1、原始调制信号为2KHZ正弦交流信号，让其通过V/F （电压/频率转换，即VCO压控振荡器）实现调制过程。本实验中FM解调方法：鉴频法（电容鉴频+包络检波+低通滤波）Setting on ttie MOOULATHON BOARD:u = Q.5 V3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面 各图中。4.结合上述实验结果深入理解FM调制方法与解调方法。nf 艸t Elt （mst msj实验二参考结果IJI/ V y yrn列2!0.5im mUom Vjf斗tr实验三ASK调制与解调实验一、 实验目的理解ASK调制方法与解调方法。二、 实验原理本实验中ASK调制方法：
2、键控法（原始数字信号采用 250HZ方波信号代替, 载波为2KHZ正弦交流信号，利用方波信号切换开关电路实现调制过程。本实验中ASK解调方法：2.按下图接线。Fig. 5 2.14.结合上述实验结果深入理解ASK调制方法与解调方法。Uask VMdem Mu TP Vt 时5ut Vt Tl实验三参考结果T M |1Di :冋T Jnst -ms实验四FSK调制与解调实验理解FSK调制方法与解调方法。本实验中FSK调制方法：键控法（原始数字信号采用 250HZ方波信号代替, 载波分别为2KHZ和1KHZ正弦交流信号，利用方波信号切换开关电路实现调制 过程。本实验中FSK解调方法：PLL电路+低
3、通滤波+抽样判决器。VODJLATiOf. EO*RCFig. 5.3.1:时：气| ：n二 LI. ATI .N R :-inSettings on The DEMODULATION SOARD：UD f = 2 kHz ll1 f = 1 kHz Uinr f = 25D Hz4.结合上述实验结果深入理解FSK调制方法与解调方法。rrs5实验四参考结果Ct m%阿f实验五时分复用数字基带传输掌握时分复用数字基带通信系统的基本原理及数字信号传输过程。本实验用数字信源模块、数字终端模块、位同步模块及帧同步模块连成一个理想信道时 分复用数字基带通信系统，使系统正常工作。用示波器观察分接后的数据信
4、号、用于数据分 接的帧同步信号、位同步信号。三、 实验所需部件调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。四、 实验步骤1、熟悉实验所需部件。各图中UpAH Mu PAM = f tf）203040 fkH 刃USJH IV104、结合上述实验结果深入理解PCM调制方法与解调方法。实验五参考结果p .1 - * INi $ 1 4 rFll JI0 1030 40 t mu打UPAM =5UpAM Vjf0 D60.D3%皿訂（f）Um V f0 60.3r kHz 1实验六光纤传输实验掌握抽样定理，了解时分复用原理，了解光纤的基本原理及传输过程。本实验用PCM调制及解调板、光通信发射及接
5、收板、光纤通信模块组成音乐 光纤传输通信系统，使系统正常工作。用示波器观察各测试信号。调制板、解调板、发射板、接收板、光纤通信模块、示波器、计算机（数据采 集设备）。1、 熟悉实验所需部件。2、 按下图接线。3、用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面 各图中。binary wort）number of lhe quantization .tnterial-25522 ！!u r n aB 11 159 h r fa ilj-1271 1 HI 1 II 1-3 柑 -11 1 H I 1 2 Um ViQl-igj 3 ” - - - - p e -31 a ； -
6、* I H d 40 B r r OE01* UJUJ/S-* mm /eUout V f* * V * w ! * A V * * - * * 豐 A ii d # *1 1 1 1 19 * * 4 * * * * 9 *4、结合上述实验结果深入理解光纤传输方法。实验六参考结果binary code word40实验七 模拟锁相环与载波同步掌握模拟锁相环的工作原理，以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉 带等基本概念。掌握用平方环法从 2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相 环的设计方法。了解相干载波相位模糊现象产生的原因。通信系统中常用平方环或同相正交环（科斯塔斯环）从2DPS
7、K言号中提取相干 载波。本实验系统的载波同步提取模块用平方环，原理方框图如图 7-1所示。模块内部使用+5V +12V -12V电压，所需的2DPSK俞入信号已在实验电路板上与数 字调制单元2DPSK出信号连在一起。图7-1载波同步方框图本模块上有以下测试点及输入输出点:MUVCOUdCAR-OUT平方器输出测试点，治 1VVCC输出信号测试点，Vp-p 0. 2V 鉴相器输出信号测试点 相干载波信号输出点/测试点图7-1中各单元与电路板上主要元器件的对应关系如下:平方器鉴相器*环路滤波器压控振荡器*放大整形* - 2移相器滤波器U25:模拟乘法器 MC1496U23:模拟乘法器 MC1496
8、 U24:运放UA741 电阻R25 R68;电容C11CRY2晶体；N3 N4:三极管3DG6N5 N6: 3DG6 U26:A: 74HC04U27: D触发器7474U28:单稳态触发器7474电感L2;电容C30下面介绍模拟锁相环原理及平方环载波同步原理。锁相环由鉴相器（PD、环路滤波器（LF）及压控振荡器（VCO组成，如图7-2所示。图7-2 锁相环方框图模拟锁相环中，PD是一个模拟乘法器，LF是一个有源或无源低通滤波器。锁 相环路是一个相位负反馈系统，PD检测Ui （t）与uo（t）之间的相位误差并进行运算 形成误差电压Ud（t），LF用来滤除乘法器输出的高频分量（包括和频及其他的
9、高频 噪声）形成控制电压Uc（t），在Uc（t）的作用下、Uo（t）的相位向Ui （t）的相位靠近。 设 Ui （t）=U isin 3 it+ 0 i（t） ，Uo（t）=U ocos 3it+ 0。，贝U Ud（t）=U dSin 0 e（t），9 e（t）= 0 i （t）- 0 o（t），故模拟锁相环的 PD是一个正弦 PD 设 Uc（t）=U d（t）F（P）， F（P）为LF的传输算子，VCO的压控灵敏度为Ko,则环路的数学模型如图7-3所示r 丄fl（t） Ud（t） Uc（t） Ko0（t）城+ 煌.UdSin（ ） F（P） k &（t）八 P图7-3模拟环数学模型当傀（t）
10、U工时，UdSi nQ（t）=Ud&e，令KfU为PD的线性化鉴相灵敏度、单6位为V/rad，则环路线性化数学模型如图7-4所示。图7-4 环路线性化数学模型由上述数学模型进行数学分析，可得到以下重要结论：当Ui （t）是固定频率正弦信号（0 i（t）为常数）时，在环路的作用下，VCO输 出信号频率可以由固有振荡频率 3 o （即环路无输入信号、环路对 VCO无控制作用 时VCO勺振荡频率），变化到输入信号频率3i，此时0 o（t）也是一个常数，Ud（t）、 Uc（t）都为直流。我们称此为环路的锁定状态。定义 3 o=3 i- 3 o为环路固有频差， 3 p表示环路的捕捉带， 3 H表示环路的
11、同步带，模拟锁相环中 3 pA 3 H。当 | A 3 o| A 3 P时，环路可以进入锁定状态。当| A3 o| A 3 P时，环路不能进入锁定状态，环路锁定后若 A 3 o发生变化使| i o| i H,环路不能保持锁定状态。这两种情况下，环路都将处于失锁状 态。失锁状态下Ud（t）是一个上下不对称的差拍电压，当 3 i3o, Ud（t）是上宽下窄 的差拍电压；反之Ud（t）是一个下宽上窄的差拍电压。环路对B i（t）呈低通特性，即环路可以将9i（t）中的低频成分传递到输出 端，9 i（t）中的高频成分被环路滤除。或者说，9 o（t）中只含有9 i（t）的低频成分， 9 i（t）中的高频成
12、分变成了相位误差9 e（t）。所以当Ui（t）是调角信号时，环路对 Ui （t）等效为一个带通滤波器，离3 i较远的频率成分将被环路滤掉。环路自然谐振频率3 n及阻尼系数Z （具体公式在下文中给出）是两个重要参 数。3 n越小，环路的低通特性截止频率越小、等效带通滤波器的带宽越窄； Z越大，环路稳定性越好。当环路输入端有噪声时，9 i （t）将发生抖动，3 n越小，环路滤除噪声的能 力越强。实验一中的电荷泵锁相环 4046的性能与模拟环相似，所以它可以将一个 周期不恒定的信号变为一个等周期信号。对2DPSK言号进行平方处理后得S2（t）二 m2（t） cos 2 ，ct = （1 cos 2
13、.ct） / 2，此信号中只含有直流和 2 3 c频率成分，理论上对此信号再进行隔直流和二分频处 理就可得到相干载波。锁相环似乎是多余的，当然并非如此。实际工程中考虑到 下述问题必须用锁相环：平方电路不理想，其输出信号幅度随数字基带信号变化，不是一个标准的 二倍频正弦信号。即平方电路输出信号频谱中还有其它频率成分，必须滤除。接收机收到的2DPSKI号中含有噪声（本实验系统为理想信道，无噪声）， 因而平方电路输出信号中也含有噪声，必须用一个窄带滤波器滤除噪声。锁相环对输入电压信号和噪声相当于一个带通滤波器，我们可以选择适当 的环路参数使带通滤波器带宽足够小。对于本模拟环，3 n、Z、环路等效噪声
14、带宽BL及等效带通滤波器的品质因数 Q 的计算公式如下：式中fo=4.433 X 106 （HZ,等于载频的两倍。设计环路时通过测量得到 Kd、K., 一般选Z值为0.5 1,根据任务要求选定3 n后即可求得环路滤波器的元件值。当固有频差为0时，模拟环输出信号的相位超前输入相位 90，必须对除2电 路输出信号进行移相才能得到相干载波。移相电路由两个单稳态触发器 U28:A和B构成。A被设置为上升沿触发，U28:B为下降沿触发，故改变U28:A输 出信号的宽度即可改变 U28:B输出信号的相位，从而改变相干载波的相位。此移 相电路的移相范围小于90。在锁定状态下微调C34也会改变输出信号与输入信
15、号 的相位关系（为什么，请思考）。可对相干载波的相位模糊作如下解释。在数学上对 cos2 3 ct进行除2运算的结果是cos 3 ct或-cos 3 ct。实际电路也决定了相干载波可能有两个相反的相位， 因二分频器的初始状态可以为“ 0”也可以是“ 1”。数字信源单元、数字调制单元和载波同步单元。环路锁定时Ud为直流、环路输入信号频率等于反馈信号频率（此锁相环中即 等于VCO言号频率）。环路失锁时Ud为差拍电压，环路输入信号频率与反馈信号频 率不相等。本环路输入信号频率等于 2DPSK载频的两倍，即等于调制单元 CAR信 号频率的两倍。环路锁定时 VCO言号频率等于CAR-OU信号频率的两倍。
16、所以环 路锁定时调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OU频率完全相等。根据上述特点可判断环路的工作状态，具体实验步骤如下：（1） 观察锁定状态与失锁状态打开电源后用示波器观察Ud，若Ud为直流，则调节载波同步模块上的可变电容 G4，Ud随C34减小而减小，随G4增大而增大（为什么？请思考），这说明环路处于 锁定状态。用示波器同时观察调制单元的 CAR和载波同步单元的CAR-OU，可以看 到两个信号频率相等。若有频率计则可分别测量 CAR和CAR-OU频率。在锁定状态下，向某一方向变化 Cm，可使Ud由直流变为交流，CAR和CAR-OUTS率不再相 等，环路由锁定状态变为失锁。接通电源后Ud
17、也可能是差拍信号，表示环路已处于失锁状态。失锁时 Ud的最 大值和最小值就是锁定状态下Ud的变化范围（对应于环路的同步范围）。环路处于 失锁状态时，CAR和CAR-OU频率不相等。调节C34使Ud的差拍频率降低，当频率 降低到某一程度时Ud会突然变成直流，环路由失锁状态变为锁定状态。（2） 测量同步带与捕捉带环路处于锁定状态后，慢慢增大 G4，使Ud增大到锁定状态下的最大值Ud1 （此 值不大于+12V）;继续增大C34, Ud变为交流（上宽下窄的周期信号），环路失锁。 再反向调节减小 Q，Ud的频率逐渐变低，不对称程度越来越大，直至变为直流。 记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压
18、为 Ud2；继续减小G4,使Ud减小到锁定状态下的最小值 Ud3；再继续减小C34，Ud变为交流（下宽上窄的周期信 号），环路再次失锁。然后反向增大C34,记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴 相器输出电压为Ud4。令厶V=Ud1- U d3， U=Ud2- U d4，它们分别为同步范围内及捕捉范围内环路控制 电压的变化范围，可以发现 V2。设VCO勺灵敏度为K）（HZ/V），则环路同步 带 AfH及捕捉带厶 fP分别为： fH =K）A V1/2 ， fP =K0A V2/2。应说明的是，由于 VCO是晶体压控振荡器，它的频率变化范围比较小，调节G4时环路可能只能从一个方向由锁定状态变化到失
19、锁状态，此时可用 fH=K0（u di-6 ） 或 fH=K0（6-u d3）、 fp=K0（u d2-6 ） 或 fp=K0（6-u d4）来计算同步带和捕捉 带，式中6为Ud变化范围的中值（单位：V）。作上述观察时应注意： Ud差拍频率低但幅度大，而 CAR和CAR-OUT勺频率高但幅度很小，用示波器 观察这些信号时应注意幅度旋钮和频率旋钮的调整。失锁时，CAF和CAR-OUT率不相等，但当频差较大时，在鉴相器输出端电 容的作用下，Ud幅度较小。此时向某一方向改变 G4,可使Ud幅度逐步变大、频率 逐步减小、最后变为直流，环路进入锁定状态。环路锁定时，Ud不是一个纯净的直流信号，在直流电平
20、上叠加有一个很小的 交流信号。这种现象是由于环路输入信号不是一个纯净的正弦信号所造成的。4.观察环路的捕捉过程先使环路处于失锁定状态，慢慢调节 G4,使环路刚刚进入锁定状态后，关闭电源开关，然后再打开电源，用示波器观察 Ud,可以发现Ud由差拍信号变为直流的变化瞬态过程。Ud的这种变化表示了环路的捕捉过程。5.观察相干载波相位模糊现象使环路锁定，用示波器同时观察调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OU信 号，调节电位器Pi或微调电容C34使两者成为反相或同相。反复断开、接通电源可 以发现这两个信号有时同相、有时反相。五、实验报告要求1.总结锁相环锁定状态及失锁状态的特点。2.设Ko=18
21、HZ/V，根据实验结果计算环路同步带 也及捕捉带 fp。实验八 数字锁相环与位同步一、头验目的掌握数字锁相环工作原理以及触发式数字锁相环的快速捕获原理。掌握用数字 环提取位同步信号的原理及对信息代码的要求。掌握位同步器的同步建立时间、 同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。可用窄带带通滤波器，锁相环来提取位同步信号。实验一中用模数混合锁相环（电荷泵锁相环）提取位同步信号，它要求输入信号是一个准周期数字信号。实 验三中的模拟环也可以提取位同步信号，它要求输入准周期正弦信号。本实验使 用数字锁相环提取位同步信号，它不要求输入信号一定是周期信号或准周期信号， 其工作频率低于模数环和模拟环。用于提取
22、位同步信号的数字环有超前滞后型数字环和触发器型数字环， 此实验系统中的位同步提取模块用的是触发器型数字环，它具有捕捉时间短、抗噪能力 强等特点。位同步模块原理框图如图 8-1所示。其内部仅使用+5V电压。晶振控制器鉴相器量化器数字环路滤波器数控振荡 脉冲展宽器图8-1位同步器万框图 位同步模块有以下测试点及输入输出点：S-IN 基带信号输入点/测试点（2个）BS-OUT 位同步信号输出点/测试点（3 个）图8-1中各单元与电路板上元器件的对应关系如下：CRY3 晶体；U39 7404U48:或门 7432； U41 :计数器 74190U40 D触发器7474U45:可编程计数器8254由软件
23、完成U46 U45: 8254U47:单稳态触发器74123位同步器由控制器、数字锁相环及脉冲展宽器组成，数字锁相环包括数字鉴 相器、量化器、数字环路滤波器、数控振荡器等单元。下面介绍位同步器的工作原理。数字锁相环是一个单片机系统，主要器件是单片机 89C51及可编程计数器8254。环路中使用了两片8254,共六个计数器，分别表示为8254A、8254A、8254A、 8254B、8254B、8254B。它们分别工作在 M、M、M三种工作模式。M为计数中断 方式，M为单稳方式，M2为分频方式。除地址线、数据线外，每个 8254芯片还有 时钟输入端C门控信号输入端G和输出端0。QRd1i ncp
24、cp Dn nJirLTLTLrLJTUd数字鉴相器电原理图及波形图如图 8-2（a）、图8-2 （b）所示。输出信号宽度 正比于信号u及Uo上升沿之间的相位差，最大值为 u的码元宽度。称此鉴相器为 触发器型鉴相器，称包含有触发器型鉴相器的数字环路为触发器型数字锁相环。 （b）波形图8-2数字鉴相器量化器把相位误差变为多进制数字信号，它由工作于 M方式、计数常数为Nb 的8254 B2完成（Nb为量化级数，此处 N=52）。Ud作为8254B的门控信号，Ud为高 电平时8254B进行减计数，Ud为低电平时禁止计数，计数结束后从 8254R读得的 数字为N d= No-N （ 8-1 ）式中Nd
25、为Ud脉冲宽度的量化值（下面用量化值表示脉冲宽度和时间间隔），N0Nd, 读数结束后再给8254B写入计数常数Nb。读数时刻由8254A控制，它工作在M模 式，计数常数为Nb，U作为门控信号。一个Ui脉冲使8254A产生一个宽度为N0的 负脉冲，倒相后变为正脉冲送到 89C51的INT1端，而89C51的外中断1被设置为 负跳变中断申请方式。由于 8254A产生的脉冲宽度不小于Ud脉冲宽度且它们的前 沿处于同一时刻，所以可以确保中断申请后对 8254E2读数时它已停止计数。数字环路滤波器由软件完成。可采用许多种软件算法，一种简单有效的方法是对一组Nb作平均处理。设无噪声时环路锁定后 Ui与Uo的相位差为N0/2，则在噪 声的作用下，锁定时的相位误差可能大于 N/2也可能小于Nb/2。这两种情况出现 的概率相同，所以平均处理可以减小噪声的影响， m个Nd值的平均值为 mNd N dL m （8-2）i数字滤波器的输出为数控振荡器由四个8254计数器及一些门电路构成，其原理框图如图8-
