通信原理实验指导书.pdf

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1、 通信原理实验指导书（选修）电子与信息工程学院 巩荣芬 储茂祥 主编 现代通信原理实验指导书 1 前前 言言 通信原理课程是一门理论性与实践性都很强的专业基础课。如何加强理论课程的学习，加深学生对本课程中的基本理论知识及其基本概念的理解，提高学生理论联系实际的能力，如何培养学生实践动手能力和分析解决通信工程中实际问题的能力是通信原理教学的当务之急。而通信原理实验课程就是一种重要的教学手段和途径。本通信原理实验指导书将通信原理的基础知识灵活地运用在实验教学环节中。本实验指导书力求讲解的电路原理清楚，重点突出；其实验内容的安排合理、丰富，并具有一定的代表性。同时，注重理论分析与实际动手相结合，以理

2、论指导实践，以实践来验证基本原理，旨在提高学生分析问题、解决问题的能力及动手能力，并通过有目的地选择完成综合性实验和设计性实验项目及二次开发，使学生进一步巩固理论基本知识，建立完整的通信系统的概念。总之，不论是基本原理的验证性实验还是通信系统的综合性实验都会加深学生对基本知识的理解和渗透，提高他们的动手操作能力，以更好的适应时代发展的需要。本书中的实验是选修实验，供学有余力的同学在课下完成。现代通信原理实验指导书 2 目目 录录 前前 言言.1 目目 录录.2 实验一 信号源实验实验一 信号源实验.3 实验二 终端实验实验二 终端实验.7 实验三 频谱分析实验实验三 频谱分析实验.11 实验四

3、 常规双边带调幅与解调实验实验四 常规双边带调幅与解调实验.17 实验五 脉冲幅度调制与解调实验实验五 脉冲幅度调制与解调实验.24 实验六 脉冲编码调制与解调实验实验六 脉冲编码调制与解调实验.29 实验七 ASK调制与解调实验实验七 ASK调制与解调实验.36 实验八 锁相环与频率合成实验实验八 锁相环与频率合成实验.42 实验九 码型变换实验实验九 码型变换实验.49 实验十 信道模拟实验实验十 信道模拟实验.57 实验十一 频带传输系统实验（综合性实验）实验十一 频带传输系统实验（综合性实验）.65 实验十二 实验十二 CDMA移动通信系统实验（综合性实验）移动通信系统实验（综合性实验

4、）.69 实验十三 计算机数据通信实验（设计性实验）实验十三 计算机数据通信实验（设计性实验）.75 参考文献参考文献.92 现代通信原理实验指导书 3 实验一 信号源实验 实验一 信号源实验 一、实验目的 一、实验目的 1、了解频率连续变化的各种波形的产生方法。2、了解 NRZ 码、方波、正弦波等各种信号的频谱。3、理解帧同步信号与位同步信号在整个通信系统中的作用。4、熟练掌握信号源模块的使用方法。二、实验内容二、实验内容 1、观察频率连续可变信号发生器输出的各种波形及 7 段数码管的显示。2、观察点频方波信号的输出。3、观察点频正弦波信号的输出。4、拨动拨码开关，观察码型可变 NRZ 码的

5、输出。5、观察位同步信号和帧同步信号的输出。6、观察 NRZ 码、方波、正弦波、三角波、锯齿波的频谱。三、实验仪器三、实验仪器 1、信号源模块 2、20M 双踪示波器 一台 3、频率计 一台 4、信号发生器 一台 5、连接线 若干 四、实验原理 四、实验原理 信号源模块可以大致分为模拟部分和数字部分，分别产生模拟信号和数字信号。1、模拟信号源部分1、模拟信号源部分 模拟信号源部分可以输出频率和幅度任意改变的正弦波（频率变化范围 100Hz10KHz）、三角波（频率变化范围 100Hz1KHz）、方波（频率变化范围 100Hz10KHz）、锯齿波（频率变化范围 100Hz1KHz）以及 32KH

6、z、64KHz 的点频正弦波（幅度可以调节），各种波形的频率和幅度的调节方法请参考实验步骤。该部分电路原理框图如图1-1所示。图 1-1 模拟信号源部分原理框图 图 1-1 模拟信号源部分原理框图 在实验前，我们已经将各种波形在不同频段的数据写入了数据存储器 U04,并存放在 现代通信原理实验指导书 4 固定的地址中。当单片机 U03 检测到波形选择开关和频率调节开关送入的信息后，一方面通过预置分频器调整 U01 中分频器的分频比(分频后的信号频率由数码管 SM01SM04显示)；另一方面根据分频器输出的频率和所选波形的种类，通过地址选择器选中数据存储器 U04 中对应地址的区间，输出相应的数

7、字信号。该数字信号经过 D/A 转换器 U05和开关电容滤波器 U06 后得到所需模拟信号。2、数字信号源部分 2、数字信号源部分 数字信号源部分可以产生多种频率的点频方波、NRZ码（可通过拨码开关SW01、SW02、SW03 改变码型）以及位同步信号和帧同步信号。绝大部分电路功能由 U01 来完成，通过拨码开关 SW04、SW05 可改变整个数字信号源位同步信号和帧同步信号的速率，该部分电路原理框图如图 1-2 所示。图 1-2 数字信号源部分原理框图 图 1-2 数字信号源部分原理框图 晶振出来的方波信号经 3 分频后分别送入分频器和另外一个可预置分频器分频，前一分频器分频后可得到 102

8、4KHz、256KHz、64KHz、32KHz、8KHz 的方波。可预置分频器的分频值可通过拨码开关 SW04、SW05 来改变，分频比范围是 19999。分频后的信号即为整个系统的位同步信号（从信号输出点“BS”输出）。数字信号源部分还包括一个 NRZ码产生电路，通过该电路可产生以 24 位为一帧的周期性 NRZ 码序列，该序列的码型可通过拨码开关 SW01、SW02、SW03 来改变。在后继的码型变换、时分复用、CDMA 等实验中，NRZ 码将起到十分重要的作用。五、实验步骤五、实验步骤 1、将信号源模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按

9、下开关 POWER1、POWER2，发光二极管 LED01、LED02 发光，按一下复位键，信号源模块开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、模拟信号源部分 观察“32K 正弦波”和“64K 正弦波”输出的正弦波波形，调节对应的电位器的“幅度调节”可分别改变各正弦波的幅度。按下“复位”按键使 U03 复位，波形指示灯“正弦波”亮，波形指示灯“三角波”、“锯齿波”、“方波”以及发光二极管 LED07 灭，数码管 SM01SM04 显示“2000”。按一下“波形选择”按键，波形指示灯“三角波”亮（其它仍熄灭），此时信 现代通信原理实验指导

10、书 5 号输出点“模拟输出”的输出波形为三角波。逐次按下“波形选择”按键，四个波形指示灯轮流发亮，此时“模拟输出”点轮流输出正弦波、三角波、锯齿波和方波。将波形选择为正弦波时（对应发光二极管亮），转动“频率调节”的旋转编码器，可改变输出信号的频率，观察“模拟输出”点的波形，并用频率计查看其频率与数码管显示的是否一致。转动对应电位器“幅度调节”可改变输出信号的幅度，幅度最大可达 5V 以上。（注意:发光二极管 LED07 熄灭，转动旋转编码器时，频率以 1Hz 为单位变化；按一下旋转编码器，LED07 亮，此时旋转旋转编码器，频率以 50Hz 为单位变化；再按一下旋转编码器，LED07 熄灭，频

11、率再次以 1Hz 为单位变化）将波形分别选择为三角波、锯齿波、方波，重复上述实验。电位器W02用来调节开关电容滤波器U06的控制电压，电位器W01用来调节D/A转换器 U05 的参考电压，这两个电位器在出厂时已经调好，切勿自行调节。4、数字信号源部分 拨码开关 SW04、SW05 的作用是改变分频器的分频比（以 4 位为一个单元，对应十进制数的 1 位，以 BCD 码分别表示分频比的千位、百位、十位和个位），得到不同频率的位同步信号。分频前的基频信号为2MHz，分频比变化范围是19999，所以位同步信号频率范围是 200Hz2MHz。例如，若想信号输出点“BS”输出的信号频率为 15.625K

12、Hz，则需将基频信号进行 128 分频，将拨码开关SW04、SW05 设置为 00000001 00101000，就可以得到 15.625KHz 的方波信号。拨码开关 SW01、SW02、SW03 的作用是改变 NRZ 码的码型。1 位拨码开关就对应着 NRZ 码中的一个码元，当该位开关往上拨时，对应的码元为 1，往下拨时，对应的码元为 0。将拨码开关 SW04、SW05 设置为 00000001 00101000，SW01、SW02、SW03 设置为 01110010 00110011 10101010，观察 BS、2BS、FS、NRZ 波形。改变各拨码开关的设置，重复观察以上各点波形。观察

13、 1024K、256K、64K、32K、8K 各点波形（由于时钟信号为晶振输出的 24MHz方波，所以整数倍分频后只能得到的 1000K、250K、62.5K、31.25K、7.8125K信号，电路板上的标识为近似值，这一点请注意）。将拨码开关 SW04、SW05 设置为 00000001 00101000，观察伪随机序列 PN15、PN31、PN511 的波形。改变拨码开关 SW04、SW05 的设置，重复观察以上各点波形。六、输入、输出点参考说明六、输入、输出点参考说明 1、输出点说明 模拟输出：波形种类、幅度、频率均可调节。各种波形的频率变化范围如下：正弦波：100Hz10KHz 三角波

14、：100Hz1KHz 锯齿波：100Hz1KHz 方 波：100Hz10KHz 32KHz 正弦波：31.25KHz 正弦波输出点。（幅度最大可达 5V 以上）64KHz 正弦波：62.5KHz 正弦波输出点。（幅度最大可达 5V 以上）现代通信原理实验指导书 6 数字输出：8K：7.8125KHz 方波输出点。32K：31.25KHz 方波输出点。64K：62.5KHz 方波输出点。256K：250KHz 方波输出点。1024K：1000KHz 方波输出点。BS：位同步信号输出点。（方波，频率可通过拨码开关 SW04、SW05 改变）2BS：2 倍位同步信号频率方波输出点。FS：帧同步信号输

15、出点。（窄脉冲，频率是位同步频率的二十四分之一）NRZ：24 位 NRZ 码输出点。（码型可通过拨码开关 SW01、SW02、SW03 改变，码速率和位同步信号频率相同）PN15：N24115 的 m 序列输出点。PN31：N25131 的 m 序列输出点。PN511：N291511 的 m 序列输出点。七、实验报告要求七、实验报告要求 1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。现代通信原理实验指导书 7 实验二 终端实验 实验二 终端实验 一、实验目的 一、实验目的 1、了解终端在整个通信系统中的作用。2、了解通信系统的

16、质量优劣受哪些因素影响。3、掌握终端模块的使用方法。二、实验内容二、实验内容 1、将原始数字基带信号和接收到的数字信号送入终端模块，观察发光二极管的显示，判断是否出现误码。2、将接收到的模拟信号送入终端模块，用耳机收听还原出来的信号，从而对整个通信系统信号传输质量做出结论。三、实验仪器三、实验仪器 1、信号源模块 2、终端模块 3、20M 双踪示波器 一台 4、立体声耳机 一副 5、频率计 一台 6、信号发生器 一台 7、连接线 若干 四、实验原理四、实验原理 通信系统的质量优劣在很大程度上取决于接收系统的性能，原因是影响信息可靠传输的不利因素，如信道特性的不理想及信道中存在噪声等，将直接作用

17、到接收端，从而对信号接收产生影响。在通信系统中，如果没有任何干扰以及其它可能的畸变，则发送的消息就一定能够被无差错地做出相应的判决，但是，这种理想情况是不可能发生的。实际上，由于噪声和畸变的作用，必然会造成错误的接收。本实验箱中的终端模块的主要功能有两个：一是将原始的数字基带信号与接收到的数字信号分别用发光二极管同时显示，根据两组发光二极管的亮灭情况来判断接收到的数字信号中是否出现了误码，进而判断整个通信系统通信质量的好坏；另一个是将接收到的模拟信号经耳机转换为语音信号，通过与原始语音信号声音质量的对比来判断系统通信的好坏。因此，整个终端模块也相应地分成两个部分，即终端数字部分和终端模拟部分，

18、该部分原理框图如图 2-1 所示：图 2-1 终端原理框图 图 2-1 终端原理框图 现代通信原理实验指导书 8 1、音频信号产生 1、音频信号产生 音频信号有两种：一是由单放机输出的音频信号，该信号在输入前已经过放大，故可以直接输出（由 T-OUT1 输出），也可以经过 LM386 再放大后由 T-OUT2 输出；另一种音频信号是由实验箱所配带话筒立体声耳机的话筒部分输入的语音信号，该信号功率太小，必须经过 LM386 的放大后由 T-OUT2 输出。电路原理图如图 2-2 所示。图 2-2 音频功放电路图 1 图 2-2 音频功放电路图 1 2、终端模拟部分 2、终端模拟部分 将接收到的模

19、拟信号从 R-IN 输入，分压后再经 E07（10uF）滤除其直流成分，然后送入音频功率放大器 U05（LM386）放大后由实验箱所配耳机输出。电路原理图如图2-3 所示。图 2-3 音频功放电路图 2 图 2-3 音频功放电路图 2 3、终端数字部分 3、终端数字部分 本实验中数字基带信号的接收与发送均为串行通信，每一帧为 24 位。实验时将接收到的数字信号、位同步信号、帧同步信号分别从输入点“DATA2”、“BS2”、“FS2”送入 U04，它为一可编程逻辑器件，通过其经串/并转换后由发光二极管 D25D48 分别显示；然后再将原始数字基带信号、位同步信号、帧同步信号分别从输入点“DATA

20、1”、“BS1”、“FS1”送入 U04，经串/并转换后由发光二极管 D01D24 分别显示。通过比较这两组发光二极管的亮灭情况，就可以直观判断接收到的数字信号是否出现了误码。两组数字信号的串/并转换均在 U04 内部完成，其工作原理如下：以位同步信号 现代通信原理实验指导书 9 为时钟，数字信号逐位移入三片串联的 74164（八位移位寄存器，三级串联后可保存24 位数据），三片 74164 的输出脚分别连至三片 74374（八上升沿 D 触发器）的输入端，当帧同步信号的上升沿到来时，一帧完整的数字信号（24 位）恰好全部移入三片74164，此时三片 74374 开始读数，24 位数字信号被读

21、入 24 个 D 触发器的 D 端。因为帧同步信号的高电平维持时间小于一位码元的宽度，所以帧同步信号每来一个上升沿时，74374 只能从外部读入一位数据，其它时间处于锁存状态，从而避免了数据的错误读写。读入 D 端的数据在触发器时钟的控制下从 Q 端输出驱动发光二极管，从而实现数据传输的串/并转换。同理，实现数据传输的并/串转换也采用类似的电路，在此不再重述。特别值得注意的是，送入终端模块的数字信号必须是以 24 位为一帧的周期性信号。五、实验步骤五、实验步骤 1、将信号源模块、终端模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的开关

22、POWER1、POWER2，对应的发光二极管 LED01、LED02 发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、音频信号的产生实验 将带话筒立体声耳机的话筒插入话筒插座（TRANSMITTER），对着话筒说话，用双踪示波器观测测试点 T-OUT1、T-OUT2 波形，并比较两测试点波形的区别。调节“音量调节 1”旋钮，观测波形变化。用单放机代替话筒，重复上述实验（选做）。4、模拟信号接收实验 连接信号源模块的模拟输出与终端模块的模拟信号输入点“R-IN”，将耳机插入耳机插座，调节信号源产生的模拟

23、信号的频率，听听耳机里面的声音发生了什么变化？连接测试点 T-OUT2 和 R-IN，将话筒和耳机分别插入话筒（TRANSMITTER）插座、耳机（EARPHONE）插座中，对着话筒说话，并调节“音量调节 1”旋钮、“音量调节 2”旋钮，听听耳机能否无差错地还原语音。5、数字信号接收实验 关闭所有电源，将信号源模块中的拨码开关 SW01SW05 设置为非全 0 或非全 1状态，用连接线按如下接法连接各点：信号源模块 终端模块 NRZ DATA1、DATA2 BS BS1、BS2 FS FS1、FS2 打开各模块电源，按一下终端模块的“复位”开关，使 U04 复位，观察 D01D24 和 D25

24、D48 这两组发光二极管上下各对应位的亮灭情况是否一致。改变信号源模块拨码开关的设置，再次观察两组发光二极管的亮灭情况。6、值得注意的是，在这里我们做的都是最简单的信号接收实验，在后继的实验中，终端模块将作为衡量通信系统传输质量好坏的工具，希望同学们能够灵活使用。现代通信原理实验指导书 10 六、输入、输出点参考说明六、输入、输出点参考说明 1、输入点参考说明 DATA1：第 1 路数字信号输入点。BS1：第 1 路数字信号的位同步信号输入点。FS1：第 1 路数字信号的帧同步信号输入点。DATA2：第 2 路数字信号输入点。BS2：第 2 路数字信号的位同步信号输入点。FS2：第 2 路数字

25、信号的帧同步信号输入点。R-IN：模拟信号输入点（耳机输入点）。2、输出点参考说明 T-OUT1：模拟信号输出点（话筒输出点 1）。T-OUT2：模拟信号输出点（话筒输出点 2）。R-OUT：模拟信号输出点（耳机输出点）。七、实验报告要求七、实验报告要求 1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。现代通信原理实验指导书 11 实验三 频谱分析实验 实验三 频谱分析实验 一、实验目的一、实验目的 1、通过对输入模拟信号频谱的观察和分析，加深对傅里叶变换和信号频率特性的理解。2、掌握频谱分析模块的使用方法。二、实验内容二、实验

26、内容 1、将信号源输出的模拟信号输入本模块，观察其频谱。2、将其它模块输出的模拟信号输入本模块，观察其频谱。三、实验仪器三、实验仪器 1、频谱分析模块 2、信号源模块 3、其它功能模块 4、20MHz 双踪示波器 一台 5、频率计 一台 6、信号发生器 一台 7、连接线 若干 四、实验原理四、实验原理 频域分析常常比时域分析更优越，不仅简单，而且易于分析复杂的信号。1822 年，法国工程师傅里叶（Fourier）指出，一个任意函数 x（t）都可以被分解为无穷多个不同频率正弦信号的和，这即是频谱分析的基本概念。傅里叶分析方法相当于光谱分析中的三棱镜，而信号 x（t）相当于一束白光，将 x（t）“

27、通过”傅里叶分析后得到信号的“频谱”。傅里叶变换是在以时间为自变量的“信号”与频率为自变量的“频谱”函数之间的某种变换关系。但用较精确的数字方法，即 DFT(离散傅立叶变换)进行谱分析，在FFT 出现前是不切实际的。这是因为 DFT 计算量太大。问题的关键是如何巧妙地利用W 因子的周期性及对称性，导出一个高效的快速算法。这一算法最早由 J.W.Cooley 和J.W.Turkey 于 1965 年提出。Cooley 和 Tukey 提出的快速傅里叶变换算法（Fast Fourier Transform，FFT）使 N 点 DFT 的乘法计算量由 N2次降为2log2NN次。以 N=1024 为

28、例，计算量降为 5120 次，仅为原来的 4.88。因此人们公认这一重要发现的问世是数字信号处理发展史上的一个转折点。本实验采用的是按频率抽样（DIF）基 2FFT 算法，该算法将代表频域的输出序列 X（k）的序号 k 按奇、偶分开。先将 X（n）按 n 的顺序分成前后两半。前半子序列 )(nx 0n12N 后半子序列 )2(Nnx+0n12N 则由定义 =+=WnxWnxWnxkXnkNnkNnkNNNnNnNn1212010)()()()(现代通信原理实验指导书 12 =+120120)2()2()(NnNnWNnxWnxkNnNnkN k0，1，N1 因为2()2221(1)NNNjkj

29、NNNkWeeW=，则 =+=+=120120)2()1()()2()()(2NnkNnWNnxnxWNnxWnxkXnkNnkNkNN k0，1，N1 由)1()2(=kWkNN可以看出，当 k 为偶数时，1)1(=k，k 为奇数时，1)1(=k。为此按 k 的奇偶可将 X(k)分为两部分，令 k=2r 及 k=2r+1，r=0，1，2，12N 则 =+=+=120120222)2()()2()()2(NnNnWNnxnxWNnxnxrXnrNnrN WWNnxnxWNnxnxrXnrNnNnrNNnNn2)12(2120120)2()()2()()12(=+=+=+（31）式为输入序列前一

30、半和后一半之和的 N/2 点离散傅里叶变换；（32）式为输入序列的前一半和后一半之差与WnN之积的 N/2 点离散傅里叶变换。令 +=+=WNnxnxnxNnxnxnxnN)2()()()2()()(210,1,n=12N （33）则 =12012)()2(NnWnxrXnrN（31）（32）现代通信原理实验指导书 13 =+12022)()12(NnWnxrXnrN 0,1,r=12N（33）式的运算关系可以用图 3-1 所示的蝶形运算来表示。这样，我们就将一点的 DFT 按频率 k 的奇偶分解为两个新序列的2N点的 DFT。)(nx )2()(Nnxnx+WnN )2(Nnx+WNnxnx

31、nN)2()(+图图 3-1 频率抽取法的蝶形运算频率抽取法的蝶形运算 由于 N2，N/2 仍是一个偶数，因此可以将 N/2 点的 DFT 的输出再分解为偶数组与奇数组。这样就将 N/2 点的 DFT 进一步分解为 2 个 N/4 点的 DFT。这两个 N/4 点 DFT的输入也是将 N/2 点 DFT 的输入上下对半分开，通过蝶形运算而形成，情况和第一步分解相同。这样的分解可一直进行下去，直到分解步以后变成了求 N/2 个两点的 DFT为止。而这 N/2 个两点的 DFT 计算结果（共 N 个值）就是 x（n）的 N 点 DFT 的结果X（k）。在本实验箱中，模拟信号从 S-IN 输入，经过

32、低通滤波以后，通过用拨码开关 SW01进行选择的通道（拨码开关有 4 位，分别对应最高截止频率为 1K，10K，100K，1M 的低通滤波器），经 10 位 A/D 转换器 U06 对经预处理后的模拟信号进行 A/D 转换（通过用拨码开关 SW02 选择合适的采样率，具体采样率选择详情见实验步骤 4，然后将数字信号传送到 U01 进行处理。最后把处理后的信号经两片 8 位 D/A 转换器 U09、U10 进行 D/A 转换以后分成 X 轴信号和 Y 轴信号输出到示波器上进行频谱观察。实验电路工作原理框图如下所示：输入模拟信号低通滤波D/ADSP处理（FFT变换）A/D输出至示波器 图 3-2

33、频谱分析模块原理框图 图 3-2 频谱分析模块原理框图 1、低通滤波器、低通滤波器 这里低通滤波器的作用是抗混叠。所谓“混叠”是指信号的最高频率超过 1/2 倍的采样频率时，部分频率成分互相交叠起来的现象。这时，混叠的那部分频率成分的幅值就与原始情况不同，采样就造成了信息的损失。因此在采样前需对输入信号做滤波，以去掉输入信号中高于 1/2 倍采样频率的那部分频率成分。这种用以防混叠的模拟滤波器又称为“抗混叠滤波器”。现代通信原理实验指导书 14 本实验中采用的抗混叠滤波器是二阶巴特沃斯（Butterworth）低通滤波器，其原理图如下：图 3-3 二阶低通滤波器原理图 图 3-3 二阶低通滤波

34、器原理图 其截止频率为:121212fR R C C=通带电压放大倍数为：33RRRAfup+=2、A/D 转换器 转换器 TLC876 是 CMOS 低功率 10 位 20MSPS 模/数转换器（ADC）。其速度、分辨率和单电源工作适合视频、多媒体、图像、高速采集和通讯应用。其低功率和单电源满足高速便携式应用。其速度和分辨率理想地适用于彩色扫描仪、数字复印机、电子镜像照相机和摄录机之类电荷耦合器件（CCD）输入系统。带输出误差校正逻辑的多级流水线结构在整个工作温度范围内保证无丢失码。连接到基准输入端的强制（Force）和检测（Sense）为基准电阻串提供更精确的内部基准电压。等待方式减小功率

35、到 15mW（典型值）。数字 I/O 口可接口到无论是 5V 或 3.3V 的逻辑和数字输出端，这些 I/O 口可设置为高阻态。输出数据的格式为直接二进制编码。流水线多级结构以低功耗获得高采样率。TLC876 将转换分配给几个更小的 ADC 字模块，当器件一级一级通过结果时逐渐的以更高精度改善转换。在传统的高速 ADC 中，这种分布式变换需要用 1023 个比较器的一小部分。每级中的采样保持放大器（SHA）允许第一级工作于新的输入采样而第二至第五级工作于四个早先的采样。TLC876C 工作温度范围为 00C 至 700C。TLC876C 的特点如下：十位分辨率 20MSPS 采样模/数转换器（

36、ADC）功耗典型值 107mW 5V 单电源工作 差分非线性典型值5LSB 无丢失码 掉电（等待）方式 三态输出 数字 I/O 兼容 5V 或 3.3V 逻辑 现代通信原理实验指导书 15 可调基准输入 引脚与 AD 公司的 AD876 兼容 在本模块中，TLC876C 将经过低通滤波器的模拟信号转换成数字信号，以数组的方式存入存储器中，作为 FFT 的输入序列 x（n）。3、DSP 处理 处理 TMS320VC5402 是定点数字信号处理器，该芯片在此处的作用是将输入的数字信号进行按频率抽取的 FFT 变换，然后再将所得的反序通过变址运算加以整序。由于 X（k）为复数，进行频谱分析时要观察频

37、谱幅度，因此将 X（k）取模，最后将模值送入存储器中。4、D/A 转换器 转换器 AD7524 是 8 位 D/A 转换器，在此的作用是将输出的数字信号转换成模拟信号，以便用示波器观察。先将触发信号与频谱幅度进行处理得到 16 位数据送入存储器，然后将存储器中的高 8 位送入 U09 进行 D/A 转换分成 X 轴信号，低 8 位送入 U10 进行 D/A转换分成 Y 轴信号，最后输出到示波器上进行频谱观察。五、实验步骤 五、实验步骤 1、将信号源模块和频谱分析模块小心地固定在主机箱上，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下信号源模块上的开关POWER1、POWER

38、2 和频谱分析模块上的开关 POWER1、POWER2，对应的发光二极管 LED01、LED02 发光，各模块开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）。3、用连接线连接信号源模块中信号输出点“32KHz 正弦波”及频谱分析模块中“信号输入点”，调节输入增益调节电位器 P01 调节输入增益，使输入信号的“峰峰值测试 点”为 3V 左右。4、设置拨码开关 SW01 进行选择低通滤波的通道（拨码开关有 4 位，1000，0100，0010，0001 分别对应最高截止频率为 1K，10K，100K，1M 的低通滤波器），此时可拨为 0010。5、

39、设置拨码开关 SW02，选择合适的采样频率。拨码开关的状态与其对应的采样频率如下表所示：表表 3-1 K2 状态 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 采样频率 f4k 11.2k 18.4k25.6k32.8k40k 112k 184k K2 状态 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 采样频率 f256k 328k 400k 1120k1840k2560k 3280k 4000k 例如：如果输入 32K 正弦信号，根据奈氏定理，采样频率不能低于 64K。由表3-1 可查得，应该采用 112K 的采样频率，即

40、 SW02 拨码开关应该设置在 0110状态。如果输入 32K 方波，由于其谐波成分比较多，在选择采样频率时，则要 现代通信原理实验指导书 16 根据其 7 次谐波或 9 次谐波（或更高）的频率（分别是 224K 和 288K）作为采样频率的选择参考频率。由表 3-1 可查得，可采用 1120K 的采样频率，低通滤波的通道也应相应地选择 1M 的通道，即拨码开关 K3 拨为 0001。当然，如果只须观察方波的 3 次谐波而忽略 3 次以后的谐波，则可用 3 次谐波的频率作为采样频率选择的参考频率。6、示波器选用 X-Y 模式，分别调节电位器“X 增益调节”（P02），“Y 增益调节”(P03)

41、，改变信号输出增益，使示波器上显示的波形清晰且幅度适中，即可进行观察。7、改变输入频谱分析模块的模拟信号，重复上述观察。8、关闭交流电源开关，取出选用任意可输出模拟信号的模块固定在主机箱上，将其输出的模拟信号送入频谱分析模块，选择正确的通道，观察输出波形。9、实验注意事项：输入单频率成分模拟信号时，应选择大于输入信号频率的最低采样频率的通道，即输入频率为 32KHz 时，应选择 112KHz 通道（将拨码开关 SW02 设置在0110 状态），而不是选择 184KHz 通道，否则实验结果可能不准确。输入多频率成分的模拟信号时（如调幅信号），应根据输入信号所包含的频率中的最高频率选择通道，即若输

42、入信号中包含 2KHz、16KHz、32KHz 等频率成分，则应该选择大于最高采样频率成分（64KHz）的最低频率的通道112KHz通道。输入信号峰峰值不得超过 4V（可通过“峰峰值”测试钩进行观察并调节电位器 P01 直接达到要求）。当没有信号显示或显示明显不正常时，按复位键 K01 进行复位。输入信号的最高频率不能高于 1MHz。六、输入、输出点参考说明六、输入、输出点参考说明 1、输入点说明 信号输入：模拟信号输入点。峰峰值测试：经预处理后的信号峰峰值测试点。2、输出点说明 X-OUT：X 轴输出信号。Y-OUT：Y 轴输出信号。3、码开关 SW01，用以选择低通通道（拨码开关有 4 位

43、，1000，0100，0010，0001分别对应最高截止频率为 1K，10K，100K，1M 的低通滤波器）。4、拨码开关 SW02，用以选择合适的采样频率，详见表 3-1。七、实验报告要求七、实验报告要求 1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。现代通信原理实验指导书 17 实验四 常规双边带调幅与解调实验 实验四 常规双边带调幅与解调实验 一、实验目的一、实验目的 1、掌握常规双边带调幅与解调的原理及实现方法。2、掌握二极管包络检波原理。3、掌握调幅信号的频谱特性。4、了解常规双边带调幅与解调的优缺点。5、了解抑制载

44、波双边带调幅和解调的优缺点。二、实验内容二、实验内容 1、观察常规双边带调幅的波形。2、观察常规双边带调幅波形的频谱。3、观察抑制载波双边带调幅波形。4、观察常规双边带解调的波形。三、实验仪器三、实验仪器 1、信号源模块 2、PAM/AM 模块 3、频谱分析模块 4、20M 双踪示波器 一台 5、频率计 一台 6、信号发生器 一台 7、立体声单放机（可选）一台 8、立体声耳机（可选）一副 9、连接线 若干 四、实验原理四、实验原理（A）常规双边带调幅与解调）常规双边带调幅与解调 1、常规双边带调幅、常规双边带调幅 所谓调制，就是在传送信号的一方（发送端）将所要传送的原始信号（其频率一般是较低的

45、）“附加”在高频振荡信号上。所谓将原始信号“附加”在高频振荡上，就是利用原始信号来控制高频振荡的某一参数，使这个参数随原始信号的变化而变化。这里，高频振荡波就是携带原始信号的“运载工具”，所以也叫载波。而原始信号我们一般称之为调制信号。在接收信号的一方也就是接收端再经过解调（反调制）把载波所携带的信号取出来，得到原有的信息，解调过程也叫检波。调制与解调都是频谱变换的过程，必须用非线性元件才能完成。通常调制的载波可以分为两类：用连续振荡波形（正弦型信号）作为载波；用脉冲串或一组数字信号作为载波。连续波调制是用调制信号来控制正弦型载波的振幅、频率或相位，因而分为调幅、调频和调相三种方式；脉冲波调制

46、是先用信号来控制脉冲波的振幅、宽度、位置等，然后再用这已调脉冲对载波进行调制，脉冲调制有脉冲振幅、脉宽、脉位、脉冲编码调制等多种形式。本实验模块所要进行的实验是连续波的振幅调制与解调，即常规双边带调幅与解调和抑制载波双边带调幅与解调。我们已经知道，调幅波的特点是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化，这变化的周期与调制信号的周期相同，振幅变化与调制信号的振幅成正比。为简化分析，假定调制信号是简谐振荡，即为单频信号，其表达式为：现代通信原理实验指导书 18 ()cosmutUt=图图 4-1 常规调幅波形常规调幅波形 如果用它来对载波()cosccmcu tUt=（c）进行调幅，那么，在理想情

47、况下，常规调幅信号为：()(cos)cosAMcmmcutUkUtt=+(1cos)coscmacUMtt=+（41）mU()u t0 t 0 cmU()cu tt 0 minU cmU maxU()A Mu tt 包络 现代通信原理实验指导书 19 其中调幅指数,01,maacmUMkMkU=1 时，常规调幅波的包络变化与调制信号不再相同，产生了失真，称为过调制，如图 4-2 所示。所以，常规调幅要求 Ma必须不大于 1。图图 4-2 过调制波形过调制波形 式（41）又可以写成()coscos()cos()2acmAMcmcccM UutUttt=+（42）可见，()AMut的频谱包括了三个

48、频率分量：c（载波）、+c（上边频）和c（下边频）。原调制信号的频带宽度是（或2=F），而常规调幅信号的频带宽度是 2（或 2F），是原调制信号的两倍。常规调幅将调制信号频谱搬移到了载频的左右两旁，如图 4-3 所示。有两种调制方式，分别称为抑制载波的双边带调幅（简称双边带调幅）和抑制载波的单边带调幅（简称单边带调幅）。0()A Mu tt 现代通信原理实验指导书 20 图图 4-3 常规调幅波的频谱常规调幅波的频谱 2、双边带调幅实验电路、双边带调幅实验电路 双边带调幅信号产生的具体电路原理图如图 4-4 所示。图图 4-4 双边带调幅信号产生电路原理图双边带调幅信号产生电路原理图 0 0

49、c c+c 0 c 现代通信原理实验指导书 21 图中 MC1496 是双平衡四象限模拟乘法器。通常振幅调制、同步检波、鉴频、混频、倍频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程，所以都可以采用集成模拟乘法器实现上述功能。而且采用模拟乘法器比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，性能也要更优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。本实验就是采用 MC1496 作为振幅调制器。高频载波信号从“载波输入”点输入，经高频耦合电容 C08 输入至 U02（MC1496）的 10 脚。低频基带信号从“音频输入”点输入，经低频耦合电容 E05 输入至 U02 的 1 脚。C0

50、8 为高频旁路电容，E06 为低频旁路电容。调幅信号从 MC1496 的 12 脚输出。引脚 2 与 3 外接反馈电阻 R19，用来扩展调制信号的电压的线性动态范围，R19 增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。引脚 14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时）。图中 MC1496 芯片引脚 1 和引脚 4 接两个 100 和两个 750 电阻及 47K 电位器用来调节输入馈通电压，调节 P01，可以引入一个直流补偿电压，由于调制电压与直流补偿电压相串联，相当于给调制信号叠加了某一直流电压后与载波电压相乘，从而完成普通调幅。实际上，从此 12 脚输出的调幅信号接有一个 U04