51的主時(shí)鐘TP1、AT89C51的地址鎖存信號(hào)TP2）的波形和頻率，并做記錄。4. 用萬用表或示波器測(cè)量直流電壓值，測(cè)量點(diǎn)為TP3、TP4、TP5和TP6，并做記錄。五、實(shí)驗(yàn)

12、報(bào)告要求1. 分析電路的工作原理，說明其工作過程。2. 根據(jù)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的理解，說明光纖通信傳輸系統(tǒng)的模擬信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)和數(shù)字信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)的過程。10- -實(shí)驗(yàn)三 CMI、PN碼型變換實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握偽隨機(jī)碼（Pseudo Noise，PN）發(fā)生器的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。2. 掌握傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼（CMI）的編碼規(guī)則和特點(diǎn)。3. 了解CMI碼的編碼方法。二 實(shí)驗(yàn)儀器1. 光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)2. 20MHz示波器1臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)電路1. 偽隨機(jī)碼產(chǎn)生電路偽隨機(jī)碼又稱為偽隨機(jī)序列或偽隨機(jī)信號(hào)，它是一個(gè)預(yù)先確定并可重復(fù)實(shí)現(xiàn)的具有某種隨機(jī)特性的碼，在通信中它可以模擬隨機(jī)噪聲和進(jìn)行擴(kuò)頻通信。偽隨機(jī)

13、碼一般采用反饋移存器實(shí)現(xiàn)，圖3-1是由n個(gè)寄存器構(gòu)成線性反饋移存器原理框圖，它的輸出狀態(tài)數(shù)為2n。圖3-1 線性反饋移存器原理框圖圖3-2是由4個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成的偽隨機(jī)碼產(chǎn)生電路圖。異或門74LS86實(shí)現(xiàn)“模2加”，與非門74LS20控制禁止產(chǎn)生全“1”碼，因此移存器輸出是長(zhǎng)度為241=15的偽隨機(jī)碼。圖3-2 偽隨機(jī)碼發(fā)生器電路原理圖PN碼時(shí)測(cè)試點(diǎn)波形說明：TP109：PN碼時(shí)為64kHz的移位方波信號(hào)；CMI碼時(shí)為32kHz的方波信號(hào)。TP110：偽隨機(jī)碼輸出波形，對(duì)應(yīng)的碼型為10010100001110110010，如圖3-3所示。圖3-3 偽隨機(jī)碼波形圖2. CMI碼產(chǎn)生電路CMI碼是傳

14、號(hào)反轉(zhuǎn)碼的簡(jiǎn)稱，其編碼規(guī)則為：“1”交替地用“00”和“11”表示，而“0”則固定用“01”表示，因此1bit變?yōu)?bit，這種碼型有較多的電平躍變，因此易于提取定時(shí)信息。圖3-4是CMI碼與NRZ碼的關(guān)系。圖3-4 CMI碼和NRZ碼的轉(zhuǎn)換關(guān)系采樣判別翻轉(zhuǎn)電路反相開關(guān)合成CMI碼CLKPN碼10圖3-5 CMI編碼原理框圖圖3-5是CMI碼編碼原理框圖。編碼電路接收來自信號(hào)源的單極性不歸零（NRZ）碼（本實(shí)驗(yàn)采用PN碼作為CMI編碼的輸入）。單極性碼輸入本單元后首先用CLK同步，如果輸入是傳號(hào)，則反轉(zhuǎn)輸出，若是空號(hào)，則打開門開關(guān)，使時(shí)鐘的反相輸出，這樣就產(chǎn)生了CMI碼。圖3-6是CMI碼編碼

15、電路原理圖。圖3-7是各測(cè)試電的波形。圖3-6 CMI編碼電路原理圖圖3-7 CMI編碼電路各點(diǎn)波形圖四 實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容1. 連接電源線，按下電源分路開關(guān)PA、PB；2. 按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；3. 按下“PN”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，PN碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D8閃爍，表示系統(tǒng)工作于PN碼狀態(tài)；4. 用示波器測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（TP109、TP110）的波形，并做記錄。5. 按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)。按下“CMI”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，CMI碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D7閃爍，表示系統(tǒng)工作于CMI碼狀態(tài)；6. 用示波器測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（TP109、TP110、TP111、TP112、TP

16、113、TP114、TP115）的波形，并做記錄。五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 分析偽隨機(jī)碼發(fā)生器的工作原理。2. 分析CMI碼編碼電路的工作原理。3. 比較CLK時(shí)鐘、PN碼、CMI碼的波形。4. 整理實(shí)驗(yàn)記錄，畫出各測(cè)試點(diǎn)的波形圖，并對(duì)每一測(cè)試點(diǎn)的波形加以分析說明。實(shí)驗(yàn)四 光發(fā)送模塊實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解光源的發(fā)光特性。2. 掌握電光變換原理。3. 了解模擬光發(fā)送和數(shù)字光發(fā)送的區(qū)別。二 實(shí)驗(yàn)儀器1. 光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)2. 20MHz示波器1臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)電路光發(fā)送模塊實(shí)驗(yàn)通過光發(fā)送電路將電信號(hào)變換成光信號(hào)，并把光信號(hào)通過光纖傳輸。其核心是發(fā)光器件半導(dǎo)體光源，其工作原理屬于注入電流發(fā)光，因

17、此光發(fā)送電路必須提供適當(dāng)?shù)碾娏?，同時(shí)半導(dǎo)體光源在工作時(shí)動(dòng)態(tài)阻值小，所以光發(fā)送電路應(yīng)盡量提高電光的轉(zhuǎn)換效率。本實(shí)驗(yàn)箱半導(dǎo)體光源采用Agilent（安捷倫）公司的HFBR-1414T，下面先介紹其工作原理和特性。（一） 光發(fā)送器件HFBR-1414T圖4-1 HFBR-1414T的內(nèi)部電路圖1技術(shù)參數(shù)HFBR-1414T是高速、低功耗、線性的電光轉(zhuǎn)換器件，下面是HFBR-1414T的主要技術(shù)特性。Ø 發(fā)射光波長(zhǎng)820nmØ 最高數(shù)據(jù)傳輸速率155MBaudØ 最長(zhǎng)傳輸距離4kmØ 適用光纖：50/125m，60.5/125m，100/140m，200mHCS

18、Ø 工作溫度范圍：:-40+85Ø ST、SC、SMA和FC四種連接頭選擇Ø 8管腳DIP封裝2內(nèi)部電路圖4-1是HFBR-1414T的內(nèi)部電路圖。3管腳分布和功能模塊的管腳分布和功能如圖4-2所示。圖4-2 HFBR-1414T的幾何尺寸及管腳分布圖4功率與注入電流的曲線光功率與注入電流曲線的關(guān)系見圖4-3所示。圖4-3 功率與注入電流的曲線（二） 模擬和數(shù)字電路模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的光發(fā)送電路原理圖見附錄四的“光發(fā)送單元電路原理圖”。輸入的模擬信號(hào)有正弦波、三角波、外輸入信號(hào)和模擬電話，其中正弦波和三角波由正弦、三角波電路產(chǎn)生（見附錄四的“模擬信號(hào)產(chǎn)生電路原理圖

19、”）；外輸入信號(hào)可以來自信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的模擬信號(hào)，在實(shí)驗(yàn)中，外輸入信號(hào)用正弦波模擬，取自TP105和TP GND并輸入外輸入電路（見附錄四的“外輸入電路原理圖”）；模擬電話信號(hào)由電話機(jī)產(chǎn)生。中央處理單元控制四雙向開關(guān)CD4066選擇輸入的模擬信號(hào)。三極管BG403、BG404組成模擬驅(qū)動(dòng)電路。W402是阻值為10k的可調(diào)電位器，實(shí)現(xiàn)輸入阻抗匹配。W401、W403電位器的聯(lián)合調(diào)整以控制注入半導(dǎo)體光源的電流，同時(shí)滿足低輸出阻抗。這三個(gè)電位器在實(shí)驗(yàn)時(shí)一般不需要調(diào)整。K401、K402短接1、3端，構(gòu)成共射極放大電路。輸入的數(shù)字信號(hào)包括脈沖波、方波、CMI、PN、數(shù)字電話和PCM。中央控制處理單元控

20、制8選1數(shù)字選擇器74LS151選擇輸入的數(shù)字信號(hào)，信號(hào)經(jīng)數(shù)字接口電路MC10116送出雙路ECL電平信號(hào)和，然后送給由三極管BG401和BG402組成高速差分驅(qū)動(dòng)電路。PC為自鎖開關(guān)，用于模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的切換。若進(jìn)行數(shù)字信號(hào)光傳輸實(shí)驗(yàn)時(shí)，將自鎖開關(guān)抬起；若進(jìn)行模擬信號(hào)光傳輸實(shí)驗(yàn)時(shí)，將自鎖開關(guān)按下。（三） 實(shí)驗(yàn)說明TP401為數(shù)字信號(hào)輸入到光發(fā)端機(jī)的測(cè)試點(diǎn)，可為脈沖波、方波、PN碼、CMI碼、數(shù)字電話等。TP402為驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光源的數(shù)字信號(hào)。TP404為模擬信號(hào)輸入到光發(fā)端機(jī)的測(cè)試點(diǎn)，可為正弦波、三角波、模擬電話等。TP405為驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光源的模擬信號(hào)。四 實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容注意！跳線時(shí)切

21、忌用力氣過大！光源的ST插頭屬易損件，禁止拔下！排針跳線設(shè)置見附錄三的“排針短路帽設(shè)置表和組合使用說明”。將兩部電話機(jī)插入話機(jī)插座中。（一） 數(shù)字信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)步驟1. 彈開自鎖開關(guān)PC，切換為數(shù)字信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)狀態(tài)；2. 連接電源線，按下電源分路開關(guān)PA、PB；3. 按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；4. 按下“脈沖波”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，脈沖波對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D5閃爍，表示系統(tǒng)工作于脈沖波狀態(tài)；5. 用示波器測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（TP401、TP402）的波形，并做記錄。6. 重復(fù)步驟2、3、4，分別測(cè)出方波、CMI、PN、數(shù)字電話、PCM信號(hào)（觀察PCM信號(hào)之前，請(qǐng)將K203的1、3用短路帽短

22、接）的波形，并做記錄。（二） 模擬信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)步驟1. 關(guān)閉電源分路開關(guān)PA、PB。按下自鎖開關(guān)PC，切換為模擬信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)狀態(tài)；2. 將K102、K103的1、2用短路帽短接3. 按下電源分路開關(guān)PA、PB。電源指示二極管D1、D2、D3、D4亮，說明電源已接通，同時(shí)D401發(fā)光二極管亮；4. 按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；5. 按下“正弦波”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，正弦波對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D13閃爍，表示系統(tǒng)工作于正弦波狀態(tài)；6. 用示波器測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（TP404、TP405、TP406）的波形，并做記錄；7. 重復(fù)步驟3、4、5，分別測(cè)出三角波、外輸入（用外輸入線的鱷魚夾連接外輸入信

23、號(hào)，紅色連接TP105，黑色連接TP GND）、模擬電話信號(hào)（觀察三角波信號(hào)之前，請(qǐng)將K102、K103的1、3用短路帽短接；觀察外輸入信號(hào)之前，請(qǐng)將K601的1、2用短路帽短接，并從插座S601輸入外信號(hào)；觀察模擬電話信號(hào)之前，請(qǐng)將K201的1、3用短路帽短接，按動(dòng)電話機(jī)的按鍵，在測(cè)試點(diǎn)可觀察到雙音多頻的按鍵信號(hào)。）的波形，并做記錄。五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 整理實(shí)驗(yàn)記錄，畫出相應(yīng)的信號(hào)波形。2. 分析光發(fā)送電路的工作原理，說明其工作過程。實(shí)驗(yàn)五 光接收模塊實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解光檢測(cè)器的光電變換原理。2. 理解光接收模塊的作用和接收電路原理。二 實(shí)驗(yàn)儀器1. 光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)2.

24、 20MHz示波器1臺(tái)3. 電話機(jī)2臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)電路光接收電路主要完成光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換、小信號(hào)的檢測(cè)和信號(hào)的恢復(fù)等功能。圖5-1是光接收電路的方框圖。光檢測(cè)模塊采用采用Agilent（安捷倫）公司的HFBR-2416，隔離、放大和接口電路見附錄四的“光接收單元電路原理圖”。光檢測(cè)模塊隔離器放大器輸出接口圖5-1 光接收電路方框圖（一） 光檢測(cè)模塊HFBR-2416HFBR-2416為高性能的光檢測(cè)模塊，其輸出為微弱的模擬信號(hào)，必須進(jìn)行低噪聲放大，才能送到后續(xù)電路進(jìn)行處理。圖5-2 HFBR-2416的內(nèi)部電路圖1 內(nèi)部電路圖5-2是HFBR-2416的內(nèi)部電路圖。HFBR-2416光接收器由

25、一個(gè)高效PIN光電二極管和一低噪聲跨阻前置放大器電路組成。該放大器由于跨阻抗作用使得放大器的帶寬和非線性得到了較大的改善，同時(shí)也獲得了較大的動(dòng)態(tài)范圍。光信號(hào)經(jīng)光電二極管轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，放大后由射極輸出器緩沖輸出。2 管腳分布和功能圖5-3是HFBR-2416的管腳分布和功能的說明。圖5-3 HFBR-2416的管腳分布圖和管腳功能（二） 光接收電路光接收電路原理圖見附錄四的“光接收單元的電路原理圖”，圖中GD701為光接收模塊HFBR-2416。三極管BG701為隔離器，選用9013。U701為主放大器，采用集成電路寬帶互導(dǎo)型放大器MAX435，電路的增益由兩個(gè)阻抗的比值和一個(gè)內(nèi)部設(shè)定的電流

26、增益因子來決定。W701、W702為可變電位器，用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。波形測(cè)試點(diǎn)有TP701、TP702、TP703、TP704。TP705為接收偽隨機(jī)碼輸出，TP706為接收PCM信號(hào)輸出。K70、K71、K72、K73、K74、K75、K76為接收信號(hào)路線選擇方式開關(guān)。四 實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容注意！跳線時(shí)切忌用力氣過大！光源的ST插頭屬易損件，禁止拔下！排針跳線設(shè)置見附錄三的“排針短路帽設(shè)置表和組合使用說明”。將兩部電話機(jī)插入話機(jī)插座中。（一） 數(shù)字信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)步驟1. 彈開自鎖開關(guān)PC，切換為數(shù)字信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)狀態(tài)；2. 連接電源線，按下電源分路開關(guān)PA、PB；3. 按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀

27、態(tài)；4. 按下“脈沖波”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，脈沖波對(duì)應(yīng)的指示二極管D5閃爍，表示系統(tǒng)工作于脈沖波狀態(tài)；5. 用示波器測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（TP701、TP702、TP703、TP704）的波形，并做記錄。6. 重復(fù)步驟3、4、5，分別測(cè)出方波、CMI、PN、數(shù)字電話、PCM信號(hào)（觀察PCM信號(hào)之前，請(qǐng)將K203的1、3用短路帽短接）的波形，并做記錄。（二） 模擬信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)步驟1. 關(guān)閉電源分路開關(guān)PA、PB。按下自鎖開關(guān)PC，切換為模擬信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)狀態(tài)；2. 按下電源分路開關(guān)PA、PB；3. 按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；4. 按下“正弦波”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，正弦波對(duì)應(yīng)的指示二極管D13

28、閃爍，表示系統(tǒng)工作于正弦波狀態(tài)；5. 用示波器測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（TP701、TP702、TP703、TP704）的波形，并做記錄；6. 重復(fù)步驟3、4、5，分別測(cè)出三角波、外輸入（用外輸入線的鱷魚夾連接外輸入信號(hào)，紅色連接TP105，黑色連接TP GND）、模擬電話信號(hào)（觀察三角波信號(hào)之前，請(qǐng)將K102、K103的1、3用短路帽短接；觀察外輸入信號(hào)之前，請(qǐng)將K601的1、2用短路帽短接，并從插座S601輸入外信號(hào)；觀察模擬電話信號(hào)之前，請(qǐng)將K201的1、3用短路帽短接，按動(dòng)電話機(jī)的按鍵，在測(cè)試點(diǎn)可觀察到雙音多頻的按鍵信號(hào)）的波形，并做記錄。（三） 計(jì)算接收電路的放大倍數(shù)選擇任一信號(hào)（如正弦波）

29、，用示波器測(cè)出TP704、TP701的信號(hào)幅度，TP704與TP701的幅度之比即為接收電路的放大倍數(shù)。五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 整理實(shí)驗(yàn)記錄，畫出相應(yīng)的信號(hào)波形。2. 分析光接收電路的工作原理。實(shí)驗(yàn)六 脈沖波、方波、CMI碼、PN碼的光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握CMI譯碼電路的工作原理。2. 了解完整數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。二 實(shí)驗(yàn)儀器1. 光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)2. 20MHz示波器1臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)電路光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3（B）所示，本實(shí)驗(yàn)主要完成各種速率的數(shù)字信號(hào)通過光纖傳輸，傳輸?shù)男盘?hào)包括8kHz脈沖波信號(hào)、16kHz方波信號(hào)、15位偽隨機(jī)碼信號(hào)和CMI碼信號(hào)，

30、偽隨機(jī)碼信號(hào)和CMI碼信號(hào)的產(chǎn)生方法見實(shí)驗(yàn)三，通過光纖傳輸?shù)腃MI信號(hào)在接收端需要解碼，CMI碼信號(hào)解碼方法如下：當(dāng)時(shí)鐘和信碼對(duì)齊時(shí)，如果輸入是“11”和“00”則輸出為“1”，如果輸入為“10”或“01”，則輸出為“0”，圖6-1是CMI信號(hào)的解碼電路原理圖，圖6-2是解碼電路的各點(diǎn)波形圖。圖6-1 CMI解碼電路原理圖四 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟注意！跳線時(shí)切忌用力氣過大！光源的ST插頭屬易損件，禁止拔下！排針跳線設(shè)置見附錄三的“排針短路帽設(shè)置表和組合使用說明”。（一） 觀察各種數(shù)字信號(hào)光傳輸發(fā)送端和接收端的波形，詳細(xì)步驟參見實(shí)驗(yàn)四和實(shí)驗(yàn)五。（二） CMI譯碼電路波形測(cè)試步驟1. 用短路帽將K71短

31、接，按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；2. 按下“CMI”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，CMI碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D7閃爍，表示系統(tǒng)工作于CMI碼狀態(tài)；3. 用示波器測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（TPTP504、TP505、TP506、TP507）的波形，并做記錄。圖6-2 CMI解碼電路各點(diǎn)波形圖五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 整理實(shí)驗(yàn)記錄，畫出相應(yīng)的信號(hào)波形。2. 總結(jié)數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的工作原理，畫出光纖傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。3. 分析CMI譯碼電路的工作原理。實(shí)驗(yàn)七 模擬、數(shù)字電話光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握語(yǔ)音通過光纖信道傳輸?shù)娜^程。2. 熟悉數(shù)字電話、模擬電話的工作原理。二 實(shí)驗(yàn)儀器1. 光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱

32、1臺(tái)；20MHz示波器1臺(tái)2. 電話機(jī)2臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)電路模擬、數(shù)字電話光傳輸實(shí)驗(yàn)是通過光纖傳輸話音信號(hào)，圖7-1是模擬電話和數(shù)字電話的光傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方框圖。模擬電話和數(shù)字電話的光傳輸實(shí)驗(yàn)都采用MH88612作為電話機(jī)接口電路，如果是模擬電話光傳輸實(shí)驗(yàn)，則A端電話（實(shí)驗(yàn)箱左邊的電話）的用戶線接口芯片MH88612輸出的語(yǔ)音信號(hào)直接送入模擬信號(hào)光發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路（附錄四的“光發(fā)送單元電路原理圖”）并通過光纖傳輸，B端電話（實(shí)驗(yàn)箱右邊的電話）的用戶線接口芯片MH88612輸入的語(yǔ)音信號(hào)來自光接收電路，B端電話輸出的語(yǔ)音信號(hào)不經(jīng)過光傳輸系統(tǒng)直接連接到A端MH88612的語(yǔ)音信號(hào)輸入端，這樣就構(gòu)成了完整的模

33、擬電話傳輸系統(tǒng)。A端電話機(jī)用戶線接口電路(MH88612)光發(fā)送電路PCM編碼解碼(TP3067)光接收電路PCM編碼解碼(TP3067)用戶線接口電路(MH88612)B端電話機(jī)模擬語(yǔ)音信號(hào)接收模擬語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)接收B->A模擬語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送B->A數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送圖7-1 模擬電話和數(shù)字電話的光傳輸實(shí)驗(yàn)方框圖如果是數(shù)字電話光傳輸實(shí)驗(yàn)，A端電話的用戶線接口芯片MH88612輸出的語(yǔ)音信號(hào)先送入PCM編碼電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再送入數(shù)字信號(hào)光發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路（附錄四的“光發(fā)送單元電路原理圖”）并通過光纖傳輸，從光接收電路接收的數(shù)字信號(hào)首先送入B端的PCM解碼電

34、路進(jìn)行解碼，然后送入B端的MH88612語(yǔ)音信號(hào)輸入端；B端電話用戶線接口芯片MH88612輸出的語(yǔ)音信號(hào)同樣送入PCM編碼電路進(jìn)行編碼，編碼后的數(shù)字信號(hào)不通過光纖傳輸系統(tǒng)直接送入A端的PCM解碼電路，解碼后的信號(hào)送入A端的用戶線接口芯片MH88612的語(yǔ)音信號(hào)輸入端，這樣就構(gòu)成了完整的數(shù)字電話傳輸系統(tǒng)。用戶線接口芯片MH88612是加拿大Mitel公司生產(chǎn)的交換機(jī)與用戶線接口電路，它采用厚膜制作技術(shù)，具有向用戶恒流饋電、向被叫用戶饋送鈴流、用戶摘機(jī)后自行解除鈴流、摘掛機(jī)的檢測(cè)、音頻或脈沖信號(hào)的識(shí)別、語(yǔ)音信號(hào)的2/4線混合轉(zhuǎn)換和外接振鈴繼電器驅(qū)動(dòng)輸出等功能，其功能框圖如圖7-2所示。圖7-2

35、MH88612功能框圖表7-1是MH88612的引腳說明表7-1 MH88612引腳說明引腳號(hào)引腳名稱說 明1TFTip Feed 連接外部保護(hù)二極管2LPGNDLoop Ground 系統(tǒng)參考地，一般連接到模擬地（AGND）3VRVoice Receive (輸入) 4線語(yǔ)音信號(hào)輸入端4VREFVoltage Reference 參考電壓5VEENegative Power Supply Voltage (-5V) 負(fù)電源6AGNDAnalog Ground (0V). 模擬地7PDPower Denial 高電平時(shí)電源切換到“Tip/Ring”線8VXVoice Transmit 4線語(yǔ)音

36、信號(hào)發(fā)送端9TIP連接用戶電話的“Tip”線10RING連接用戶電話的“Ring”線11RFRing Feed 外部連接至振鈴繼電器12VDDPositive Power Supply Voltage (+5V) 正電源13RCRelay Control (輸入) 振鈴繼電器控制輸入端，高電平有效14RD振鈴繼電器驅(qū)動(dòng)輸出端15RVRing Feed Voltage 用戶線鈴流源輸入端，外部連接至振鈴繼電器16VRLYRelay voltage Supply (+5V) 振鈴繼電器正供電電源17CDClamping Diode 鉗位二極管，連接到模擬地18VBATNegative Batter

37、y Feed Supply Voltage (-48V) 用戶線饋電電壓19CAP連接外部電容20SHKSwitch Hook Detect (輸出). 摘掛機(jī)狀態(tài)檢測(cè)，摘機(jī)時(shí)輸出高電平模擬電話光傳輸系統(tǒng)的電路原理圖見附錄四的“A端模擬、數(shù)字電話單元電路原理圖”和“B端模擬、數(shù)字電話單元電路原理圖”，從圖中可看出，用戶線接口芯片U201、U301的型號(hào)為MH88612。電話機(jī)從A201、A301接入，摘機(jī)時(shí)發(fā)光二極管D201、D301亮，掛機(jī)時(shí)不亮。U201的輸出信號(hào)直接接入模擬光發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行光發(fā)送；U301的輸入信號(hào)直接來自光接收電路；U301的輸出信號(hào)直接接入U(xiǎn)201的輸入。在進(jìn)行模擬

38、電話光傳輸實(shí)驗(yàn)時(shí)，其測(cè)試點(diǎn)為：TP201、TP301語(yǔ)音信號(hào)的模擬輸出；TP205、TP305語(yǔ)音信號(hào)的模擬輸入，TP305是經(jīng)過光傳輸后的接收端的輸入信號(hào)。數(shù)字電話光傳輸系統(tǒng)的電路原理圖見附錄四的“A端模擬、數(shù)字電話單元電路原理圖”和“B端模擬、數(shù)字電話單元電路原理圖”，從圖中可看出，用戶接口芯片與模擬電話光傳輸相同，電話機(jī)從A201、A301接入，摘機(jī)時(shí)發(fā)光二極管D201、D301亮，掛機(jī)時(shí)不亮。PCM編譯碼電路選用集成電路TP3067，其標(biāo)號(hào)為U202、U302，U202編碼輸出的數(shù)字序列送入數(shù)字信號(hào)光發(fā)送電路通過光纖傳輸，U302從光接收電路接收的數(shù)字序列作為其解碼的輸入，TP3067

39、能夠同時(shí)完成PCM編碼和解碼功能，該芯片的詳細(xì)功能在實(shí)驗(yàn)九中詳細(xì)介紹。在進(jìn)行數(shù)字電話光傳輸時(shí)，其測(cè)試點(diǎn)為：TP201、TP301為語(yǔ)音信號(hào)的模擬輸出；TP202、TP302為8kHz幀同步信號(hào)；TP203、TP303為PCM編碼的數(shù)字信號(hào)輸出；TP204、TP304為PCM譯碼的數(shù)字信號(hào)輸入；TP205、TP305為語(yǔ)音信號(hào)的模擬輸入。四 實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容注意！跳線時(shí)切忌用力氣過大！光源的ST插頭屬易損件，禁止拔下！排針跳線設(shè)置見附錄三的“排針短路帽設(shè)置表和組合使用說明”。將兩部電話機(jī)插入話機(jī)插座中。（一） 模擬電話傳輸實(shí)驗(yàn)步驟1. 按下自鎖開關(guān)PC，切換為模擬信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)狀態(tài)；同時(shí)將K201、

40、K202、K301、K302的1、3用短路帽短接；將K74短接；將K101的1、2短接；2. 按下電源分路開關(guān)PA、PB；3. 按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；4. 按下“模擬電話”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，模擬電話對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D11閃爍，表示系統(tǒng)工作于模擬電話狀態(tài)；5. 摘機(jī)進(jìn)行兩人通話實(shí)驗(yàn)，用示波器測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（TP201、TP301、TP205、TP305）的波形（由于話音信號(hào)的波形比較復(fù)雜，所以可選用雙音多頻的按鍵音來觀察測(cè)試點(diǎn)的波形），并做記錄。（二） 數(shù)字電話傳輸實(shí)驗(yàn)步驟1. 關(guān)閉電源分路開關(guān)PA、PB。彈出自鎖開關(guān)PC，切換為數(shù)字信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)狀態(tài)；同時(shí)將K201、K202、

41、K301、K302的1、2用短路帽短接；將K75短接；將K101的1、3短接；2. 按下電源分路開關(guān)PA、PB；3. 按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；4. 按下“數(shù)字電話”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，數(shù)字電話對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D9閃爍，表示系統(tǒng)工作于數(shù)字電話狀態(tài)；5. 摘機(jī)進(jìn)行兩人通話實(shí)驗(yàn)，用示波器測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（TP201、TP202、TP203、TP204、TP205、TP301、TP302、TP303、TP304、TP305）的波形（由于話音信號(hào)的波形比較復(fù)雜，所以可選用雙音多頻的按鍵音來觀察測(cè)試點(diǎn)的波形），并做記錄。五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 整理實(shí)驗(yàn)記錄，畫出相應(yīng)的信號(hào)波形。2. 總結(jié)語(yǔ)音模擬

42、光纖傳輸系統(tǒng)的工作過程。3. 總結(jié)語(yǔ)音數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的工作過程。4. 根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)思想，設(shè)計(jì)出一套雙向電話光纖通信系統(tǒng)，畫出組成結(jié)構(gòu)框圖。5. 分析模擬電話和數(shù)字電話的電路工作原理，并分析各設(shè)置開關(guān)的作用。實(shí)驗(yàn)八 三角波、正弦波的光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解模擬信號(hào)光纖系統(tǒng)的通信原理。2. 了解模擬信號(hào)正弦波、三角波產(chǎn)生原理。3. 模擬信號(hào)濾波、放大原理。二 實(shí)驗(yàn)儀器1. 光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)2. 20MHz示波器1臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)電路光纖模擬通信方框圖見圖2-3（A）。在光纖模擬通信中，模擬信號(hào)正弦波和三角波由電路產(chǎn)生，圖8-1是正弦波和三角波產(chǎn)生電路原理圖。正弦波和三角波產(chǎn)生

43、采用了函數(shù)發(fā)生器集成電路ICL8038，它可以同時(shí)輸出方波、三角波和正弦波。圖8-1 函數(shù)發(fā)生器ICL8038功能圖函數(shù)發(fā)生器ICL8038的電路結(jié)構(gòu)如圖8-1所示，它共有5個(gè)組成部分。2個(gè)電流源的電流分別為Is1和Is2，且Is1 = I，Is2 = 2I，兩個(gè)電壓比較器1#和2#的閾值電壓分別為1/3V+和1/3V-，它們的輸入電壓等于電容兩端的電壓uc，輸出電壓分別控制RS觸發(fā)器的S端和R端，RS觸發(fā)器的輸出端Q用來控制電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容C的充放電；2個(gè)緩沖放大器用于隔離波形發(fā)生電路和負(fù)載，使三角波和矩形波輸出端的輸出電阻足夠小，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力；正弦波轉(zhuǎn)換把三角波變正弦波以獲得正弦波

44、信號(hào)。函數(shù)發(fā)生器ICL8038的工作原理如下：當(dāng)給ICL8038 接通電源時(shí)，電容C的電壓為0V，兩電壓比較器的輸出電壓均為低電平，因而RS觸發(fā)器的輸出Q為低電平，為高電平，使電子開關(guān)斷開，電流源Is1對(duì)電容充電，充電電流為I，因充電電流是恒流,，所以電容上電壓uc隨時(shí)間的增長(zhǎng)而線性上升。uc的上升使RS觸發(fā)器的R端從低電平躍變?yōu)楦唠娖?，但其輸出不變，一直到uc上升到1/3V+時(shí)，電壓比較器1#的輸出電壓躍變?yōu)楦唠娖剑琎才變?yōu)楦唠娖?，?dǎo)致電子開關(guān)閉合，電容C開始放電，放電電流為Is2-Is1 = I，因放電電流是恒流，所以電容上電壓uc隨時(shí)間的增長(zhǎng)而線性下降。uc的下降雖然使RS觸發(fā)器的S端從

45、高電平躍變?yōu)榈碗娖?，但其輸出不變。一直到uc下降到1/3V-，使電壓比較器的輸出電壓躍變?yōu)榈碗娖剑琎才變?yōu)榈碗娖?，電子開關(guān)斷開，電容C又開始充電。重復(fù)上述過程，電路產(chǎn)生了自激振蕩。由于充電電流與放電電流數(shù)值相等，因而電容上電壓為對(duì)稱三角波形，Q和為方波，經(jīng)緩沖放大器輸出。三角波電壓通過三角波變正弦波電路輸出正弦波電壓。通過以上分析可知，改變電容C的數(shù)值，就改變了充放電時(shí)間，因此可改變其頻率。ICL8038的8腳為掃頻輸入端，改變其輸入電壓就可以改變其振蕩頻率，本實(shí)驗(yàn)的正弦波和三角波頻率的改變就是通過改變其掃頻輸入電壓而實(shí)現(xiàn)的。4、5腳用于改變方波的占空比，9腳為方波輸出端，2腳是正弦波輸出端，

46、3腳是三角波輸出端。ICL8038輸出正弦波經(jīng)放大后輸出。調(diào)節(jié)幅度調(diào)節(jié)電位器可以改變正弦波和三角波的輸出幅度。附錄四的“模擬輸出電路原理圖”是光接收端模擬輸出電路原理圖，輸出首先經(jīng)過二階有源濾波器進(jìn)行濾波，然后經(jīng)放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，最后通過LM386組成的功率放大電路輸出。調(diào)節(jié)電位器W501、W502可改變模擬輸出電路的放大倍數(shù)。附錄四的“外輸入電路原理圖”是外輸入信號(hào)處理電路原理圖，外輸入信號(hào)可以有信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，本實(shí)驗(yàn)的外輸入信號(hào)由實(shí)驗(yàn)箱的正弦波產(chǎn)生，外輸入信號(hào)首先經(jīng)過電壓跟隨器增加驅(qū)動(dòng)能力，然后通過放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，調(diào)節(jié)W601可以改變外輸入模擬信號(hào)的放大倍數(shù)。四 實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)

47、容注意！跳線時(shí)切忌用力氣過大！光源的ST插頭屬易損件，禁止拔下！排針跳線設(shè)置見附錄三的“排針短路帽設(shè)置表和組合使用說明”。（一） 觀察各種模擬信號(hào)的波形，具體步驟請(qǐng)參見實(shí)驗(yàn)四、五。（二） 正弦波輸出電路波形測(cè)試步驟1. 按下自鎖開關(guān)PC，切換為模擬信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)狀態(tài)；用短路帽將K72短接；2. 按下電源分路開關(guān)PA、PB；3. 按下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；4. 按下“正弦波”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，正弦波對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D13閃爍，表示系統(tǒng)工作于正弦波狀態(tài)；5. 用示波器測(cè)出圖中各測(cè)試點(diǎn)（TP501、TP502、TP503）的波形，并做記錄；6. 調(diào)節(jié)正弦波的輸出幅度和頻率，觀察波形的變化情

48、況，計(jì)算模擬輸出電路的放大倍數(shù)。7. 觀察正弦信號(hào)經(jīng)過濾波（將K501的1、2短接、K502的1、3短接）和沒有濾波電路（將K501的1、3短接、K502的1、2短接）的波形，并測(cè)試二階有源濾波器的帶寬。五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 整理實(shí)驗(yàn)記錄，畫出相應(yīng)的信號(hào)波形。2. 分析模擬信號(hào)輸出電路和外輸入模擬信號(hào)電路工作原理。實(shí)驗(yàn)九 PCM光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解語(yǔ)音信號(hào)的編譯碼工作原理。2. 驗(yàn)證PCM編譯碼原理。3. 了解PCM專用大規(guī)模集成電路的工作原理和應(yīng)用。4. 了解語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化技術(shù)的主要指標(biāo)及測(cè)試方法。二 實(shí)驗(yàn)儀器1. 光纖通信傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)2. 20MHz示波器1臺(tái)3.

49、頻率計(jì)1臺(tái)（可選）三 實(shí)驗(yàn)電路（一） 概述脈沖編碼（Pulse-Code Modulation，PCM）技術(shù)已經(jīng)在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于超大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，PCM通信設(shè)備在縮小體積、減輕重量、降低功耗、簡(jiǎn)化調(diào)試以及方便維護(hù)等方面都有了顯著的改進(jìn)。目前，數(shù)字電話終端機(jī)的關(guān)鍵部件如編譯碼器和話路濾波器等都實(shí)現(xiàn)了集成化。本實(shí)驗(yàn)是采用這些產(chǎn)品編排的PCM編譯碼光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，以期讓實(shí)驗(yàn)者了解通信專用大規(guī)模集成電路在光纖傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用。PCM光纖傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖9-1所示。實(shí)驗(yàn)的輸入信號(hào)采用正弦波模擬音頻信號(hào)（實(shí)驗(yàn)時(shí)注意正弦波的幅度和頻率）。圖9-1 PCM光纖傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意

50、圖（二） PCM編譯碼原理為適應(yīng)語(yǔ)音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，實(shí)用的PCM編譯碼必須是非線性的。目前，國(guó)際上采用的均是折線近似的對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性。CCITT規(guī)定以13段折線近似的A律(A=87.56)和15段折線近似的律(255)作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這種折線近似壓擴(kuò)特性是分成段落碼和段內(nèi)碼，段落采用非均勻劃分方法，小信號(hào)對(duì)應(yīng)的段落范圍小，各段落間量階關(guān)系都是2的倍數(shù)，用3位二進(jìn)制表示；各段落內(nèi)均勻量化成16級(jí)，用4位二進(jìn)制表示，這有利于用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)非線性編碼和譯碼，同時(shí)也改善了小信號(hào)時(shí)的信號(hào)量噪比。（三）PCM編譯碼器芯片TP3067本實(shí)驗(yàn)PCM編譯碼器采用了TP3067專用大規(guī)模集成電路，它是CMOS工藝制造

51、的單片PCM A/律編譯碼器，并且片內(nèi)帶有輸入輸出話路濾波器。TP3067的內(nèi)部組成框圖如圖9-2所示。圖9-2 TP3067的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖9-3 TP3067管腳圖圖9-3是TP3067的管腳圖，表9-1是TP3067的管腳說明：表9-1是TP3067的管腳說明引腳號(hào)引腳名稱說 明1VPO+接收功放的同相輸出2GNDA模擬地，所有信號(hào)以這個(gè)引腳為參考點(diǎn)。3VPO-接收功放的反相輸出4VPI接收功放的反相輸入5VFRO接收濾波器的模擬輸出6VCC正電源引腳。VCC=+5V±5%7FSR接收部分的8kHz幀同步時(shí)隙信號(hào)8DRPCM碼流解碼輸入9BCLKR/CLKSEL接收數(shù)據(jù)(DR)

52、時(shí)鐘，F(xiàn)SR的上升沿，可以從64kHz變化到2.048MHz。邏輯輸入可以交替地選擇在同步模式下提供給主時(shí)鐘的1.536MHz/1.554MHz或2.048MHz，BCLKX用于傳輸和接收10MCLKR/PDN接收主時(shí)鐘。1.544MHz或2.048MHz?？梢耘cMCLKX同步，但最好是在最佳性能時(shí)與MCLKX同步。在MCLKR持續(xù)低時(shí)，全部?jī)?nèi)部定時(shí)選擇MCLKX。在MCLKR持續(xù)高時(shí)，器件處于低功耗狀態(tài)11MCLKX傳輸主時(shí)鐘必須是1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz?？梢耘cMCLKR同步12BCLKX傳輸數(shù)據(jù)(DX)位時(shí)鐘, 固定速率工作模式下為2048kHz?？梢詮?4K

53、Hz變化到2.048MHz,但必須與MCLKX同步13DX編碼數(shù)據(jù)輸出，通過FSX使能14FSX發(fā)送部分的8kHZ幀同步時(shí)隙信號(hào)15TSX漏極開路輸出，在編碼器時(shí)隙內(nèi)為低脈沖16ANLB控制輸入的模擬回路。操作時(shí)必須置邏輯“0”17GSX發(fā)送輸入放大器的模擬輸出，用來在外部調(diào)節(jié)增益18VFXI-發(fā)送輸入放大器的反相輸入19VFXI+發(fā)送輸入放大器的同相輸入20VBB負(fù)電源引腳。VBB=-5V±5%（四） 定時(shí)部分 TP3067編譯碼器所需的定時(shí)脈沖均由信號(hào)發(fā)生器電路部分提供，其中包括主時(shí)鐘2048kHz和幀定時(shí)8kHz信號(hào)。為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的編譯碼部分公用一個(gè)定時(shí)源，以確保收發(fā)時(shí)隙的同步。在實(shí)際的PCM光纖傳輸系統(tǒng)中，需增加一個(gè)同步系統(tǒng)來保證收發(fā)同步，電路圖參見實(shí)驗(yàn)七。各測(cè)試點(diǎn)說明：TP601：輸入的原始音頻信號(hào)；TP602：放大后的輸入信號(hào)；TP203：PCM編碼輸出；TP204：PCM解碼輸入；TP205：PCM解碼輸出，動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試和頻率特性測(cè)試輸出信噪比測(cè)試點(diǎn)；TP406：光發(fā)送測(cè)試點(diǎn)；TP704：光接收測(cè)試點(diǎn)。四 實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容注意！跳線時(shí)切忌用力