教學設備

一、實驗目的
1.掌握FSK(ASK)調(diào)制的工作原理及電路組成。   2.掌握利用鎖相環(huán)解調(diào)FSK的原理和實現(xiàn)方法。

二、實驗電路工作原理


圖9-1  FSK調(diào)制解調(diào)電原理框圖

數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調(diào)制解調(diào)方式容易實現(xiàn)，抗噪聲和抗群時延性能較強，因此在無線中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應用。
數(shù)字調(diào)頻又可稱作移頻鍵控FSK，它是利用載頻頻率變化來傳遞數(shù)字信息。
數(shù)字幅度調(diào)制ASK本實驗箱沒有做成專門的ASK單元，因為只接通FSK調(diào)制單元電路中相加開關K902的“對1調(diào)制”信號，即為ASK調(diào)制。
（一） FSK調(diào)制電路工作原理
    FSK調(diào)制解調(diào)電原理框圖，如圖9-1所示；圖9-2是它的調(diào)制電路電原理圖。     輸入的基帶信號分成兩路，一路控制f1=32KHz的載頻，另一路經(jīng)倒相去控制f2=16KHz的載頻。當基帶信號為“1”時，模擬開關1打開，模擬開關2關閉，此時輸出f1=32KHz，當基帶信號為“0”時，模擬開關1關閉，模擬開關2開通。此時輸出f2=16KHz，于是可在輸出端得到已調(diào)的FSK信號。
    電路中的兩路載頻(f1、f2)由內(nèi)時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生，兩路載頻分別經(jīng)射隨、選頻濾波、射隨、再送至模擬開關U902A與U901B(4066)。
（二） FSK解調(diào)電路工作原理
FSK集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器由于性能優(yōu)越，價格低廉，體積小，所以得到了越來越廣泛的應用。解調(diào)電路電原理圖如圖9-3所示。     FSK集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器的工作原理是十分簡單的，只要在設計鎖相環(huán)時，使
它鎖定在FSK的一個載頻如f1上，對應輸出高電平，而對另一載頻f2失鎖，對應輸出低電平，那末在鎖相環(huán)路濾波器輸出端就可以得到解調(diào)的基帶信號序列。
    FSK鎖相環(huán)解調(diào)器中的集成鎖相環(huán)選用了MC14046。
    壓控振蕩器的中心頻率設計在32KHz。圖9-3中R924、R925、CA901主要用來確定壓控振蕩器的振蕩頻率。R929、C916構成外接低通濾波器，其參數(shù)選擇要滿足環(huán)路性能指標的要求。從要求環(huán)路能快速捕捉、迅速鎖定來看，低通濾波器的通帶要寬些；從提高環(huán)路的跟蹤特性來看，低通濾波器的通帶又要窄些。因此電路設計應在滿足捕捉時間前提下，盡量減小環(huán)路低通濾波器的帶寬。?
當輸入信號為16KHz時，環(huán)路失鎖。此時環(huán)路對16KHz載頻的跟蹤破壞。
可見，環(huán)路對32KHz載頻鎖定時輸出高電平，對16KHz載頻失鎖時就輸出低電平。只要適當選擇環(huán)路參數(shù)，使它對32KHz鎖定，對16KHz失鎖，則在解調(diào)器輸出端就得到解調(diào)輸出的基帶信號序列。關于FSK調(diào)制原理波形見圖9-4所示。

三、實驗內(nèi)容
     測試FSK調(diào)制解調(diào)電路TP901—TP910各測量點波形，并作詳細分析。
     1．按下實驗箱右測電源開關，電源指示燈亮。
2．跳線開關設置：
K901：1－2：碼元速率為2KB/s的111100010011010偽隨機碼或2KHz方波，由薄膜鍵盤選擇輸入；
      2－3：PC數(shù)據(jù)。
K902：1-2和3-4均相連時，調(diào)制波形疊加合成開關。
K903：1－2：在已調(diào)信號中加入噪音(模仿實際通信中的信道噪聲, 可在噪聲模塊中TP108處測得噪聲波形，W101調(diào)節(jié)噪聲幅度,幅度不宜過大)；
      2－3：不加入噪音（或者跳線拔掉不連）。
SW01：1－2：FSK自環(huán)；
      2－3：斷開FSK自環(huán)，F(xiàn)SK可通過MODEM接口實現(xiàn)兩個實驗平臺間的雙工通信（此實驗將在后續(xù)章節(jié)中完成）。
     3．電位器調(diào)節(jié)：
        W901：調(diào)節(jié)32KHz正弦波幅度大小。
        W902：調(diào)節(jié)16KHz正弦波幅度大小。
W903：調(diào)節(jié)FSK已調(diào)信號幅度大小。
W904：調(diào)節(jié)解調(diào)電路壓控振蕩器時鐘的中心頻率。
     4．調(diào)節(jié)W904電位器使壓控振蕩器工作在32KHz（16 KHz行不行）。
5．注意：當基帶信號的碼元速率與載頻信號的頻率相差太近時,FSK解調(diào)端輸出測量點TP910輸出應為不穩(wěn)定的輸出波形。
6．接通開關SW01的1-2腳(自環(huán))或2-3腳(斷開自環(huán))，輸入FSK信號給解調(diào)電路，注意觀察“1”、“0”碼內(nèi)所含載波的數(shù)目。
7．觀察FSK解調(diào)輸出TP908～TP910波形，并作記錄，并同時觀察FSK調(diào)制端的基帶信號，比較兩者波形，觀察是否有失真。
FSK頻移鍵控原理波形示意圖（如圖9-4）。

 

圖9-2  FSK調(diào)制電路電原理圖



圖9-3  FSK解調(diào)電路電原理圖

FSK頻移鍵控原理波形圖（如圖9-4） 



圖9-4  FSK頻移鍵控原理波形圖

四、測量點說明
  TP901：32KHz方波信號，由U101芯片(EPM7128)編程產(chǎn)生。
  TP902：16KHz方波信號，由U101芯片(EPM7128)編程產(chǎn)生。
TP903：32KHz載波信號，可調(diào)節(jié)電位器W901改變幅度
TP904：16KHz載波信號，可調(diào)節(jié)電位器W902改變幅度
  TP905：作為數(shù)字基帶信碼信號輸入，由開關K901決定。
K901的1與2相連：碼元速率為2KHz的111100010011010碼或2KHz方波由薄膜鍵盤選擇輸入；
K901的2與3相連： PC數(shù)據(jù)輸入。
    TP906：FSK調(diào)制信號輸出，此測量點需使用雙蹤對比測量，另一蹤（觸發(fā)）測量TP905。
K902的1-2相連、3-4斷開時，TP906為32KHz載波FSK調(diào)制信號輸出；
K902的1-2斷開、3-4相連時，TP906為16KHz載波FSK調(diào)制信號輸出；
K902的1-2和3-4均相連時，TP906為FSK調(diào)制信號疊加輸出。
TP907：衰減或放大的FSK調(diào)制信號輸出。
K903的1-2腳相連時，在調(diào)制信號中加入噪聲，電位器W101調(diào)整噪聲幅度(可在TP108處測得波形)，模擬實際通信中的信道傳輸。
TP908：FSK解調(diào)信號輸入。
SW01的1－2腳相連時：FSK自環(huán)，即同一平臺上調(diào)制解調(diào)；
SW01的2－3相連時：FSK自環(huán)斷開，F(xiàn)SK可通過MODEM接口實現(xiàn)兩個實驗平臺間的雙工通信。
  TP909：FSK解調(diào)電路中壓控振蕩器輸出時鐘的中心頻率，正常工作時應為32KHz左右，頻偏不應大于2KHz，若有偏差，可調(diào)節(jié)電位器W904。
  TP910：FSK解調(diào)信號輸出，即數(shù)字基帶信碼信號輸出，波形同TP905。
注：在FSK解調(diào)時，數(shù)字基帶信號的頻率與載頻的頻率應滿足4F ≤ fc2的關系，否則它們的頻譜重疊，F(xiàn)SK解調(diào)電路解調(diào)不出此時的數(shù)字基帶信碼信號。

五、實驗報告要求
  1.畫出FSK、ASK各主要測試點波形。
2.寫出改變4046的哪些外圍元件參數(shù)對其解調(diào)正確輸出有影響?
3.分析其輸出數(shù)字基帶信號序列與發(fā)送數(shù)字基帶信號序列相比有否產(chǎn)生延遲，什么情況下會出現(xiàn)解調(diào)輸出的數(shù)字基帶信號序列反向的問題?

DB-8621D 通信原理綜合實驗箱(增強型)

一、產(chǎn)品簡介
DB-8621D通信原理綜合實驗箱是針對電子和通信工程類專業(yè)學生，系統(tǒng)完成《通信原理》等現(xiàn)代通信技術相關課程實驗專門研制的實驗平臺。
該實驗平臺最大的特點是系統(tǒng)性強，它真實再現(xiàn)了：信源的模數(shù)轉(zhuǎn)換、模擬調(diào)制、信道仿真、模擬解調(diào)、信宿的數(shù)模轉(zhuǎn)換的頻帶傳輸過程；光纖傳輸、幀同步位同步、糾錯譯碼、解復接、信宿的數(shù)模轉(zhuǎn)換的基帶傳輸過程；信源、信源編碼、碼分復用、傳輸、碼分解復用、信源譯碼、信宿的移動傳輸過程；
通信原理綜合實驗箱全部采用模塊化結構，各模塊既能完成完整通信系統(tǒng)中對應單元部分實驗，又能由學生用單元模塊構建一個完整通信系統(tǒng)進行系統(tǒng)實驗，從而有助于學生理解通信系統(tǒng)中各要素的作用；實驗平臺把通信系統(tǒng)中涉及的基本電路、終端編譯碼、調(diào)制解調(diào)、信道傳輸?shù)戎匾�的理論安排了相應的實驗�?nèi)容；實驗平臺既有基礎性實驗，又有采用新技術新器件（FPGA、DSP）等提高型實驗，從而完成一個理論驗證性、綜合性、二次開發(fā)性，由低向高的系統(tǒng)學習過程。通過這些實驗能夠促進學生對《通信原理》課程內(nèi)容的理解、掌握，并使學生對通信系統(tǒng)、當今新技術、工程實現(xiàn)有一個較全面的了解。系統(tǒng)采用“主板+實驗模塊”相結合的靈活結構，便于學校選擇、定制、增加功能、硬件升級。
二、技術指標
1、采用了“底板+實驗模塊”的結構，不僅按實驗內(nèi)容與功能將電路模塊化，而且各個模塊獨立設計，能方便地組合進行單元實驗和多種單/雙工通信系統(tǒng)實驗。
2、實驗模塊的輸入輸出信號都采用鉚孔開放出來，由實驗者根據(jù)實驗需要進行連接組合，增強實驗者的參與性。
4、每個實驗模塊都采用有機玻璃覆蓋保護，方便實驗室管理。
5、實驗中的重要參數(shù)都可以調(diào)節(jié)或設置，方便實驗者分析對比。
6、可完成單元、系統(tǒng)實驗幾十項，涵蓋了終端編譯碼、線路編譯碼、調(diào)制解調(diào)、光纖、移動等方面的內(nèi)容。
7、內(nèi)置函數(shù)信號源、數(shù)字信號源、電話接口、計算機接口、同軸電纜信道、兩個收發(fā)一體光端機信道、音頻功放等功能模塊，詳細見“系統(tǒng)組成” 項。
8、內(nèi)置4組穩(wěn)壓電源，全部具有短路軟截至保護自動恢復功能，并提供電源輸出接口。
9、系統(tǒng)涉及了計算機通信、MS51、DSP、CPLD等多種技術，并留有開發(fā)接口，二次開發(fā)性強。
三、實驗類型
A.通信原理部分
第一部分 基礎實驗
實驗1 DDS信號發(fā)生器實驗
實驗2 模擬信號源實驗
實驗3 CPLD可編程邏輯器件實驗
實驗4 接收濾波放大器實驗
實驗5 數(shù)據(jù)通信實驗
第二部分 原理實驗
實驗1 基帶信號的常見碼型變換實驗
實驗2 抽樣定理及其應用實驗
實驗3 PCM編譯碼系統(tǒng)實驗
實驗4 ADPCM編譯碼系統(tǒng)實驗
實驗5 CVSD編譯碼系統(tǒng)實驗
實驗6 FSK（ASK）調(diào)制解調(diào)實驗
實驗7 相位鍵控PSK（DPSK）調(diào)制解調(diào)實驗
實驗8 數(shù)字同步技術實驗
實驗9 眼圖觀察測量實驗
實驗10 線路成形與頻分復用
實驗11 時分復用與解復用
實驗12 碼分復用與解復用
實驗13 數(shù)字頻率合成實驗
實驗14 AMI/HDB3編譯碼實驗
實驗15 卷積編譯碼及糾錯能力驗證實驗
實驗16 漢明碼編譯碼及糾錯能力驗證實驗
實驗17 漢明、交織碼編譯碼及糾錯能力驗證實驗
實驗18 循環(huán)碼編譯碼及糾錯能力驗證實驗
第三部分 綜合實驗
實驗1 信源、PCM、HDB3傳輸系統(tǒng)實驗
實驗2 信源、PCM、漢明碼傳輸系統(tǒng)實驗
實驗3 信源、PCM、漢明、交織碼傳輸系統(tǒng)實驗
實驗4 信源、CVSD、漢明碼傳輸系統(tǒng)實驗
實驗5 信源、CVSD、漢明、交織碼傳輸系統(tǒng)實驗
實驗6 信源、時分復接/解復接系統(tǒng)實驗
實驗7 信源、碼分復接/解復接系統(tǒng)實驗
第四部分 設計實驗
實驗1 PCM時序控制實驗
實驗2 CMI編譯碼實現(xiàn)實驗
實驗3 絕對/相對碼轉(zhuǎn)換實驗PC機數(shù)據(jù)、PSK傳輸系統(tǒng)實驗
實驗4 PC機數(shù)據(jù)、FSK傳輸系統(tǒng)實驗
實驗5 碼型變換、基帶編碼開發(fā)實驗
四、標準配置表

序號	分類	硬件名稱	標號	說明
1	主 板 硬 件 模 塊	函數(shù)發(fā)生器（正弦波、三角波、方波）	模塊一	頻率0.3～10KHZ連續(xù)可調(diào)，幅度0～10V連續(xù)可調(diào)
2		同步信號發(fā)生器	模塊二	頻率2KHZ，幅度0～10V連續(xù)可調(diào)
3		抽樣脈沖產(chǎn)生模塊	模塊三	頻率8KHZ, 頻率2～35KHZ連續(xù)可調(diào)
4		計算機接口模塊	模塊四	提供發(fā)送輸出、接收輸入的連接接口
5		電源引接模塊	模塊五	提供-12V、+12V、+5V、-5V等系統(tǒng)電源，另提供輸出接口
6		同軸電纜傳輸模塊	模塊六	同軸電纜傳輸
7		眼圖觀測模塊	模塊七	可觀測噪聲、串擾、理想眼圖
8		PCM編碼記錄模塊	模塊八	自動處理PCM編碼數(shù)據(jù)
9		功放模塊	模塊十	提供多組濾波器、音頻功放、喇叭
10		話筒模塊	模塊十一	提供話音輸入
11	軟件 及 配件 部分	PPT多媒體課件	贈送	仿真電路和實驗箱電路相一致
12		實驗指導書電子文檔（Word）	贈送
13		實驗指導書	贈送
14		電源線	贈送
15		USB線	贈送
16		信號連接線	贈送

實驗模塊：標準配置

1	時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊	提供系統(tǒng)時鐘和各類數(shù)字信號源
2	PAM脈沖幅度調(diào)制模塊	完成抽樣定理、PAM調(diào)制、傳輸模擬實驗
3	PCM/ADPCM編譯碼模塊	完成PCM、ADPCM編譯碼單元實驗
4	CVSD增量調(diào)制編譯碼模塊	完成CVSD編譯碼單元實驗
5	AMI /HDB3編譯碼模塊	完成AMI /HDB3編譯碼單元實驗
6	噪聲模塊	模擬白噪聲信道
7	數(shù)字頻率合成模塊	完成壓控振蕩器、頻率合成實驗
8	FSK(MSK)調(diào)制模塊	完成MSK、FSK調(diào)制實驗
9	FSK(MSK)解調(diào)模塊	完成MSK、FSK解調(diào)實驗
10	BPSK(DPSK)調(diào)制模塊	完成BPSK、DPSK調(diào)制實驗
11	BPSK(DPSK)解調(diào)模塊	完成BPSK、DPSK解調(diào)實驗
12	復接/解復接、同步提取模塊	完成多種數(shù)據(jù)的時分復接解復接、碼分復接解復接、位同步幀同步提取實驗
13	卷積、漢明、交織、循環(huán)編碼模塊	完成卷積、漢明、交織、循環(huán)編碼實驗，多種碼型變換
14	卷積、漢明、交織、循環(huán)傳輸模塊	信道仿真
15	卷積、漢明、交織、循環(huán)譯碼模塊	完成漢明、交織、循環(huán)譯碼實驗