通信专业实验指导书

通信工程专业

验 指 导

河北科技大学信息科学与工程学院

2008年3月

实书

通信工程专业实验指导书

目 录

第一部分：通信原理第二部分：高频电子线路第三部分：数字程控交换原理第四部分：光纤通信

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第一部分 通信原理

通信原理实验平台拨码器开关设置一览表

在本实验平台上，我们采用了红色的拨码器来设置各种实验的参数。拨码器的白色开关：往上，记为1；往下，记为0。

一、“时钟与基带数据产生模块”5位拨码开关4SW02： S1：00000：PN15 2K，15位m序列111101011001000 S2：00001：PN15 32K，15位m序列111101011001000

S3：00010：PN31 2K，31位m序列31位1111100110100100001010111011000 S4：00011：PN31 32K，31位m序列31位1111100110100100001010111011000 S5：00100：CVSD，速率8K S6：00101：CVSD，速率16K S7：00110：CVSD，速率32K S8：00111：CVSD，速率64K S9：01000：PCM，线路速率64K S10：01001：PCM，线路速率128K S11：01010：滤波器中心频率3.4K S12：01011：滤波器中心频率6K S13：01100：滤波器中心频率12K S14：01101：待用

S15：01110：4SW01拨码器设置数据64K

S16：01111：时分复用（4SW01拨码器设置数据64K， PCM编码64K、CVSD编码64K、滤波器3.4K）。 下面是常见码型变换的开关设置： S17：1X000：单极性归零编码 S18：1X001：双极性不归零 S19：1X010：双极性归零 S20：1X011： CMI S21：1X100：曼彻斯特 S22：1X101：密勒 S23：1X110： PST

注：编码数据选择（4P01）。X=0时为4SW01拨码器设置数据，X=1时为15位m序列。

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实验一 抽样定理与脉冲调幅实验

一、实验目的

1．通过对模拟信号抽样的实验,加深对抽样定理的理解； 2．通过PAM调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点； 3．了解555内部结构原理和逻辑功能； 4．掌握555构成的各种脉冲电路。

二、实验仪器

1．PAM脉冲调幅模块，位号：H 2．时钟与基带数据发生模块，位号：G 3．20M双踪示波器1台 4．频率计1台 5．小平口螺丝刀1只 6．信号连接线3根

三、实验原理

抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地确定原信号。这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。

通常，按照基带信号改变脉冲参量（幅度、宽度和位置）的不同，把脉冲调制分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM）。虽然这三种信号在时间上都是离散的，但受调参量是连续的，因此也都属于模拟调制。关于PDM和PPM，国外在上世纪70年代研究结果表明其实用性不强，而国内根本就没研究和使用过，所以这里我们就不做介绍。本实验平台仅介绍脉冲幅度调制，因为它是脉冲编码调制的基础。

抽样定理实验电路框图，如图1-1所示。

P04 32P01 开关抽样器 32TP01 32P03 P15 模拟 信号 32P02 信道模拟 P14 信号恢复 滤波器

4SW02控制 抽样脉冲 P09 图1-1 抽样的实验过程结构示意图 形成电路 本实验中需要用到以下5个功能模块。 1．非同步函数信号或同步正弦波发生器模块：提供有限带宽的时间上连续的模拟信号，模拟信号经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”，在P03/P04测试点可以连接测量；另外，如果实验室配备了电话单机，也可以使用用户电话模块，这样验证实验效果更直接、更形象，在P05/P07测试点可以测量连接。

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2．抽样脉冲形成电路模块：提供有限高度，宽度较窄的抽样脉冲序列，抽样脉冲经连接送到“PAM脉冲调幅模块”，在P09测试点可以连接测量；提供抽样序列信号有同步和非同步两种，非同步的抽样脉冲由555定时器产生，频率W05连续可调。

555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，其组成电路框图如图1-2所示。它的功能表见表1-1。555定时器有二个比较器A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管VT2是放电管，2将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一1个由三个5k?电阻组成的分压器，由此可以获得3VCC和3VCC两个分压值，一般称为阈值。555定时器的

1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端VCC。555定时器的输出端电流可以达到200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。

VCC81V3CCRd4CV5TH6-++1V3CCRdRQS13OUT7DISTL2++-1GND

表22-1 555定时器功能表CV直 流悬 空或交 流接 地TH2?VCC32?VCC32?VCC3图1-2 555定时器电路框图 表1-1 555定时器功能表 TL1?VCC3RdLHHHOUTLLLHLHHDISL通L通LHH断 1?VCC31?VCC3由电路框图和功能表可以得出如下结论： 1)．555定时器有两个阈值，分别是VCC和VCC。

2)．输出端3脚和放电端7脚状态一致，输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接有上拉电阻时，7脚为低电平。输出高电平对应放电管截止，在有上拉电阻时，7脚为高电平。

3)．输出端状态的改变有滞回现象，回差电压为VCC。 4)．输出与触发输入反相。

掌握这四条，对分析555定时器组成的电路十分有利。

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本实验平台上，采用555定时器电路来产生后续实验的抽样脉冲，输出频率覆盖范围为2KHZ～30KHZ。本模块位于底板的左下角。

3．PAM脉冲调幅模块：提供一个高速电子开关，作为实验中的开关抽样器。抽样脉冲序列高电平到达时，开关导通；抽样脉冲序列低电平到达时，开关断开。在32TP01测试点可以测量；本模块实现的是自然抽样，被抽样信号和抽样脉冲都需要外面连接输入。抽样信号经过后面传输线模块（模拟信道惰性），产生传输波形失真。传输后的抽样信号可以通过32P03铆孔输出， PAM信道仿真电路示意图如图1-3所示，32W01（R1）电位器可改变仿真信道的传输特性，当R1C1=R2C2时，PAM抽样信号理论上无失真。 4．接收端滤波器与功放：提供恢复抽样信号滤波器。外加信号可通过33P01铆孔输入。 5．时钟与基带数据发生模块:系统工作时钟和接收滤波器截至频率的设置（4SW02）。

32TP01 32W01 C1 C2 R2 32P03

图1-3 PAM信道仿真电路示意图

实际应用的抽样和信号恢复与理想情况有一定区别。理想抽样的抽样函数应该是冲击脉冲序列，在实际应用中，这是不可能实现的。因此一般都是高度有限、宽度较窄的脉冲代替，本实验中提供的抽样脉冲，是占空比为50%或近似50%的矩形脉冲。另外，实际应用中使信号恢复的滤波器不可能是理想的。当滤波器特性不是理想低通时，抽样频率不能就等于被抽样信号频率的2倍，否则会使信号失真。考虑到实际滤波器的特性，抽样频率要求选得大些。

由于PAM通信系统的抗干扰能力差，目前很少实用。它已被性能良好的脉冲编码调制（PCM）所取代。

四、实验设置

1．模拟信号源

K01：非同步函数信号类型选择，正弦波、三角波、方波。

W01：非同步函数信号的直流电平调节，调节范围至少为0～2V，视信号幅度而定，一般调节为0V。 W02：非同步函数信号的频率调节，一般使用频率值范围为1～4KHZ W03：非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。 P03：非同步函数信号的输出连接铆孔。

W04: 同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。 P04：同步正弦波信号的输出连接铆孔。

J02A：用户电话A的电话水晶头接口。 P05: 用户电话A语音信号发送输出铆孔。

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P06: 用户电话A语音信号接收输入铆孔。

J02B：用户电话B的电话水晶头接口。 P07: 用户电话B语音信号发送输出铆孔。 P08: 用户电话B语音信号接收输入铆孔。

2．抽样脉冲形成模块

W05：抽样脉冲频率调节电位器。

K02：选择开关，“555”档，即输出555定时器产生的矩形脉冲。“C8”档，即输出与系统时钟同源的8KHZ的同步时钟。

P09：抽样脉冲输出铆孔。 3．PAM脉冲调幅模块

32P01：输入的模拟信号输入连接铆孔。 32P02：输入的抽样脉冲信号输入连接铆孔。 32TP01：输出的抽样后信号测试点。

32P03：经仿真信道传输后信号的输出连接铆孔。 32W01：仿真信道的特性调节电位器。

4．接收端滤波器与功放模块

4SW02：低通滤波器截止频率设置，设置为“01010”：3.4K；设置为“01011”：6K；设置为“01100”：12K。

K04：小喇叭开关。ON，接通喇叭；OFF，断开喇叭。

W09：音频功率放大器输出功率的调节电位器，放大后信号可在电位器旁边的测试过孔测量。 P14：外加模拟信号输入连接铆孔。 P15：经滤波器滤波后信号输出铆孔。

五、实验内容及步骤

1．在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“PAM脉冲幅度调制模块”，插到底板“G、H”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

2．信号连接线连接：P03、32P01；P09、32P02；32P03、P14。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。

3．打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

4．模拟信号发生器产生的模拟信号送入抽样模块的32P01点，用示波器在32P01处观察，以该点信号输出幅度不失真时为好。

5．调节“PAM脉冲幅度调制”上的32W01可改变PAM信号传输信道的特性。

6．PAM解调用的低通滤波器电路（接收端滤波放大模块，信号从P14输入）共设有三组参数，其截止

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频率分别为3.4KHZ、6KHZ、12KHZ。根据被抽样的信号频率，通过拨码器4SW02可设置的滤波器参数。 7．根据下面建议自己设计实验步骤，进行实验。

(1) 在一定频率的模拟信号（一般2KHZ）下，设置低通滤波器3.4KHZ截止频率。调节不同的抽样时钟，用示波器观测各点波形，验证抽样定理，并做详细记录、绘图。注意，PAM传输模块的32TP01、32P03测试点波形调节近似，即不失真为准。

(2) 在一定频率的抽样时钟（一般8KHZ）下fs，调节模拟信号源的频率f（一般小于4KHZ），即保持抽样时钟与模拟信号间的fs>2f频率关系，设置低通滤波器3.4KHZ截止频率。用示波器观测各点波形，验证PAM通信系统的性能，并做详细记录、绘图。

8．实验完成后，关闭电源开关，按照老师要求放置好实验模块。

注：非同步函数信号在抽样时的波形在示波器上不容易形成稳定的波形，需耐性地调节；若要观测稳定的波形可使用同步正弦波信号和同步抽样脉冲。

六、实验报告要求

1．写出设计的实验步骤，列出所测各点的波形、频率、电压等有关数据，验证抽样定理。 2．抽样信号经过“PAM传输线模块”后，波形将会出现哪些失真。 3．整理出555定时器的几种常用功能的基本电路，分析其工作原理。

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实验二 增量调制（ΔM）编译码实验

一、实验目的

1．掌握增量调制编译码的基本原理，并理解实验电路的工作过程； 2．掌握不同速率的编译码，以及低速率编译码时的输出波形； 3．了解时钟与函数信号产生的方法； 4. 了解电话拨号的双音多频技术。

二、实验仪器

1．增量调制编译码模块，位号：D 2．时钟与基带数据产生器模块，位号:G 3．20M双踪示波器1台 4．低频信号源1台（选用） 5．频率计1台（选用） 6．信号连接线3根 7．小平口螺丝刀1只

三、实验原理

增量调制编码每次取样只编一位码，这一位编码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还在减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。输出的“1”、“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的幅值。

MC34115是单片增量调制大规模集成电路芯片。其内部组成框图分别如图2-1所示， MC34115集成电路内部电路由下列八个部分组成：模拟输入运算放大器、数字输入运算放大器、V—I电压/电流转换运算放大器、积分运算放大器、斜率过载检测电路、斜率极性控制电路、工作状态选择开关电路、Vcc/2稳压电源。

(1) 编码电路工作过程

由图4-1可知，音频模拟输入信号由开关6P01连接进入，经过耦合至6U02（MC34115）的模拟信号输入端，第1引脚。其编码、译码工作方式由MC34115芯片的第15引脚的电平决定（高电平为编码方式、低电平为译码方式）。此时芯片内的模拟输入运算放大器与移位寄存器接通，从第1引脚(ANI)输入的音频模拟信号与2脚(ANF)输入的本地解码信号相减并放大得到误差信号，然后根据该信号极性编成数据信码从第9引脚(DOT)输出。该信码在片内经过3级或4级移位寄存器及检测逻辑电路。检测过去的3位或4位信码中是否为连续“1”或连续“0”的出现。一旦当移位寄存器各级输出为全“1”码或全“0”码时，表明积分运算放大器增益过小，检测逻辑电路从第11引脚(COIN端)输出负极性一致脉冲，经过外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压输入到第3引脚(SYL端)，由内部电路决定，GC端电压与SYL端相同，这相当于量阶控制电压加到第4引脚GC端。该端外接调节电位器6W01，调节6W01为一固定电位，改变此电位器即可改变GC端的输入电流，以此控制积分量阶的大小，从而改变环路增益，展宽动态范围。

第4引脚(GC)输入电流经过V—I变换运算放大器，再经量阶极性控制开关送到积分运算放大器，极

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性开关则由信码控制。外接积分网络(由电阻、电容组成)与芯片内部积分运算放大器相连，在二次积分网络上得到本地解码信号送回ANF端与输入信号再进行比较，以完成整个编码过程。

该芯片的外围辅助电路由三大部分组成:音节平滑滤波器电路、二次积分网络电路。 12编译码控制 15

自CPU控制电源16话音输入低 通滤波器编 码比较器反相驱动器9编码出参考电平1312音节解 码比较器判决器与斜率过载检测11平滑滤波二次积分网络7－运放＋斜率极性控制－3运放＋电路6Vcc/2参考电压64KHz 132KHz 316KHz 48KHz 64SW02 2514时钟5104直流放大器K201

图2-1 增量调制系统编译码器内部方框图

在没有音频模拟信号输入时，话路是空闲状态，则编码器应能输出稳定的“1”、“0”交替码，这需要一最小积分电流来实现，该电流可通过增大调节电位器来获得。由于极性开关的失配，积分运算放大器与模拟输入运算放大器的电压失调，此电流不能太小，否则无法得到稳定的“l”、“0”交替码。该芯片总环路失调电压约为1.5mv，所以量阶可选择为3mv。当本地积分时间常数1mS时，则最小积分电流取1OμA，就可得到稳定的“l”、“0”交替码。如果输出不要求有稳定的“l”、“0”交替码，量阶可减小到0.lmV，而环路仍可正常工作。

(2) 译码电路工作过程

连接6P03和7P01铆孔，将发端送来的编码数据信号送到7U02(MC34115)芯片的第13引脚，即接收数据输入端。对译码电路，CPU中央控制单元送出低电平至7U02 (MC34115)的15引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通。这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器接收后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第2引脚，而是直接送入后面的积分网络中，再通过低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，话音信号可连接至“接收端滤波放大模块”。

虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制PCM数字系统的音质，但是增量调制电路比较简单，能以较低的数码率进行编码，通常为16～32kbit/s，而且在用于单路数字电话通信时，不需要收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中，如应用在传输数码率较低的军事，野外及保密数字电话等方面。

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(3) 模拟信号源

模拟信号源主要功能是产生频率、幅度连续可调的正弦波、三角波、方波等函数信号（非同步函数信号），另外还提供与系统主时钟同源的2KHZ正弦波信号（同步正弦波信号）。在实验系统中，可利用它定性地观察通信话路的频率特性。

1. 非同步函数信号

它由集成函数发生器XR2206和一些外围电路组成，XR2206芯片的技术资料可到网上搜索得到。函数信号类型由三档开关K01选择，类型分别为三角波、正弦波、方波等；峰峰值幅度范围0～10V，可由W03调节；频率范围1KHZ～10KHZ，可由W02调节；直流电平可由W01调节。非同步函数信号源结构示意图，见图2-2。

U02 U01 K01 三角波 正弦波 方波 XR2206 电 路 跟随放大器 P03

图2-2 非同步函数信号源结构示意图

2. 同步正弦波信号

它由2KHz方波信号源、低通滤波器和输出放大电路三部分组成。

2KHz方波信号由“时钟与基带数据发生模块”分频产生。U03及周边的阻容网络组成一个截止频率为2KHZ的低通滤波器，用以滤除各次谐波,只输出一个2KHz正弦波，在P04可测试其波形。用其作为PAM、的音频信号源，其编码数据可在普通模拟示波器上形成稳定的波形，便于实验者观测。

18W01用来改变输出同步正弦波的幅度。同步信号源结构示意图，见图2-3。

U04

4U01 U03

CPLD 器 件 南京润众科技有限公司低通 滤波器 跟随放大器 P04 图2-3 同步函数信号源结构示意图

3. 模拟电话输入电路

两路用户模拟电话接口，图2-4是其电路结构示意图。J02A/ J02B是电话机的水晶头接口，U01是PBL38614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PBL38614的TR对应的引脚输入，经U01内部二四线转换处理后从T端输出。T端的模拟电话输出信号经P05/ P07铜铆孔送出，可作为语音信号输出用。

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当接收对方的话音时，送入U01芯片R端的输入信号可由P06/P08铜铆孔送入。此时，在电话听筒中即可听到送入信号的声音。

P05/P07 J02A\\B U01 TR T R P06/P08 PBL38614 南京润众科电话接口 技有限公司芯片

图2-4 用户电话结构示意图

四、实验设置

1. 模拟信号源模块

K01：非同步函数信号类型选择，正弦波、三角波、方波。

W01：非同步函数信号的直流电平调节，调节范围至少为0～2V，视信号幅度而定，一般调节为0V。 W02：非同步函数信号的频率调节，一般使用频率值范围为1～4KHZ。 W03：非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。 P03：非同步函数信号的输出连接铆孔。

W04: 同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。 P04：同步正弦波信号的输出连接铆孔。

J02A：用户电话A的电话水晶头接口。 P05: 用户电话A语音信号发送输出铆孔。 P06: 用户电话A语音信号接收输入铆孔。

J02B：用户电话B的电话水晶头接口。 P07: 用户电话B语音信号发送输出铆孔。 P08: 用户电话B语音信号接收输入铆孔。

2.增量调制编译码模块

6W01：积分量阶的大小控制电位器。 7W01：译码输出积分网络调整电位器。

4SW02：控制增量调制的编译码时钟。设置为“00100”：8K；设置为“00101”：16K；设置为“00110”：

32K；设置为“00111”：64K；另外，接收滤波器截止频率默认为3.4KHZ。

6P01：模拟信号输入铆孔。输入300～3400Hz的模拟信号，若幅度过大，当信号的实际斜率超过译码

器的最大跟踪斜率时，本地译码波形跟踪不上信号的变化，将造成过载噪声。因此信号波形幅度尽量小一些。方法是：可改变相应信号源输出幅度的大小。

6TP01：增量调制编码电路的本地译码信号（阶梯波形）输出测试点。波形不好可调节6W01电位器。

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6TP02：一致脉冲信号输出测试点。它随输入信号波形的变化而变化。当编码数字信号出现三个连0（或

三个连1）时，一致脉冲信号输出负电平，直至连0（或连1）现象结束，返回正电平输出。

6P02：增量调制编码时钟输出铆孔，工作频率由拨码器4SW02控制。 6P03：增量调制编码电路输出数字编码信号连接铆孔。 7P01：增量调制译码电路接收编码信号输入铆孔。

7P02：经过二次积分网络后的本地译码波形输出铆孔，可调节7W01电位器。

P04 6P01 6P03 7P01 7P02 P14 P15 模拟 信号源 ΔM 编码 ΔM 译码 信号恢复 滤波器 图2-5 增量调制系统连接示意方框图

五、实验内容及步骤

1．在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“增量调制编译码模块”，插到底板“G、D”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

2．如图2-5，信号连接线连接：P04、6P01；6P03、7P01；7P02、P14。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。

3．打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

4．拨码器4SW02设置“00110”，即增量调制的编译码时钟为32KHZ。

5．“同步正弦波”上提供了频率2KHZ的同步正弦波，幅度由W04电位器调节。满足PCM输入模拟信号频率在300～3400HZ语音范围内的要求，可用频率计监测此点信号频率。

6．改变同步正弦波幅度，调整6W01电位器，观察增量调制编码端的本地译码信号。注意同时对比测量6P01和6TP01两点波形，以阶梯波形匀称为佳。注意信号源的幅度峰峰值2V左右即可。

7．对比测量6TP01和6P03两点波形，观察增量调制编码数据。

8．对比测量6TP01和7P02两点波形，调整译码端7P02积分输出阶梯波形，与编码端6TP01阶梯波形相近为准。

9．测量P15滤波输出波形，对比信号源P04波形，是否有明显失真（收端低通滤波器默认截止频率为3.4KHZ，P14为滤波器输入点）。

10．电话模块接上电话机，按住某个数字键不放，用示波器测试其发端波形；改用用户电话的语音信号进行编码传输，并还原后从喇叭播放出来，试听通信效果。

11．拨码器4SW02设置“00101”，即增量调制的编译码时钟为16KHZ。 12．重复上面步骤调整电位器，达到最佳通信效果。

13．改用非同步函数信号输入，分别改变输入模拟信号的幅度和频率，重复上列步骤，测试此编译码系统对输入模拟信号频率、幅度等参数的要求。

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14．改变编译码工作时钟，再测量调整有关电位器，比较不同工作时钟下的通信效果。 15．实验完成后，关闭电源开关，按照老师要求放置好实验模块。

六、实验报告要求

1．根据步骤2中的连线关系，画出实验方框图，并作简要叙述。 2．画出各测量各点波形，结合理论分析说明所发生的各种现象。 3．记录电话数字键波形，了解电话拨号的双音多频的有关技术。

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实验三 脉冲编码调制（PCM）实验

一、实验目的

1．加深对PCM编码过程的理解；

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。

二、实验仪器

1．PCM/ADPCM编译码模块，位号：H 2．时钟与基带数据产生器模块，位号:G 3．20M双踪示波器1台 4．低频信号源1台（选用） 5．频率计1台（选用） 6．信号连接线3根 7．小平口螺丝刀1只

三、实验原理

脉冲编码调制（PCM）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。脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样，量化和编码三个过程完成的。

PCM通信系统的实验方框图如图3-1所示。

工作时钟 P04 34P01 TP3057 抽 样 量 化 A/D D/A 低 通 滤 波 译 码 再 生 编 码 34P02 模拟 信号 P15 P14 34TP05 信 道 收端 功放 34P04 图3-1 PCM通信系统实验方框图

在PCM脉冲编码调制中，话音信号先经防混叠低通滤波器，然后进行脉冲抽样，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信号用类似于“四舍五入”办法划归为有限种幅度，再经编码转换成二进制码。对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有2=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。本实验应用的单路PCM编译码电路

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是TP3057芯片（见图6-1中的虚线框）。此芯片a律十三折线进行编码，它一般应用于PCM 30/32系统中，一般以2.048Mbit/s的速率来传送信息（可容纳32路PCM编码）。它的发送时序与接收时序直接受FSX和FSR 控制。PCM编码数据是在某一个特定的时序中被发送出去，而在其它时序编码器是没有输出的。同样在一个PCM 帧里，单路PCM译码电路也只能在某一个特定的时序里，从外部接收8位PCM 码。

本实验模块中，为了降低对测试示波器的要求，将PCM 帧的传输速率设置64Kbit/s和128Kbit/s两种选择，增加了编码数据码元的宽度，便于观测。这样一个PCM 帧里，可容纳的PCM编码分别为1路和2路。另外，发送时序FSX与接收时序FSR使用相同的时序，测试点为34TP01。实验结构框图已在模块上画出了，实验时需用信号连接线连接34P02和34P04两铆孔，即将编码数据直接送到译码端，传输信道可视为理想信道。

另外， TP3057芯片内部模拟信号的输入端有一个语音带通滤波器，其通带为200HZ～4000HZ，所以输入的模拟信号频率只能在这个范围内有效。

四、实验设置

1．模拟信号源模块

K01：非同步函数信号类型选择，正弦波、三角波、方波。

W01：非同步函数信号的直流电平调节，调节范围至少为0～2V，视信号幅度而定，一般调节为0V。 W02：非同步函数信号的频率调节，一般使用频率值范围为1～4KHZ。 W03：非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。 P03：非同步函数信号的输出连接铆孔。

W04: 同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。 P04：同步正弦波信号的输出连接铆孔。

J02A：用户电话A的电话水晶头接口。 P05: 用户电话A语音信号发送输出铆孔。 P06: 用户电话A语音信号接收输入铆孔。

J02B：用户电话B的电话水晶头接口。 P07: 用户电话B语音信号发送输出铆孔。 P08: 用户电话B语音信号接收输入铆孔。

2．PCM/ADPCM编译码模块

34TP01：发送时序FSX和接收时序FSR输入测试点，频率为8KHz的矩形窄脉冲； 34TP02：PCM线路编译时钟信号的输入测试点； 34P01：模拟信号的输入铆孔； 34P02：PCM编码的输出铆孔； 34P04：PCM译码的输入铆孔；

34P05：译码输出的模拟信号铆孔，波形应分别与34P01同。

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注：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芯片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。

五、实验内容及步骤

1．在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“PCM/ADPCM编译码模块”，插到底板“G、H”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

2．信号连接线连接：P04、34P01；34P02、34P04；34P05、P14。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。

3．打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

4．“时钟与基带数据产生器模块”上的拨码器4SW02设置“01000”，即PCM的编码时钟为64KHZ（后面将简写为：拨码器4SW02）。

5．“同步正弦波”上提供了频率2KHZ的同步正弦波，幅度由W04电位器调节。满足PCM输入模拟信号频率在300～3400HZ语音范围内的要求，可用频率计监测此点信号频率。

6． 改变同步正弦波幅度，观察PCM编码数据的变化。注意同时对比测量34TP01和34P02两点波形。此时能观察到8比特PCM数字输出信号；此时一帧中可容纳1路信道。

7．改变同步正弦波幅度，观察PCM译码输出波形的变化。注意同时对比测量34P01和34P05两点波形。

8．观察同步正弦波（峰峰值0V和2V）的编码波形，读出正弦波的峰峰值、编码数据（至少12个编码数据），画出各测量点的波型图，注意对应相位、时序关系。

9．拨码器4SW02设置“01001”，即PCM的编码时钟为128KHZ。

10． 改变同步正弦波幅度，观察PCM编码数据的变化。注意同时对比测量34TP01和34P02两点波形。此时能观察到8比特PCM数字输出信号；此时一帧中可容纳2路信道，本PCM编码数据仅占用前面一路信道。

11．改用非同步函数信号输入，分别改变输入模拟信号的幅度和频率，重复上列步骤，测试此PCM编码系统对输入模拟信号频率、幅度等参数的要求。

12．改用用户电话语音信号输入，直观感受PCM编码译码的效果（功放前置低通滤波器默认截止频率为3.4KHZ，P14为滤波器输入点）。

13．测量34P01、34P02、34P04、34P05、34TP01、34P02各点波形。 14．实验完成后，关闭电源开关，按照带课老师要求放置好实验模块。

注，信号源选用同步正弦波输出，可在示波器上观测到稳定的编码波形；也可以选择外面的低频信号源，注意地线连接良好。另外，当无信号输入时，即信号幅度为0，则编码为11010101或为01010101，这样避免了一般教材所讲授的编码方法，在无信号时编全0码。因为全零码容易使系统失步。

六、实验报告要求

1．当输入的模拟信号的幅度调节为0时，画出实验过程中各测量点的波型图，注意对应相位、时序

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关系。

2．对PCM和ΔM系统的系统性能进行比较，总结它们各自的特点。 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。

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实验四 移频键控（FSK）实验

一、实验目的

1．掌握FSK调制的工作原理和实现方法； 2．掌握利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。 3. 学会观察眼图及其分析方法。

二、实验仪器

1．时钟与基带数据发生模块，位号：G 2．FSK调制模块，位号A 3．FSK解调模块，位号C 4．噪声模块，位号B 4．20M双踪示波器1台 5．小平口螺丝刀1只 6．频率计1台（选用） 7．信号连接线3根

三、实验原理

数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗群时延性能较强，因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。另外，本实验箱没有做成专门的ASK单元，因为只接通FSK调制单元电路中相加开关16K02的左边1-2脚，只对“1”信号调制，即可成为ASK调制电路。 （一） FSK调制电路工作原理

FSK调制解调电原理框图，如图4-1所示。

122KHZ方波12316K0116U03A74LS04数字基带信号输入16P01 2K伪随机码

16KHZ32KHZ16TP0116TP0321调制信号输出 1116U02B40661016K021低通f116TP02116P02 16TP061241低通f21116U02A40661316TP04321 图4-1 FSK调制解调电原理框图

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图4-1中，输入的数字基带信号分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经反相器去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关B打开，模拟开关A关闭，此时输出f1=32KHz；当基带信号为“0”时，模拟开关B关闭，模拟开关A开通，此时输出f2=16KHz；在输出端经开关16K02叠加，即可得到已调的FSK信号。

电路中的两路载频(f1、f2)由时钟与基带数据发生模块产生的方波，经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关4066。载频f1的幅度调节电位器16W01，载频f2的幅度调节电位器16W02。 （二） FSK解调电路工作原理

FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到了越来越广泛的应用。 FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使

它锁定在FSK的一个载频如f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2失锁，对应输出低电平，那末在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。 17TP02调制信号输入 17P01 17TP01117P01 FSK调制信号 解调信号输出 17P02 17TP0317U02A压控振荡器中心频率117U011439517C022200671112AINBINVCININHCACBR1R2MC4046PCPPC1PC212131213 17P02 FSK解调输出成形电路 VCOUT4SFZEN101517R0947K17W0110K

图4-2 FSK锁相环解调器原理示意图

如框图4-2所示，FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MC4046压控振荡器。其中心频率设计在32KHz左右，可通过17W01电位器调整。当输入信号为16KHz时，环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏。环路对32KHz载频锁定，输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低电平，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。

（三）眼图的观察

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?

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CS-SW MT 8980芯片选通控制信号

左下角T_1：这组测试管脚主要用于测试程控交换实验系统交换芯片MT 8980上的各种信号，具体包括：

STBI1 PCM输入总线STBUS1输入信号（PCM信号） STBI0 PCM输入总线STBUS0输入信号（PCM信号） STBO0 PCM输出总线STBUS0输出信号（PCM信号） ODE MT8980STBUS输出允许信号，高电平允许STBUS输出 R/W 读写信号，其中读信号为高电平，写信号为低电平 DS 数据就绪信号

CS 交换芯片MT8980的片选信号

左下角TC_DTMF：这组测试管脚主要用于测试程控交换实验系统收号芯片MT 8870上的各种信号，（在本实验系统中连接至话路1相关收号器电路）。具体包括：

TOE1 MT 8870三态输出使能 STD1 MT 8870延迟指示信号

ST/GT1 MT 8870 指示电平输入/防护时间输出（双向） VX1 MT 8870音频输入信号 EST1 MT 8870 早期指示信号

右下角T_ALU1：这组测试管脚主要用于测试程控交换实验系统用户接口电路上的各种信号，（在本实验系统中连接至话路1相关电路）。具体包括：

RINGIN 25Hz的振铃脉冲信号 SHK1 话路1的摘挂机状态信号 TIP1 话路1用户配线 RING1 话路1用户配线

CS-ALU1 话路1的振铃地址选通控制信号 EN1 话路1的振铃使能信号

右下角T_CS2：这组测试管脚主要用于测试程控交换实验系统用户接口电路上的各种控制信号。具体包括：

CS-ALU4 话路4的振铃地址选通信号 CS-ALU3 话路3的振铃地址选通信号 CS-ALU2 话路2的振铃地址选通信号 CS-ALU1 话路1的振铃地址选通信号

CS-TELE 读取话路1－4路摘挂机状态地址选通信号

注：本实验指导书中带※的实验为创新的实验，实验者可以在掌握原理以后自己编写程序来指定系统完成相应的功能。

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第二章

实验基本内容

实验一 数字程控交换系统基本组成

一、实验目的：

本次实验主要是让读者通过对本实验系统的初步使用，对数字程控交换系统的基本构成和工作过程有一个总体而直观的认识。在实验过程中，要注意理解数字程控交换系统的核心——交换网络的工作原理和工作过程，观察从用户摘机到链路拆除整个局内呼叫过程中数字程控交换系统硬件和软件的基本动作。

二、实验原理：

一个数字程控交换系统通常由交换网络、接口子系统和控制子系统三个部分组成。其中接口子系统的作用是将来自不同终端（如电话机，计算机等）或其他交换系统的各种传输信号转换成统一的数字程控交换系统内部的工作信号，并按信号的性质分别将信令传送给控制系统，将消息传送给交换网络。交换网络的任务是实现输入输出线上的信号的传递或接续。控制系统则负责处理信令，按信令的要求控制交换网络完成接续，通过接口发送必要的信令，协调整个数字程控交换系统的工作以及配合协调整个电信网的运行等等。各个模块之间的关系如图2-1-1所示：

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PCM总线 模拟用户接口信号音 模拟用户接口 模拟用户接口交换网络 模拟用户接口控制信号产生

时钟信号产生

图2-1-1 数字程控交换实验系统各模块关系

本实验系统通过X86和PENTIUM主板上的打印口与本实验系统相连，由并口通信控制部分产生系统所需的地址总线、数据总线和控制总线信号，从而实现对相应Ｉ／Ｏ口地址进行译码控制的功能。控制模块通过对地址信号进行译码产生出控制具体电路动作所需要的片选信号。上层控制程序还可通过对相应地址进行读写来输入或输出所选择I/O口地址所对应的硬件电路寄存器中的数据。此外，控制系统还给每一部电话分配了一个时隙，以便用户电路接口在固定的时隙接入到PCM话音总线，或从PCM总线的固定时隙取出它所需要接收的话音信号编码。

当某一路话机摘机后，话机的两根用户环路由直流断开变成直流连通，用户接口电路将向控制程序送出一个摘机消息。当控制软件接收到这个摘机消息后，将根据具体用户接口当前所处的“主叫用户空闲”状态，调用相应的呼叫状态转移函数，此函数将根据用户接口所处的状态和所接收到的主叫用户摘机消息调用主叫用户摘机处理函数。在主叫用户摘机处理函数中将根据话机的端口号和话机号判断该话机的的各种服务特性数据和话机接口的物理特性数据，进行一系列处理。如：见图2-1-2如果该路话机为合法用户，

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则向此路话机送拨号音，并连接该路话机对应的收号器。当用户拨号后，控制程序将根据收号器所收到的数据进行号码分析，得到被叫用户所对应的本局内用户端口或局间中继群号。如果被叫用户是本局内合法用户，控制系统软件将向控制向被叫用户接口电路送振铃控制信号，控制向被叫用户振铃，同时控制交换网络，连接回铃音到主叫用户接口电路的单向交换链路，向主叫用户送回铃音。当被叫摘机后，控制系统软件将停止主叫方回铃音并停止向被叫用户振铃，同时连接主叫用户到被叫用户的双向通信链路。此时这两路话机可以进行通话直至任何一方挂机。当其中一路挂机后，控制系统软件将向另一路送忙音。如果另一方在忙音监视时间之后仍未挂机，则送出催挂音。如果双方均正常释放挂机，则控制软件正常完成了对此次呼叫从呼叫建立到通话直至呼叫释放的完整的呼叫控制过程。

图2-1-2. 正常通话的控制过程

三、实验内容：

1. 观察本程控交换系统的几个基本部分，包括用户接口、交换网络、DTMF收号器、时钟信号和控制信号产生电路。

各个电路在电路板上的大致位置分布如图2-1-3：

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图2-1-3 程控交换实验系统电路位置分布

本系统的馈电电源分布在电路板的右上角，各个电源管脚分布如图2-1-4所示：

VBAT VEE GND VCC 图2-1-4 程控交换实验系统电源位置分布

其中VEE和VCC是各个芯片所需的工作电压，VEE为-5V，VCC为+5V，VBAT是模拟用户接口所需的馈电电压为－50V～－30V，用示波器或万用表测量电源馈电电压，并确认各电源和地之间没有短路。

2．打通一次正常成功的局内电话，观察数字程控交换系统的硬件动作。

选择主窗口配置菜单下的分机设置项，在弹出的对话框中可以看到局内分机号码缺省设置为8701，8702，8703和8704共4个分机号码，如图2-1-5所示：（其中分机号是对用户电话的逻辑编号，端口号是电话接入系统在交换网络的硬件接口的编号。）

图2-1-5 分机配置窗口

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所谓“眼图”，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元时钟作为同步信号基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示的波形称为眼图。干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，它很像人的眼睛的故称眼图。

在图4-3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4-3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，“眼睛”部分闭合，取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。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。

为便于说明眼图和系统性能的关系，我们将它简化成图4-4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4-5所示。

衡量眼图质量的几个重要参数有： 1．眼图开启度(U-2ΔU)/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%。

+1 0-1 110信号波形100眼图01T(a)无失真时

(a)有失真时

图4-3 无失真及有失真时的波形及眼图 (a) 无码间串扰时波形；无码间串扰眼图 (b) 有码间串扰时波形；有码间串扰眼图 最佳取样时间ΔT (最佳取样点)

ΔUU+U-零点位置的失真噪声容限对定时误差的灵敏度Ta取样失真图4-4 眼图的重要性质 21

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其中U=U++U-

2．“眼皮”厚度2ΔU/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ΔT/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，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4-5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4-5 实验室理想状态下的眼图

四、实验设置

1. FSK调制模块

16K02：两调调制信号叠加。1-2脚连，输出“1”的调制信号；3-4脚连，输出“0”的调制信号。 16TP01：32KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片(EPM240)编程产生。 16TP02：16KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片(EPM240)编程产生。 16TP03：32KHz载波信号测试点，可调节电位器16W01改变幅度。 16TP04：16KHz载波信号测试点，可调节电位器16W02改变幅度。 16P01：数字基带信码信号输入铆孔。

16P02：FSK调制信号输出铆孔，此测量点需与16P01点波形对比测量。

2．FSK解调模块

17W01：解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器。 17P01：FSK解调信号输入铆孔。

17TP02：FSK解调电路中压控振荡器输出时钟的中心频率，正常工作时应为32KHz左右，频偏不应大

于2KHz，若有偏差，可调节电位器17W01。

17P02：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同16P01。

3．噪声模块

3W01:噪声电平调节。 3W02：加噪后信号幅度调节。

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3TP01:噪声信号测试点，电平由3W01调节。 3P01:外加信号输入铆孔。 3P02:加噪后信号输出铆孔。

五、实验内容及步骤

1．在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“ FSK调制模块” 、“噪声模块”、“FSK解调模块”，插到底板“G、A、B、C”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

2．信号连接线连接：4P01、16P01；16P02、3P01；3P02、17P01。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。

3．打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

4．设置好跳线开关16K02的1-2、3-4相连。拨码器4SW02：设置为“00000”，4P01产生2K的 15位m序列输出；设置为“00010”，4P01产生2K的 31位m序列输出。 5．载波幅度调节：

16W01：调节32KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。 16W02：调节16KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。 用示波器对比测量16TP03、16TP04两波形。

6．双踪示波器，触发测量探头测试16P01点，另一测量探头测试16P02，调节示波器使两波形同步，观察FSK调制输出波形，记录实验数据。

7．噪声模块调节：调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；调节3W02，调整3P02信号幅度为4V。 8．FSK解调参数调节：17W01调节解调电路压控振荡器时钟的中心频率。

调节17W01电位器，使压控振荡器工作在32KHz（16 KHz行不行？），同时可用频率计鉴测17TP02点。

9．观察17P02点FSK解调输出波形，并作记录，并同时观察FSK调制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有失真。

10．按照下面的眼图观察方法连接调节好双踪示波器，调整W06直到P17点眼图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W06过程中，可发现眼图过零点波形重合时W06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。

眼图调节观测方法：用示波器的一根探头（触发TRTIGGER档）放在4P02上（可视为眼图码元的同步时钟，码元周期T），另一根探头放在P17上（数字基带信号的升余弦波），调整示波器的扫描周期（=nT），使P17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。

无噪声有码间串扰时，眼图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，眼图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。

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11．调节3W01逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。因为噪声的影响，此时的眼图信号看起来将变成模糊的带状线。

12．实验完成后，关闭电源开关，按照带课老师要求放置好实验模块。

注：由于本实验中载波频率为16KHz、32KHz，所以被调制基带信号的码元速率不要超过4KHz。

六、实验报告要求

1．根据实验步骤2的连线关系，画出实验结构示意图。 2．画出FSK主要测试点波形。

3．分析其输出数字基带信号序列与发送数字基带信号序列相比有否产生延迟，这种解调方式在什么情况下会出现解调输出的数字基带信号序列反向的问题? 4．叙述眼图的产生原理以及它的作用。

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实验五 移相键控（PSK）实验

一、实验目的

1. 掌握二相绝对码与相对码的码变换方法；

2. 掌握二相相位键控调制解调的工作原理及电路组成。

二、实验仪器

1．时钟与基带数据发生模块，位号：G 2．PSK调制模块，位号A 3．PSK解调模块，位号C 4．噪声模块，位号B 5．数字同步技术模块，位号I 6．20M双踪示波器1台 7．小平口螺丝刀1只 8．频率计1台（选用） 9．信号连接线4根

三、实验原理

相位键控调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它具有优良的抗干扰噪声性能及较高的频带利用率。在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而广泛应用在实际通信系统中。

本实验箱采用相位选择法实现相位调制（二进制），绝对移相键控（PSK或CPSK）是用输入的基带信号（绝对码）选择开关通断控制载波相位的变化来实现。相对移相键控（DPSK）采用绝对码与相对码变换后，用相对码控制选择开关通断来实现。 （一） PSK调制电路工作原理

二相相位键控的载波为1.024MHz，数字基带信号有32Kb/s伪随机码、及其相对码、32KHz方波、外加数字信号等。

相位键控调制解调电原理框图，如图5-1所示。 1．载波倒相器

模拟信号的倒相通常采用运放来实现。来自1.024MHz载波信号输入到运放的反相输入端，在输出端即可得到一个反相的载波信号，即?相载波信号。为了使0相载波与?相载波的幅度相等，在电路中加了电位器37W01和37W02调节。 2．模拟开关相乘器

对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。0相载波与?相载波分别加到模拟开关A：CD4066的输入端（1脚）、模拟开关B：CD4066的输入端（11脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模拟

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开关A的输入控制端（13脚），它反极性加到模拟开关B的输入控制端（12脚）。用来控制两个同频反相载波的通断。当信码为“1”码时，模拟开关A的输入控制端为高电平，模拟开关A导通，输出0相载波，而模拟开关B的输入控制端为低电平，模拟开关B截止。反之，当信码为“0”码时，模拟开关A的输入控制端为低电平，模拟开关A截止。而模拟开关B的输入控制端却为高电平，模拟开关B导通。输出?相载波，两个模拟开关输出通过载波输出开关37K02合路叠加后输出为二相PSK调制信号。

另外，DPSK调制是采用码型变换加绝对调相来实现，即把数据信息源（伪随机码序列）作为绝对码序列?an?，通过码型变换器变成相对码序列?bn?，然后再用相对码序列?bn?，进行绝对移相键控，此时该调制37TP05的输出就是DPSK已调信号。本模块对应的操作是这样的（详细见图5-1），37P01为PSK调制模块的基带37TP011信号输入铆孔，可以送入4P01点绝对码信号（PSK），也可以送入相对码基带信号(相对4P01点数字信号

绝相转换来说，此调制即为DPSK调制)。 32K方波输入

32K伪随机码输入37J03基带信号输入 37U03C74LS04

37TP01 37TP0237P0137TP02 11337TP0351调制信号输出 37P02 237K0237TP06161024KHZ方波低通滤波137P02 PSK调制输出37U06A406614PIN23437TP03 11237TP04倒相器111037U06B40661 图5-1 相位键控调制解调电原理框图

（二）相位键控解调电路工作原理

二相PSK(DPSK)解调器的总电路方框图如图6-2所示。该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。载波恢复和位定时提取，是数字载波传输系统必不可少的重要组成部分。载波恢复的具体实现方案是和发送端的调制方式有关的，以相移键控为例，有：N次方环、科斯塔斯环(Constas环)、逆调制环和判决反馈环等。近几年来由于数字电路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟踪环，并且已在实际应用领域得到了广泛的使用。但是，为了加强学生基础知识的学习及对基本理论的理解，我们从实际出发，选择科斯塔斯环解调电路作为基本实验。 1．二相(PSK，DPSK)信号输入电路 由整形电路，对发送端送来的二相(PSK、DPSK)信号进行前后级隔离、放大后送至鉴相器1与鉴相器2TP702TP704TP703TP705 TP701分别进行鉴相。38TP03 38TP02 38TP01 调制信号输入 38P01 38P01 开关1低通1÷2分频低通2判决1环路滤波判决2132至时钟再生电路 PSK调制信号入 整形电路开关2π/2移相 VCO振荡相乘器38P02 PSK解调输出 图5-2 解调器原理方框图 26 CPLD信号发生器通信工程专业实验指导书

2．科斯塔斯环提取载波原理

经整形电路放大后的信号分两路输出至两鉴相器的输入端，鉴相器1与鉴相器2的控制信号输入端的控制信号分别为0相载波信号与π/2相载波信号。这样经过两鉴相器输出的鉴相信号再通过有源低通滤波器滤掉其高频分量，再由两比较判决器完成判决解调出数字基带信码，由相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。得到反映恢复载波与输入载波相位之差的误差电压Ud, Ud经过环路低通滤波器滤波后，输出了一个平滑的误差控制电压，去控制VCO压控振荡器74S124。它的中心振荡输出频率范围从1Hz到60MHz，工作环境温度在0～70℃，当电源电压工作在+5V、频率控制电压与范围控制电压都为+2V时，74S124的输出频率表达式为： f0 = 5×10/Cext，在实验电路中，调节精密电位器38W01(10KΩ)的阻值，使频率控制输入电压(74LS124的2脚)与范围控制输入电压(74LS124的3脚)基本相等，此时，当电源电压为+5V时，才符合：f0 = 5×10/Cext,再变改4、5脚间电容,使74S124的7脚输出为2.048NHZ方波信号。74S124的6脚为使能端，低电平有效，它开启压控振荡器工作；当74S124的第7脚输出的中心振荡频率偏离2.048MHz时，此时可调节38W01，用频率计监视测量点38TP02上的频率值，使其准确而稳定地输出2.048MHz的同步时钟信号。

该2.048MHz的载波信号经过分频(÷2)电路：一次分频变成1.024MHz载波信号，并完成π/2相移相。这样就完成了载波恢复的功能。

从图中可看出该解调环路的优点是：

①该解调环在载波恢复的同时，即可解调出数字信息。

②该解调环电路结构简单，整个载波恢复环路可用模拟和数字集成电路实现。

但该解调环路的缺点是：存在相位模糊，即解调的数字基带信号容易出现反向问题。DPSK调制解调就可以解决这个问题，相绝码转换在“复接/解复接、同步技术模块”上完成。

-4

-4

四、实验设置

1．PSK调制模块

37K02：两调调制信号叠加。1-2脚连，输出“1”的调制信号；2-3脚连，输出“0”的调制信号。 37W01：调节0相载波幅度大小，调节37TP02峰峰值2～4V。 37W02：调节π相载波幅度大小，调节37TP03峰峰值2～4V。

37P01：外加数字基带信号输入铆孔。

37TP01：频率为1.024MHz方波信号，由4U01芯片(EPM240)编程产生。

37TP02：0相1.024MHZ载波正弦波信号，调节电位器37W01改变幅度（2～4V左右）。 37TP03：π相1.024MHZ载波正弦波信号，调节电位器37W02改变幅度（2～4V左右）。 37P02：PSK调制信号输出铆孔。由开关37K02决定。

1-2相连3-4断开时，37TP06为0相载波输出； 1-2断开3-4相连时，37TP06为π相载波输出；

1-2和3-4相连时，37TP06为PSK调制信号叠加输出。注意两相位载波幅度需调整相同，否则调制信号在相位跳变处易失真。

2．PSK解调模块

38W01：载波提取电路中压控振荡器调节电位器。

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38P01：PSK解调信号输入铆孔。

38TP01：压控振荡器输出2.048MHz的载波信号，建议用频率计监视测量该点上的频 率值

有偏差时，此时可调节38W01，使其准确而稳定地输出2.048MHz的载波信号，即可解调输出数字基带信号。

38TP02：频率为1.024MHz的0相载波输出信号。

38TP03：频率为1.024MHz的π/2相载波输出信号，对比38TP03。

38P02：PSK解调输出铆孔。PSK方式的科斯塔斯环解调时存在相位模糊问题，解调出的基带信号可

能会出现倒相情况；DPSK方式解调后基带信号为相对码，相绝转换由下面的“同步技术模块”完成。

3．复接/解复接、同步技术模块

39SW01：功能设置开关。设置“0010”，为32K相对码、绝对码转换。 39P01：外加基带信号输入铆孔。

39P07：相绝码转换输出铆孔。

五、实验内容及步骤

1．在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“ PSK调制模块” 、“噪声模块”、“PSK解调模块”、“同步提取模块”，插到底板“G、A、B、C、I”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

2．PSK信号连接线连接：4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、39P01。

DPSK信号连接线连接：4P03、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、39P01。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。

3．打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

4．设置好跳线开关37K02的1-2、3-4相连。拨码器4SW02：设置为“00001“，4P01产生32K的 15位m序列输出；设置为“00011“，4P01产生32K的 31位m序列输出；4P03产生4P01波形的相对码输出。 5．载波幅度调节：

37W01：调节0相载波幅度大小，调节37TP02峰峰值2～4V。 37W02：调节π相载波幅度大小，调节37TP03峰峰值2～4V。

6. PSK调制信号观察：双踪示波器，触发测量探头测试4P01点，另一测量探头测试37P02，调节示波器使两波形同步，观察BPSK调制输出波形，记录实验数据。

DPSK调制信号观察：双踪示波器，触发测量探头测试4P01点，另一测量探头测试37P06，调节示波器使两波形同步，观察DPSK调制输出波形，记录实验数据。

7．噪声模块调节：调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；调节3W02，调整3P02信号幅度为4V。 8．PSK解调参数调节：

调节38W01电位器，使压控振荡器工作在2048KHZ，同时可用频率计鉴测38TP01点。注意观察38TP02和38TP03两测量点波形的相位关系。

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9．PSK解调信号观测 （1）PSK调制方式

观察38P02点PSK解调输出波形，并作记录，并同时观察PSK调制端37P01的基带信号，比较两者波形相近为准（可能反向）。 （2）DPSK调制方式

“同步提取模块”的拨码器39SW01设置为“0010”。

观察38P02和37P01的两测试点，比较两相对码波形，观察是否存在反向问题；观察39P07和4P01的两测试点，比较两绝对码波形，观察是否还存在反向问题。作记录。

10.调节3W01逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。 11.实验完成后，关闭电源开关，按照带课老师要求放置好实验模块。

六、实验报告要求

1．根据连线关系，画出实验结构示意图，并作叙述。 2．简述DPSK调制解调电路的工作原理及工作过程。

3．根据实验测试记录（波形、频率、相位、幅度以及时间对应关系）依此画出调制解调器各测量点的工作波形，并给以必要的说明。

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第二部分 高频电子线路

实验一 石英晶体振荡器

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

? 石英晶体振荡器 ? 串联型晶体振荡器

? 静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响 2．做本实验时所用到的仪器： ? ? ? ?

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。

2．掌握石英晶体振荡器、串联型晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件功能。 3．熟悉静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响

4．感受晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的方法。

三、实验内容

1．用万用表进行静态工作点测量。

2．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡电压峰-峰值Vp-p，并以频率计测量振荡频率。 3．观察并测量静态工作点、微调电容、负载电阻等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。 四、基本原理

1．晶体振荡器工作原理

BG1一种晶体振荡器的交流通路如图1-1所示。图中，若将晶体短路,则L1、C2、C3、C4就构成了典型的电C3C4C5晶体振荡器模块

双踪示波器 频率计 万用表

容三点式振荡器(考毕兹电路)。因此，图1-1的电路是一种典型的串联型晶体振荡器电路（共基接法）。L1R5若取L1=4.3μH、C2=820pF、C3=180pF、C4=20pF，则可算得LC并联谐振回路的谐振频率f0≈6MHz，与晶体R4C2工作频率相同。图中，C4是微调电容，用来微调振荡频率；C5是耦合（隔直流）电容，R5是负载电阻。很显然，R5越小，负载越重，输出振荡幅度将越小。 2．晶体振荡器电路

晶体振荡器电路如图1-2所示。图中，4R03、4C02为去耦元件，4C01为旁路电容，并构成共基接法。

图5-1 晶体振荡器交流通路图1-1 晶体振荡器交流通路 JTI4W01用以调整振荡器的静态工作点（主要影响起振条件）。4C1为微调电容，可微调振荡频率，4C05为输出耦合电容。4Q02为射随器，用以提高带负载能力。实际上，图1-2电路的交流通路即为图1-1所示的电路。

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五、实验步骤 1．实验准备

在实验箱主板上插好晶振模块，接通实验箱上电源开关，按下开关

4W014R033k4C02+12V14R072K4K01，此时电源指示灯点亮。 2．静态工作点测量

4R014L014D01LED 4TP014R054C054Q02901875p14TP02改变电位器4W01可改变4Q01的

4Q0114C0614VO1X基极电压VB，并改变其发射极电压VE。记下VE的最大、最小值，并计算相应的IEmax、IEmin值（发射极电阻4R04=1KΩ—）。

3．静态工作点变化对振荡器工作的影响

⑴ 实验初始条件：VEQ=2.5V（调4W01达到）。

4C014JZ014R026MHZ4R044C034C1Y输出4R06500GND134C0412 图1-2 晶体振荡器实验电路 ⑵ 调节电位器4W01以改变晶体管静态工作点IE，使其分别为表1.1所示各值，且把示波器探头接到4TP01端，观察振荡波形，测量相应的振荡电压峰-峰值Vp-p，并以频率计读取相应的频率值，填入表1.1。

VEQ(V) f(MHz) Vp-p(V)

4．微调电容4C1变化对振荡器工作的影响 ⑴ 实验初始条件：同3⑴。

⑵ 用改锥（螺丝刀、起子）平缓地调节微调电容4C1。与此同时，把示波器探头接到4TP02端，观察振荡波形，测量相应的振荡电压峰-峰值Vp-p，并以频率计读取相应的频率值，填入表1.2。

六、实验报告要求

1．根据实验测量数据，分析静态工作点(IEQ)对晶体振荡器工作的影响。

2．对实验结果进行分析，总结静态工作点、微调电容、负载电阻等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响，并阐述缘由。

3．对晶体振荡器与LC振荡器之间在静态工作点影响、带负载能力方面作一比较，并分析其原因。 4．总结由本实验所获得的体会。

表1.2 C4数值 Vp-p(V) f(MHz) 最小 较小 中间 较大 最大 2.0 表1.1 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 31

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实验二 振幅调制

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点： ? 幅度调制

? 用模拟乘法器实现幅度调制 ? MC1496四象限模拟相乘器 2．做本实验时所用到的仪器： ? ? ? ?

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；

2．掌握用MC1496来实现AM和DSB-SC的方法，并研究已调波与调制信号、载波之间的关系； 3．掌握在示波器上测量调幅系数的方法； 4．通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。

三、实验内容

1．模拟相乘调幅器的输入失调电 压调节、直流调制特性测量。 2．用示波器观察DSB-SC波形。

3．用示波器观察AM波形，测量调幅系数。 4．用示波器观察调制信号为方波时的调幅波。 四、基本原理 1．MC1496简介

MC1496是一种四象限模拟相乘器，其内部电路以及用作振幅调制器时的外部连接如图3-1所示。由图可见，电路中采用了以反极性方式连接的两组差分对（T1～T4），且这两组差分对的恒流源管（T5、T6）又图3-1 MC1496内部电路及外部连接 组成了一个差分对，因而亦称为双差分对模拟相乘器。其典型用法是：

集成乘法器幅度调制电路模块

高频信号源 双踪示波器 万用表

⑻、⑽脚间接一路输入（称为上输入v1），⑴、⑷脚间接另一路输入（称为下输入v2），⑹、⑿脚分别经由集电极电阻Rc接到正电源+12V上，并从⑹、⑿脚间取输出vo。⑵、⑶脚间接负反馈电阻Rt。⑸脚到地之间接电阻RB，它决定了恒流源电流I7、I8的数值，典型值为6.8kΩ。⒁脚接负电源?8V。⑺、⑼、⑾、⒀脚悬空不用。由于两路输入v1、v2的极性皆可取正或负，因而称之为四象限模拟相乘器。可以证明：

?v1?2Rcvo?v2?th??Rt2vT?? ，

因而，仅当上输入满足v1≤VT (26mV)时，方有：

vo?Rcv1?v2RtvT，

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才是真正的模拟相乘器。本实验即为此例。 2．1496组成的调幅器

用1496组成的调幅器实验电路如图3-2所示。图中，与图3-1相对应之处是：8R08对应于Rt，8R09对应于RB，8R03、8R10对应于RC。此外，8W01用来调节⑴、⑷端之间的平衡，8W02用来调节⑻、⑽端之间的平衡。此外，本实验亦利用8W01在⑴、⑷端之间产生附加的直流电压，因而当IN2端加入调制信号时即可产生AM波。晶体管8Q01为射极跟随器，以提高调制器的带负载能力。

8R021K8TP018R018C018R132K+12V1载波输入8V01IN1X18V02X18R088C0218C048U01GADJ88P018W021018P0210uF4CAR+CAR-SIG+SIG-VEEOUT+OUT-BIAS6128C0651GADJ8R108R118R038C058TP038Q018D01LEDYY228TP028V03X1238C03调幅输出18V04XY1IN2Y音频输入8R048W018R058R068R07OUT2MC1496148R09GND88R12VCCGND8R145108K1+12V1-12V1VCC+12V12VGND8D028V8C0710uF+12V1-12V1+12V-12V-12V2 图3-2 1496组成的调幅器实验电路 五、实验步骤 1．实验准备

⑴ 在实验箱主板上插上集成乘法器幅度调制电路模块。接通实验箱上电源开关，按下模块上开关8K1，此时电源指标灯点亮。

⑵ 调制信号源：其参数调节如下（示波器监测）： ? 频率范围：1kHz ? 波形选择：正弦波 ? 输出峰-峰值：100mV

⑶ 载波源：采用高频信号发生器： ? 工作频率：2MHz用频率计测量；

? 输出幅度（峰-峰值）：100mV，用示波器观测。 2．静态测量

（1）载波输入端（IN1）输入失调电压调节（调8W02使载波输入端平衡）

把调制信号源输出的调制信号加到输入端IN2（载波源不加），并用示波器CH2监测输出端（8TP03）的输出波形。调节电位器8W02使此时输出端（8TP03）的输出信号（称为调制输入端馈通误差）最小。然后断开调制信号源。

（2）调制输入端（IN2）输入失调电压调节

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把载波源输出的载波加到输入端IN1（调制信号源不加），并用示波器CH2监测输出端（8TP03）的输出波形。调节电位器8W01使此时输出端（8TP03）的输出信号（称为载波输入端馈通误差）最小。

（3）直流调制特性测量

不加调制信号，只加载波信号，用示波器CH2监测输出端（8TP03）的输出波形，并用万用表测量8P01、8P02之间的电压VAB。改变8W01以改变VAB，记录VAB值（由表9.1给出）以及对应的输出电压峰-峰值Vo（可用示波器CH1监测输入载波，并观察它与输出波形之间的相位关系）。再根据公式V0?KVABVcp?p计算出相乘系数k值（VCP?P??100mv），并填入表3.1。

表3.1

VAB(V) ?0.4 Vo(V) k(1/V) ?0.3 ?0.2 ?0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 需要指出，对相乘器，有z?kxy，在这里有

vo?kvcv?（v、v、v相应地是OUT、IN1、IN2端电压）

。oc?

因此，当v?=0时，即使vc≠0，仍应有vo=0。若vo≠0，则说明MC1496的⑴、⑷输入端失调。于是应借由调节8W01来达到平衡，这就是上面实验（2⑵）的做法（2⑴相同）。另一方面，在下面的实验中，又要利用对8W01的调节来获得直流电压，把它先与v?相加后再与 vc相乘，便可获得AM调制。这与“失调”是两个完全不同的概念，请勿混淆。

3．DSB-SC（抑制载波双边带调幅）波形观察

在IN1端进行输入失调电压调节（对应于8W02的调节）的基础上，可进行DSB-SC测量。 ⑴调制输入端（IN2）输入失调电压调节

把载波源输出的载波加到输入端IN1（调制信号源不加），并用示波器CH2监测输出端（8TP03）的输出波形。调节电位器8W01使此时输出端（8TP03）的输出信号（称为载波输入端馈通误差）最小。

⑵DSB-SC信号波形观察

将高频信号源输出的载波接入IN1，调制信号接入IN2。

示波器CH1接调制信号（可用带“钩”的探头接到8TP02上），示波器CH2接OUT端，即8TP03，即可观察到调制信号及其对应的DSB-SC信号波形。

⑶ DSB-SC信号反相点观察

为了清楚地观察双边带信号过零点的反相，必须降低载波的频率，本实验可将高频信号降低为100KHZ，幅度仍为100mv，接入IN1，调制信号仍为1KHZ（幅度100mv），接入IN2。

增大示波器X轴扫描速率，仔细观察调制信号过零点时刻所对应的DSB-SC信号，过零点时刻的波形应该反相。

⑷ DSB-SC信号波形与载波波形的相位比较

在实验3（3）的基础上，将示波器CH1改接8TP01点，把调制器的输入载波波形与输出DSB-SC波形的相位进行比较，可发现：在调制信号正半周期间，两者同相；在调制信号负半周期间，两者反相。 4．AM（常规调幅）波形测量 ⑴ AM正常波形观察

在保持8W02已进行载波输入端（IN1）输入失调电压调节的基础上，改变8W01，并观察当VAB从?0.4V变化到+0.4V时的AM波形（示波器CH1接8TP02， CH2接8TP03）。可发现：当 | VAB| 增大时，载波振幅增大，因而调制度m减小；而当VAB的极性改变时，AM波的包络亦会有相应的改变。当VAB = 0时，则为

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DSB-SC波。记录m=0.3时VAB值和AM波形，最后再返回到VAB = 0.1V的情形。

⑵ 不对称调制度的AM波形观察

在保持8W01已调节到VAB = 0.1V的基础上，观察改变8W02时的AM波形（示波器CH1接8TP02， CH2接8TP03）。可观察到调制度不对称的情形。最后仍调整到调制度对称的情形。

⑶ 100％调制度观察

在上述实验的基础上（示波器CH1仍接8TP02， CH2仍接8TP03），逐步增大调制信号源输出的调制信号幅度，可观察到100％调制时的AM波形。

⑷ 过调制时的AM波形观察

① 继续增大调制信号源输出的调制信号幅度，可观察到过调制时的AM波形，并与调制信号波形作比较。

② 调8W01使VAB = 0.1V逐步变化为?0.1V（用万用表监测），观察在此期间AM波形的变化，并把VAB

为 ?0.1V时的AM波形与VAB为0.1V时的AM波形作比较。当VAB = 0时是什么波形？

③ 最后调到m=0.3时的AM波形。 5．输入为大载波时的调幅波观察

保持调制信号输入不变，逐步增大载波源输出的载波幅度，并观察输出已调波。可发现：当载波幅度增大到某值（如0.2V峰-峰值）时, 已调波形开始有失真（顶部变圆）；而当载波幅度继续增大到某值（如0.6V峰-峰值）时, 已调波形开始变为方波。最后把载波幅度复原（100mV）。 6．调制信号为方波时的调幅波观察

保持载波源输出不变，但把调制信号源输出的调制信号改为方波（峰-峰值为100mV），观察当VAB从0.1V变化到?0.1V时的（已）调幅波波形。最后仍把VAB调节到0.1V。当VAB= 0时是什么波形？ 7．调制信号为三角波时的调幅波观察

同上，把调制信号源输出的调制信号改为三角波。

六、实验报告要求

1．根据实验测量数据，用坐标纸画出直流调制特性曲线； 2．由本实验得出DSB-SC波形与调制信号、载波间的关系；

3．由本实验得出m＜100％、m=100％、m＞100％这三种情况下的AM波形与调制信号、载波间的关系； 4．画出DSB-SC波形及m=100％时的AM波形，比较两者的区别； 5．解释在1496组成的调幅器中，把载波作为上输入的理由； 6．总结由本实验所获得的体会。

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实验三 幅度调制信号的解调

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点： ? 振幅解调

? 二极管包络检波

? 模拟乘法器实现同步检波 2．做本实验时所用到的仪器： ? ? ? ? ?

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。

2．掌握用包络检波器实现AM波解调的方法。了解滤波电容数值对AM波解调影响。

3．理解包络检波器只能解调m≤100％的AM波，而不能解调m＞100％的AM波以及DSB-SC波的概念。 4．掌握用MC1496模拟乘法器组成的同步检波器来实现AM波和DSB-SC波解调的方法。了解输出端的低通滤波器对AM波解调、DSB-SC波解调的影响。

5．理解同步检波器能解调各种AM波以及DSB-SC波的概念。

三、实验内容

1．用示波器观察包络检波器解调AM波、DSB-SC波时的性能。 2．用示波器观察同步检波器解调AM波、DSB-SC波时的性能。 3．用示波器观察包络检波器的滤波电容过大对AM波解调的影响。

4．用示波器观察同步检波器输出端的低通滤波器对AM波解调、DSB-SC波解调的影响。 四、基本原理

振幅解调即是从已调幅波中提取调制信号的过程，亦称为检波。通常，振幅解调的方法有包络检波和同步检波两种。 1．包络检波 二极管包络检波器是包络检波器中最简单、最常用的一种电路。它适合于解调信号

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GND10C0510W0110R0110R0210C0710W0210C0310R065110L0110C0210K01SW-K210TP011集成乘法器幅度解调电路模块 晶体二极管检波器模块 高频信号源 双踪示波器 万用表

+12V110TP02110D0210V01INVDI110C0110D0110C0610K0210R03SW-K2OUT10BG01901810R0410R0510TP03110R0710P0110C04OUT10BG029018 图 4-1 二极管包络检波器电路 通信工程专业实验指导书

电平较大（俗称大信号，通常要求峰-峰值为1.5V以上）的AM波。它具有电路简单，检波线性好，易于实现等优点。本实验电路主要包括二极管和RC低通滤波器，如图4-1所示。图中，10D01为检波管，10C02、10R01构成低通滤波器，10C05、10C01构成并联谐振回路，对送来的中频谐振，调整10W01可改变输入阻抗。10BG01、10BG02对检波后的音频进行放大，放大后的音频由10P01输出。10K02可控制音频信号是否输出。图中，利用二极管的单向导电性使得电路的充放电时间常数不同（实际上，相差很大）来实现检波。因此，选择合适的时间常数RC就显得很重要。 2．同步检波

同步检波，又称相干检波。它利用与已调幅波的载波同步（同频、同相）的一个恢复载波（又称基准信号）与已调幅波相乘，再用低通滤波器滤除高频分量，从而解调得调制信号。本实验采用MC1496集成电路来组成解调器，如图10-2所示。图中，恢复载波vc先加到输入端IN1上，再经过电容9C01加在⑻、⑽脚之间。已调幅波vamp先加到输入端IN2上，再经过电容9C02加在⑴、⑷脚之间。相乘后的信号由⑿脚输出，再经过由9C04、9C05、9R06组成的?型低通滤波器滤除高频分量后，在解调输出端（OUT）提取出调制信号。

需要指出的是，在图4-2中对1496采用了单电源（+12V）供电，因而⒁脚需接地，且其它脚亦应偏置相应的正电位，恰如图中所示。

9R039C032K9R129TP019V01IN1X9R079C019R04LED9U01GADJ81019C029R029R084CAR+CAR-SIG+SIG-VEE9R09MC1496OUT+OUT-BIAS61259C049C05OUT9R10GADJ9R059R99TP039C079R069C0619D01+12V112Y19R01载波输入9TP023音频输出19V03X2YIN22调幅输入14GNDVCCGNDGND9VCCGND12V+12V+12V19K1+12V+12V-12V12X1Y9V021 图4-2 MC1496 组成的解调器实验电路

五、实验步骤 1．实验准备

⑴ 选择好需做实验的模块板：集成乘法器幅度调制电路、二极管检波器、集成乘法 器幅度解调电路。

⑵ 接通实验板的电源开关，使相应电源指示灯发光，表示已接通电源即可开始实验。 注意：做本实验时仍需重复实验九中部分内容，先产生调幅波，再供这里解调之用。 2．二极管包络检波器

二极管包络检波器的实验电路如图4-1所示。 ⑴ AM波的解调

① m=30％的AM波的解调 (ⅰ) AM波的获得

与实验三的五、4．⑴中的实验内容相同，低频信号或函数发生器作为调制信号源（输出100mVp-p的

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1kHz正弦波），以高频信号源作为载波源（输出100mVp-p的2MHz正弦波），再调节8W01使VAB= 0.2V左右，便可从幅度调制电路单元上输出m=30％的AM波，其输出幅度（峰-峰值）至少应为0.8V。

(ⅱ) AM波的包络检波器解调

把上面得到的AM波加到包络检波器输入端（IN），即可用示波器在10TP02观察到包络检波器的输出（提示：用“DC”档），并记录输出波形。为了更好地观察包络检波器的解调性能，可将示波器CH1接包络检波器的输入10TP01，而将示波器CH2接包络检波器的输出10TP02（下同）。若增大调制信号幅度，则解调输出信号幅度亦会相应增大。拨动10K02，使音频输入低放10BG01、10BG02，观察10TP03的波形。

(ⅲ) 加大滤波电容的影响

把开关10K01接通，便可观察到加大滤波电容的影响（输出减小，且有失真）。 ② m=100％的AM波的解调

加大调制信号幅度，使m=100％，观察并记录检波器输出波形。 ③ m＞100％的AM波的解调

继续加大调制信号幅度，使m＞100％，观察并记录检波器输出波形。

在做上述实验时，亦可用改变8W01（VAB）的方法来获得各种不同类型的调幅波。 ⑵ DSB-SC波的解调

增大载波信号及调制信号幅度，并调节8W01，使得在调制器输出端产生较大幅度的DSB-SC信号。然后把它加到二极管包络检波器的输入端，观察并记录检波器的输出波形，并与调制信号作比较。 3．同步检波器

同步检波器的实验电路如图4-2所示。 ⑴ AM波的解调

将幅度调制电路的输出接到幅度解调电路的IN2输入端。解调电路的恢复载波，通过幅度调制电路的另一IN1与解调电路INI相连。示波器CH1接调制信号9TP02，CH2接同步检波器的输出9TP03（幅度解调电路单元的“OUT”端），分别观察并记录当调制电路输出为m=30%、m=100%、m>100%时三种AM波的解调输出波形，并与调制信号作比较。 ⑵ DSB-SC波的解调

采用实验三的五、3中相同的方法来获得DSB-SC波，并加入到幅度解调电路的IN2输入端，而其它连线均保持不变，观察并记录解调器输出波形，并与调制信号作比较。

六、实验报告要求

1．由本实验归纳出两种检波器的解调性能，以“能否正确解调”填入表4-1中，并作必要说明。

表4-1

调幅波 能否正确解调 包络检波 同步检波 m =30％ AM m =100％ m ＞100％ DSB-SC 2．由本实验知：在图4-1中的并联电容10C07对AM波的解调有何影响？由此可以得出什么结论？ 3．由本实验知：在图4-2中的?型低通滤波器对AM波、DSB-SC波的解调有何影响？由此可以得出什么结论？

4．总结由本实验所获得的

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实验四 变容二极管调频振荡器

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点： ? 频率调制

? 变容二极管调频

? 静态调制特性、动态调制特性 2．做本实验时所用到的仪器： ? ? ? ?

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统； 2．掌握用变容二极管调频振荡器实现FM的方法； 3．了解变容二极管串接电容的数值对FM波产生的影响； 4．理解静态调制特性、动态调制特性概念和测试方法。

三、实验内容

1．用示波器观察调频器输出波形，考察各种因素对于调频器输出波形的影响； 2．变容二极管调频器静态调制特性测量； 3．变容二极管调频器动态调制特性测量。

变容二极管调频模块 双踪示波器 频率计 万用表

四、基本原理

1．变容二极管调频器实验电路

变容二极管调频器实验电路如图5-1所示。图中，12BG01本身为电容三点式振荡器，它与12D01（变容二极管）一起组成了直接调频器。12BG03为放大器，12BG04为射极跟随器。12W01用来调节变容二极管偏压，12W02用来调节12BG01级的静态工作点，它们都会影响FM波载波频率。12W03用来调节输出（OUT）电压幅度。

12K01+12V+12V112W0212C1610u/16V12R0412L0310mH12C1512C1412C1310u/16V+12V112W0112L0212C1712C1812R0212R0512C080.01u12TP0112R182K12R1651k12R1112R132K12P0212BG01901812C06音频输入X12C01Y112L0112D0112C0312C0412C0512C07112R0810012BG03901812W0312C10220p50k12D01212V0112R0112P0112C022CC1F12R0312R0712BG049018212TP021VCC+12V12VGNDGND4GND12R151kGND12C120.1u12R171K调频输出220P+12V-12V12YVCCGND12R124.7k12R145112C11112V02X 图5-1变容二极管调频器实验电路

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2．变容二极管调频器工作原理

变容二极管调频器的直流通路如图5-2(a)所示，高频通路如图5-2(b)所示。由图5-2(a)可见，加到变容二极管上的直流偏置就是+12V经由12R04、12W01分压后，从12W01滑动端上取出的电压，因而调节12W01即可调整偏压。由图5-2(b)可见，该调频器本质上是一个电容三点式振荡器（共集接法），变容二极管经由12C03再加到回路的12L02上，因而是属于变容二极管取部分接入的电路。

对输入音频信号而言，12C01、12L01短路，12C02开路，从而音频信号可加到变容二极管12D01上。只要改变12D01上的电压，即可改变其电容，从而改变振荡频率，这就是变容二极管调频器的工作原理。

12R04+12V12BG0112D0112C0312C0412W0112R0212C0512L0212C0212D0112R0312R0712C0612C07(a) (b) 图5-2变容二极管调频器的直流、高频通路

五、实验步骤 1．实验准备

在实验箱主板上插上变容二极管调频模块，按下12K01，此时该板电源指标灯点亮。 2．静态调制特性测量

输入端先不接音频信号，将示波器接到调频器单元的12TP01。调节12W02使12TP01的波形清晰失真小。 （1）将频率计接到12TP02，调整12W01使得振荡频率f0=7.5MHz，用万用表测量此时12P01点电位值，填入表5-1中。然后重新调节电位器12W01，使12P01点电位在0.5～8V范围内变化，并把相应的频率值填入表12-1。

（2）调节12W02以改变12BG01级工作点电压，观测它对于调频器输出波形的影响。 （3）调节12W03以改变输出12TP02电压幅度，观测它对于调频器输出波形的影响。

表5-1

V12P01(V) F0(MHz) 3．动态调制特性测量 ⑴ 实验准备

7.5 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 ① 先把相位鉴频器模块（简称鉴频器单元）中的+12V电源接通（按下13K01开关，相应指示灯亮），

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