△M通信系統(tǒng)設(shè)計--究極版.doc

武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計說明書目 錄摘要. i1 概述21.1 設(shè)計目的21.2 原理說明21.3 完成設(shè)計的方法和步驟21.3.1 課程設(shè)計內(nèi)容21.3.2 方案論證31.3.3 設(shè)計步驟42 總體設(shè)計62.1 單元電路設(shè)計62.1.1抽樣脈沖發(fā)生器與抽樣判決電路設(shè)計62.1.2 加法器電路設(shè)計62.1.3 譯碼器電路設(shè)計72.1.4 低通濾波器電路設(shè)計82.1.5總電路圖83 軟件仿真104 硬件電路裝配與調(diào)試145 心得體會15參考文獻161 概述1.1 設(shè)計目的1）加深理解增量調(diào)制的基本原理。2）加深理解連續(xù)可變斜率增量調(diào)制系統(tǒng)的電路組成與基本工作原理。3）了解不同速率的編碼時的輸出波形。 4）了解系統(tǒng)的過載持性、動態(tài)范圍以及最大量化信噪比等三大指標(biāo)的測試方法。1.2 原理說明 增量調(diào)制是由pcm發(fā)展而來的模擬信號數(shù)字化的另一種編碼方式，增量調(diào)制編碼基本原理是只用一位編碼，這一位碼不是表示信號抽樣值的大小，而是表示抽樣幅度的增量特性，即采用一位二進制數(shù)碼“1”或“0”來表示信號在抽樣時刻的值相對于前一個抽樣時刻的值是增大還是減小，增大則輸出“1”碼，減小則輸出“0”碼。輸出的“1”、“0”只是表示信號相對于前一個時刻的增減，不表示信號的絕對值。增量調(diào)制又可以分為基本增量調(diào)制、連續(xù)可變斜率增量調(diào)制、總和增量調(diào)制。其原理見下圖1-1：抽樣、編碼斜率檢測+話音輸入音節(jié)平滑積分器斜率檢測音節(jié)平滑低通濾波積分器話音輸出圖1-1 增量調(diào)制系統(tǒng)框1.3 完成設(shè)計的方法和步驟1.3.1 課程設(shè)計內(nèi)容1）m碼速率128kb，有線通信，語音信號無明顯失真；2） 對系統(tǒng)各個組成部分與模塊進行設(shè)計，包括m編譯碼電路，同步脈沖序列，低通濾波器等；3） 對m斜線、臨界過載等進行誤差分析，設(shè)計相應(yīng)電路以檢測上述現(xiàn)象；4） 進行系統(tǒng)仿真，調(diào)試并完成符合要求的課程設(shè)計書。1.3.2 方案論證 增量調(diào)制系統(tǒng)分編碼器電路和譯碼器電路。增量（m）調(diào)制是將模擬信號變換成僅由一位二進制碼組成的數(shù)字信號序列，并且在接收端也只需用一個線性網(wǎng)絡(luò)即可復(fù)制出原模擬信號。增量調(diào)制的編碼器和解碼器的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：圖1-2 m調(diào)制編碼器框圖 圖1-3 m調(diào)制解碼器框圖編碼的基本思想是：假設(shè)一個模擬信號x(t) (為作圖方便起見，令x(t) 0)，可以用一時間間隔為t，幅度差為的階梯波形x(t)去逼近它，如圖下圖所示。只要t足夠小，即抽樣頻率fs=1/t足夠高，且足夠小，則x(t)可以相當(dāng)近似于x(t)。在這里把稱作量化階，t=ts稱為抽樣間隔。x(t)逼近x(t)的物理過程是這樣的：在ti時刻用x(ti)與x(ti)比較，倘若x(ti)x(ti)，就讓x(ti)上升一個量階段，同時m調(diào)制器輸出二進制“1”；反之就讓x(ti)下降一個量階段，同時m調(diào)制器輸出二進制“0”。根據(jù)這樣的編碼思路，結(jié)合圖示的波形，就可以得到一個二進制代碼序列010101111110。除了用階梯波x(t)去近似x(t)以外，也可以用鋸齒波x0(t)去近似x(t)。而鋸齒波x0(t)也只有斜率為正(/t)和斜率為負(-/t)兩種情況，因此也可以用“1”碼表示正斜率和“0”碼表示負斜率，以獲得一個二進制代碼序列。 圖1-4 增量調(diào)制編碼波形示意圖 譯碼的基本思想是：一種是收到“1”碼上升一個量化階(跳變)，收到“0”碼下降一個量化階(跳變)，這樣就可以把二進制代碼經(jīng)過譯碼變成x(t)這樣的階梯波。另一種是收到“1”碼后產(chǎn)生一個正斜變電壓，在t時間內(nèi)上升一個量化階，收到一個“0”碼產(chǎn)生一個負的斜變電壓，在t時間內(nèi)均勻下降一個量化階。這樣，二進制碼經(jīng)過譯碼后變?yōu)槿鐇0(t)這樣的鋸齒波。考慮電路上實現(xiàn)的簡易程度，一般都采用后一種方法。這種方法可用一個簡單rc積分電路把二進制碼變?yōu)閤0(t)波形，如圖1-5所示。圖中假設(shè)二進制雙極性代碼為1010111時x0(t)與p(t)的波形。 圖1-5 增量調(diào)制解碼示意圖1.3.3 設(shè)計步驟 1、查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)增量調(diào)制的基本原理，理解增量調(diào)制的編碼和解碼思想； 2、完成編碼器和解碼器的電路的設(shè)計，包括總體設(shè)計、選用芯片，外圍電路的構(gòu)建以及各電路參數(shù)的確定； 3、對設(shè)計出的電路在相關(guān)軟件中進行仿真，查看波形，仿真通過后再準備進行實物焊接； 4、根據(jù)規(guī)劃的電路圖焊接實物，焊接完成后用相關(guān)儀器進行檢測，并進行調(diào)試，直至達到所需要求。2 總體設(shè)計2.1 單元電路設(shè)計2.1.1抽樣脈沖發(fā)生器與抽樣判決電路設(shè)計圖2.1 抽樣脈沖發(fā)生器與抽樣判決電路圖上述電路的功能是實現(xiàn)對輸入信號的分頻，產(chǎn)生抽樣脈沖，由于輸入信號是256khz的信號，按題目要求需對輸入信號進行二分頻從而得到128khz的信號。其中d觸發(fā)器即是二分頻器，由非門和與門構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，從而輸出128khz的窄脈沖作為抽樣脈沖。抽樣判決器電路由外部的d觸發(fā)器構(gòu)成，在cp的前沿到來時刻，若e(t)0，則p(t)為“1”碼，若e(t) 0時，q4的輸出為+3v，當(dāng)e(t) 0時，q4的輸出為+3v。整個比較器的放大量要根據(jù)本地譯碼器輸出的量化臺階的大小決定，放大倍數(shù)k應(yīng)滿足： 2.1.3 譯碼器電路設(shè)計圖2.3 譯碼器電路圖譯碼器分為本地譯碼器和解碼譯碼器，本地譯碼器和解碼譯碼器的電路結(jié)構(gòu)基本相同。本地譯碼器由極性變換電路、積分器和射隨器組成。極性變換電路有q5,q6和q7組成，功能是將抽樣判決電路輸出的單極性序列p(t)變換成雙極性碼。當(dāng)p(t)由低電平0.3v（0碼）跳變?yōu)楦唠娖?.6v(1碼)時，通過電容的耦合作用，使得q5截止，q6飽和導(dǎo)通，a點的電位近似為-12v,當(dāng)p(t)由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，q6截止，q5飽和導(dǎo)通，a點的電位近似為+12v。因此，a點的輸出電壓幅度近似為12v的雙極性碼。經(jīng)q7射隨隔離后輸出。 積分電路由r和c組成，電容c上的電壓，就是本地譯碼器輸出的比較信號，輸出的信號經(jīng)q8射隨后送到比較器。2.1.4 低通濾波器電路設(shè)計圖2.4 低通濾波器電路圖低通濾波器接在積分器之后，積分器即是解碼譯碼器，其輸出的波形基本上接近原來模擬信號，但還包含有不必要的高次諧波分量，故需經(jīng)低通濾波器進行平滑，從而得到十分接近原始模擬信號的輸出信號。2.1.5總電路圖總體設(shè)計電路框圖如下圖：圖2.5 電路框圖圖2.6 總電路圖3 軟件仿真在ewb512環(huán)境中畫出上述總的電路原理圖，在仿真軟件的環(huán)境中用雙蹤示波器觀測各個模塊的輸出波形。（1） 用雙蹤示波器觀測輸出主時鐘信號256khz和抽樣脈沖信號的波形，如下圖所示： 圖3.1 主時鐘信號與抽樣脈沖信號波形 上圖中，幅值較小的且頻率較大的是主時鐘信號，幅值較大的且頻率較小的是抽樣脈沖信號，可見主時鐘信號的頻率是抽樣脈沖的頻率的兩倍，即抽樣脈沖信號是經(jīng)過了d觸發(fā)器的二分頻作用。從圖中可以看出兩信號的上升沿的一樣的。（2） 模擬信號與比較信號的觀測：在m編碼器是輸入端送入一頻率為3000hz,幅值為2v的正弦波信號，用雙蹤示波器觀測模擬信號的波形和比較信號的波形，如下圖所示：圖3.2 輸入模擬信號和比較信號波形 上圖中規(guī)則的正弦波是輸入的模擬信號，而另一與模擬信號反相且波形近似為正弦波的信號的射隨輸出的比較信號。（3）模擬信號與m編碼輸出信號的觀測： 圖3.3 模擬信號與m編碼輸出波形 根據(jù)編碼的基本思想用一時間間隔為t，幅度差為的階梯波形x(t)去逼近模擬信號x(t)在ti時刻用x(ti)與x(ti)比較，倘若x(ti)x(ti)，就讓x(ti)上升一個量階段，同時 m調(diào)制器輸出二進制“1”；反之就讓x(ti)下降一個量階段，同時m調(diào)制器輸出二進制“0”。上圖中正弦波為原輸入模擬信號，另一信號則為編碼輸出波形。（4）m譯碼器輸出信號觀測： 圖3.4 模擬信號與積分器輸出波形 在模擬信號輸入端送入一頻率為3000hz,幅值為2v的正弦波信號，用雙蹤示波器觀測原輸入模擬信號和積分器輸出模擬信號的波形，并做比較可知，積分器近似地還原出了原模擬信號，且是反相的。（5）原輸入模擬信號與解碼器輸出模擬信號觀測： 圖3.5 模擬信號與解碼器輸出波形 從積分器輸出的模擬信號只是部分地還原出原始模擬信號，讓積分器輸出的信號再經(jīng)過一個低通濾波器，該低通濾波器內(nèi)還含有反相放大器，從而濾除了高次諧波分量，使得輸出的信號更加逼近原始模擬信號，而且兩信號是同相的。4 硬件電路裝配與調(diào)試 按上述設(shè)計的電路圖焊接電路板，按各個模塊進行焊接：（1）工具介紹本部分用到了以下工具：20w電烙鐵一把，最好是可調(diào)溫的，萬用電表一個，尖嘴鉗一把，螺絲刀一把，焊錫絲和松香水若干。（2）裝配焊接焊接的目的是要使元件和印刷板之間達到可靠的電連接和對元件牢固的固定。焊接的好壞將直接影響到電子產(chǎn)品的質(zhì)量。在焊接過程中要注意不同類型的元器件要按適當(dāng)?shù)姆椒ê附?，像?dǎo)線要進行剝皮和燙錫處理，要去除表面的絕緣層并將金屬表面涂上焊錫。對于電鍍件，要對元件表面做磨毛處理然后再焊接。焊接結(jié)束后對照電路圖檢查有無焊錯的地方，有無虛焊，假焊的現(xiàn)象。（3）調(diào)試 在焊接工作完成后，即可用示波器觀測各個測量點的波形，并與理論分析進行比較，從而驗證設(shè)計方案的合理性和硬件電路是否焊接正確。5 心得體會通過這一個星期通信原理的課程設(shè)計，我對通信原理這門課程有了更進一步的了解。這次m調(diào)制通信系統(tǒng)設(shè)計通過使用了34115芯片，自己積極地查閱相關(guān)資料，請教老師，與同組的同學(xué)一起討論，最終完成設(shè)計。由于這學(xué)期通信原理這門課有些方面學(xué)得不好，所以在設(shè)計過程中遇到了很多問題。剛開始在做這個設(shè)計時，網(wǎng)上的資料很少，而且在學(xué)習(xí)這門課時沒認真學(xué)習(xí)關(guān)于增量調(diào)制的相關(guān)原理，開始的時候有點手足無措。然后通過查閱了網(wǎng)上很多的資料和老師的指導(dǎo)，了解了增量調(diào)制的編碼和解碼的原理，對整個課程設(shè)計也有了總體的輪廓，通過學(xué)過的知識以及做過的實驗，最后有了整體的思路。通過本次課程設(shè)計我學(xué)到了很多新的東西，極大地拓寬了我的知識面,鍛煉了能力，綜合素質(zhì)也得到較大提高，我感到收獲不小。但在設(shè)計中也發(fā)現(xiàn)了大量問題，有些在設(shè)計過程中已經(jīng)解決，有些還需要在今后慢慢學(xué)習(xí)，只要學(xué)習(xí)就會有更多的問題，有更多的難點，但也會有更多的收獲。從這次的課程設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，由于此次課設(shè)我們用到了單片機的相關(guān)知識，雖然我們還未學(xué)過相關(guān)課程。但我們通過此次課設(shè)積極主動去查閱相關(guān)資料并向其他同學(xué)和學(xué)長請教，學(xué)到了不少東西，在這個過程中與其他同學(xué)積極探討，培養(yǎng)了我的團隊協(xié)作精神。這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。參考文獻1 樊昌信 張甫栩 徐炳祥 吳成柯等編著 通信原理 第五版 國防工業(yè)出版社 2007年2月2 曹志剛 餞亞生編著 現(xiàn)代通信原理 清華大學(xué)出版社 1992年7月3 樂光新等編著 數(shù)據(jù)通信原理 人民郵電出版社 1998年6月4 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