簡(jiǎn)易兩路時(shí)分復(fù)用

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 電信1205班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目：簡(jiǎn)易兩路時(shí)分復(fù)用電路設(shè)計(jì)初始條件：具備通信課程的理論知識(shí)；具備模擬與數(shù)字電路基本電路的設(shè)計(jì)能力；掌握通信電路的設(shè)計(jì)知識(shí)，掌握通信電路的基本調(diào)試方法；自選相關(guān)電子器件；可以使用實(shí)驗(yàn)室儀器調(diào)試。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）1、完成一個(gè)簡(jiǎn)易的兩路時(shí)分復(fù)用通信電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)兩路不同模擬信號(hào)的分時(shí)傳輸功能。2、在信號(hào)接收端能夠完整還原出兩路原始模擬信號(hào)。3、選用相應(yīng)的編碼傳輸方式與同步方式，進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)。4、安裝和調(diào)試整個(gè)電路，并測(cè)試出結(jié)果；5、進(jìn)行

2、系統(tǒng)仿真，調(diào)試并完成符合要求的課程設(shè)計(jì)書(shū)。時(shí)間安排： 二十二周一周，其中3天硬件設(shè)計(jì)，2天硬件調(diào)試指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目 錄1設(shè)計(jì)要求與意義1 1.1 設(shè)計(jì)要求1 1.2 意義與目標(biāo)12 設(shè)計(jì)原理2 2.1 時(shí)分復(fù)用技術(shù)2 2.2 基本設(shè)計(jì)思路33 電路仿真93.1仿真軟件Multisim93.2電路仿真93.3 仿真結(jié)果104 實(shí)物制作與結(jié)果134.1 實(shí)物制作134.2 調(diào)試結(jié)果144.3 結(jié)果分析155 總結(jié)與分析16參考文獻(xiàn)17武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)摘要 此次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的時(shí)分復(fù)用電路。時(shí)分復(fù)用（TDM）是信道復(fù)用技術(shù)之一

3、，復(fù)用是指多個(gè)用戶共用同一物理信道，從而提高信息傳輸效率的技術(shù)。時(shí)分復(fù)用電路時(shí)常是多個(gè)電路的復(fù)用，本次設(shè)計(jì)我們僅設(shè)計(jì)兩路的時(shí)分復(fù)用電路，實(shí)現(xiàn)將兩路不用的模擬信號(hào)的分時(shí)傳輸功能。時(shí)分多路復(fù)用以時(shí)間作為信號(hào)分割的參量，故必須使各路限號(hào)在時(shí)間軸上互不重疊。通過(guò)本次課設(shè)，運(yùn)用通信課程的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)兩路時(shí)分復(fù)用電路的設(shè)計(jì)，掌握時(shí)分復(fù)用技術(shù)的功能以及原理。關(guān)鍵詞：PAM調(diào)制 時(shí)分復(fù)用 MC1496 濾波電路 抽樣 AbstractThe curriculum design simple time-division multiplexing circuit design requirements. Time-

4、division multiplexing (TDM) is one of channel multiplexing, reuse refers to multiple users share the same physical channel, so as to improve the efficiency of information transmission technology. Time-division multiplexing are often multiple circuit of reuse, the design we have only two time multipl

5、ex circuit, to realize the two way without time-sharing transmission function of the analog signal. Time division multiple integral parameters with time as the signal, so the number must be got the limit on the time axis overlap each other. Through this class set, using the knowledge of communicatio

6、n course, two lines of time-division multiplexing design of the circuit, control function and the principle of time-division multiplexing technology.Keywords: PAM modulation time-division multiplexing MC1496 filter circuit sampling1設(shè)計(jì)要求與意義1.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的兩路時(shí)分復(fù)用電路實(shí)現(xiàn)對(duì)兩路不同的模擬信號(hào)的傳輸初始條件：具備通信課程的理論知識(shí)；具備模

7、擬與數(shù)字電路基本電路的設(shè)計(jì)能力；掌握通信電路的設(shè)計(jì)知識(shí)，掌握通信電路的基本調(diào)試方法；自選相關(guān)電子器件；可以使用實(shí)驗(yàn)室儀器調(diào)試。1.2 意義與目標(biāo) 設(shè)計(jì)意義：使用Multisim仿真軟件對(duì)兩路時(shí)分復(fù)用電路進(jìn)行仿真，熟練使用Multisim仿真軟件，并通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)檢驗(yàn)通信課程的學(xué)習(xí)程度，掌握關(guān)于通信原理的知識(shí)和時(shí)分復(fù)用技術(shù)的基本原理和應(yīng)用。時(shí)分復(fù)用技術(shù)在實(shí)際通信系統(tǒng)中有很多的應(yīng)用，如傳送電話通信中的占線、摘機(jī)與掛機(jī)限號(hào)以及振鈴信號(hào)燈信令，上述的所有信號(hào)都是時(shí)間分割，按某種固定的方式排列起來(lái)成為幀結(jié)構(gòu)。采用十分復(fù)用的數(shù)字通信系統(tǒng)，在國(guó)際上已逐步建立起標(biāo)準(zhǔn)。由此可看出時(shí)分復(fù)用電路技術(shù)的應(yīng)用十分重要

8、，身為電信工程專業(yè)的學(xué)生應(yīng)掌握這類的專業(yè)知識(shí)，打好專業(yè)基礎(chǔ)。同時(shí)本次課程設(shè)計(jì)還能鍛煉我們的動(dòng)手能力，和知識(shí)的運(yùn)用能力等。2 設(shè)計(jì)原理2.1 時(shí)分復(fù)用技術(shù) 22.1 時(shí)分復(fù)用基本原理時(shí)分復(fù)用（TMD）是信道復(fù)用技術(shù)之一，復(fù)用是指多個(gè)用戶共用同一物理信道，從而提高信息傳輸效率的技術(shù)。時(shí)分復(fù)用TDM是采用同一物理連接的不同時(shí)段來(lái)傳輸不同的信號(hào)，也能達(dá)到多路傳輸?shù)哪康摹r(shí)分多路復(fù)用以時(shí)間作為信號(hào)分割的參量，故必須使各路信號(hào)在時(shí)間軸上互不重疊。時(shí)分多路復(fù)用適用于數(shù)字信號(hào)的傳輸。由于信道的位傳輸率超過(guò)每一路信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸率，因此可將信道按時(shí)間分成若干片段輪換地給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)單獨(dú)

9、占用,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),多個(gè)數(shù)字信號(hào)都可按要求傳輸?shù)竭_(dá),從而也實(shí)現(xiàn)了一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。通過(guò)學(xué)習(xí)可知，時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理的基礎(chǔ)上，時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的，因?yàn)槌闃佣ɡ硎惯B續(xù)的基帶信號(hào)有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖所代替。這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)，在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙。利用這些空隙便可以傳輸其他信號(hào)的抽樣值，因此，就可能用一條信道同時(shí)傳送若干個(gè)基帶信號(hào),并且每一個(gè)抽樣值占用的時(shí)間越短，能夠傳輸?shù)穆窋?shù)也就越多。此外，時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，一是多路信號(hào)的匯合與分路都是數(shù)字電路，簡(jiǎn)單、可靠；二是時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)對(duì)非線性失真的要求比較低。然而，時(shí)

10、分復(fù)用系統(tǒng)對(duì)信道中時(shí)鐘相位抖動(dòng)及接收端與發(fā)送端的時(shí)鐘同步問(wèn)題提出了較高的要求。所謂同步是指接收端能正確地從數(shù)據(jù)流中識(shí)別各路序號(hào)。為此，必須在每幀內(nèi)加上標(biāo)志信號(hào)（即幀同步信號(hào)），它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖。22.2 時(shí)分復(fù)用的同步技術(shù)原理 通信系統(tǒng)能否具有有效、可靠地工作很大程度上依靠的是是否擁有良好的同步系統(tǒng)。同步中又可氛圍載波同步、位同步、幀同步和網(wǎng)同步幾大類型。然而在時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中所需的同步技術(shù)有時(shí)鐘同步和幀同步。時(shí)分復(fù)用最后的接收端部分就是通過(guò)幀同步和位同步信號(hào)將各路信號(hào)數(shù)據(jù)分開(kāi)，然后通過(guò)濾波器等電路，將時(shí)分復(fù)用的不同的模擬信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）分離出來(lái)。2.2 基本設(shè)計(jì)思

11、路通過(guò)時(shí)分復(fù)用的原理我們?cè)O(shè)計(jì)的基本電路框圖如下，下面將給予電路設(shè)計(jì)框圖闡述我們的設(shè)計(jì)思路和方法。電路框圖如下。濾波器解調(diào)電路調(diào)制電路 抽樣脈沖圖1 電路原理框圖1 PAM編碼（調(diào)制電路）由時(shí)分復(fù)用技術(shù)的原理可知，時(shí)分多路復(fù)用是建立在抽樣定理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，該技術(shù)利用的是當(dāng)連續(xù)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣信號(hào)抽樣后變成在時(shí)域上離線的模擬信號(hào)，由于抽樣脈沖占據(jù)較短的時(shí)間，抽樣脈沖之間就留出了一定的時(shí)間空隙，利用這些時(shí)間空隙課傳輸其他模擬信號(hào)，因此在設(shè)計(jì)兩路時(shí)分復(fù)用的電路時(shí)，我們必須將兩路不同的模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，因此我們要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行PAM編碼時(shí)期在時(shí)域上離散。因此我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)PAM調(diào)制電路，同時(shí)時(shí)分復(fù)用

12、技術(shù)是以時(shí)間作為分割信號(hào)的參量，因此我們必須使信號(hào)在時(shí)間軸上不重合，因此兩路中我們需要采用一個(gè)反相器將一路抽樣信號(hào)反相后再對(duì)其中一路模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，以達(dá)到時(shí)間上不重疊的目的。PAM編碼過(guò)程是指，利用一個(gè)抽樣脈沖將一個(gè)在時(shí)間上連續(xù)的時(shí)域模擬信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間上離線的樣值序列。上述這一過(guò)程稱為抽樣，抽樣后的信號(hào)稱為脈沖振幅調(diào)制信號(hào)（PAM）。下圖為PAM信號(hào)產(chǎn)生的過(guò)程。圖2 f=1kHZ的模擬信號(hào)根據(jù)奈圭斯特抽樣定理可知，要保證抽樣后的頻率不產(chǎn)生混疊現(xiàn)象，則抽樣脈沖的頻率要大于調(diào)制信號(hào)頻率的兩倍，抽樣脈沖fo>=2*f,因此抽樣脈沖如下：圖 3 抽樣脈沖信號(hào)兩路信號(hào)經(jīng)乘法器相乘后，輸出的是PAM

13、信號(hào)： 圖4 PAM信號(hào)對(duì)于PAM調(diào)制電路可通過(guò)乘法器電路實(shí)現(xiàn)抽樣，通過(guò)已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)可知，乘法器的調(diào)制電路可以使用MC1496芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。MC146的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如下所示：圖5 MC內(nèi)部邏輯圖下圖是PAM調(diào)制電路原理圖：圖6 PAM調(diào)制電路 乘法器2 加法器電路 兩路不同的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)PAM編碼調(diào)制電路后，輸出兩路相位不同的時(shí)域上離散的已抽樣信號(hào)（PAM），為了實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用的功能，需要將其接在一個(gè)加法器中，將兩路復(fù)接在一個(gè)物理信道中傳輸從而實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用的功能。仿真中加法器的仿真如下:圖7而在實(shí)際電路中，采用LM358芯片制作加法器電路，電路如圖4所示： 圖8 加法器電路3. 相干解調(diào)電路通

14、過(guò)加法器后，兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)加法器復(fù)合為一個(gè)信號(hào)在信道中傳輸，而時(shí)分復(fù)用的技術(shù)要求我們最終在接收端時(shí)能夠接收到的是與發(fā)送端相吻合的兩路不同的連續(xù)的模擬信號(hào)。因此這就要求我們?cè)诮邮斩藢?fù)合的信號(hào)解調(diào)出來(lái)。這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)解調(diào)電路。由于通過(guò)加法器輸出的是兩路復(fù)接的信號(hào)，由調(diào)制與解調(diào)的相關(guān)知識(shí)可知，該信號(hào)是PAM信號(hào)，我們不能采用包絡(luò)檢測(cè)法將信號(hào)解調(diào)出來(lái)，應(yīng)該通過(guò)相干解調(diào)電路，給信號(hào)加以本地載波將信號(hào)完整的分離出來(lái)，然后通過(guò)低通濾波器（有源低通濾波器）電路將信號(hào)的噪聲過(guò)濾后輸出與發(fā)送端一致的的模擬信號(hào)。 復(fù)接信號(hào)經(jīng)過(guò)兩路乘法器后（加入相應(yīng)載波與信號(hào)相乘），輸出的是仍舊是離散的PAM信號(hào)，為了得到連續(xù)的正

15、弦波，應(yīng)該通過(guò)積分電路將進(jìn)行積分運(yùn)算，將離線的信號(hào)連續(xù)化。因此我們?cè)O(shè)計(jì)的低通濾波器應(yīng)該包含有積分電路，同時(shí)具有濾除雜波的功能，在此我們?cè)O(shè)計(jì)的是有源二階低通濾波器。信號(hào)通過(guò)濾波器后，PAM信號(hào)完整解調(diào)，輸出與發(fā)送端一致的模擬信號(hào)。兩路模擬信號(hào)通過(guò)時(shí)分復(fù)用電路正確傳送到接收端。相干解調(diào)電路如下，其中包括乘法器電路低通濾波器電路。圖9 乘法器的仿真有源二階低通濾波器的電路原理圖如下圖所示：圖6 低通濾波器電路圖10 有源二階低通濾波器二階有源低通濾波器的截止頻率f=1/2RC ，電壓增益A0 = 1+（R2/R1）乘法器電路的實(shí)現(xiàn)可以基于MC1496芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)PAM的相干解調(diào)電路，該電路部

16、分與PAM的調(diào)制電路一致在此不作贅述。4電子開(kāi)關(guān)CD4066在實(shí)際電路中，由于MC1496的平衡較難實(shí)現(xiàn)，對(duì)于乘法電路我們使用電子開(kāi)關(guān)CD4066代替。CD4066的引腳功能如圖7 所示。每個(gè)封裝內(nèi)部有4 個(gè)獨(dú)立的模擬開(kāi)關(guān),每個(gè)模擬開(kāi)關(guān)有輸入、輸出、控制三個(gè)端子,其中輸入端和輸出端可互換。當(dāng)控制端加高電平時(shí),開(kāi)關(guān)導(dǎo)通;當(dāng)控制端加低電平時(shí)開(kāi)關(guān)截止。模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí),導(dǎo)通電阻為幾十歐姆;模擬開(kāi)關(guān)截止時(shí),呈現(xiàn)很高的阻抗,可以看成為開(kāi)路。模擬開(kāi)關(guān)可傳輸數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào),可傳輸?shù)哪M信號(hào)的上限頻率為40MHz。各開(kāi)關(guān)間的串?dāng)_很小,典型值為-50dB。圖11 CD4066的內(nèi)部邏輯與封裝 3 電路仿真3.

17、1仿真軟件MultisimMultisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力?？梢允褂肕ultisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò)Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。

18、3.2電路仿真通過(guò)綜合仿真的電路圖如下所示： 圖12 初始電路仿真最后進(jìn)行實(shí)物連接的仿真圖如下（采用CD4066代替乘法器電路）：圖13 實(shí)際電路仿真圖對(duì)于低通濾波器部分的電路，其電路圖如下所示：圖14 低通濾波3.3 仿真結(jié)果電路輸入的兩路不同的模擬初始信號(hào)如下：圖15 兩路模擬信號(hào)兩路模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)乘法器（PAM編碼電路）輸出如下：（PAM信號(hào)）圖16 PAM信號(hào)兩路調(diào)制信號(hào)進(jìn)入加法器電路實(shí)現(xiàn)復(fù)接，加法器輸出波形如下：圖17 復(fù)接信號(hào)最后復(fù)接信號(hào)通過(guò)相干解調(diào)，濾波電路，輸出兩路與發(fā)送端完全相同頻率的模擬信號(hào)：圖18 輸出信號(hào)綜上所述，經(jīng)過(guò)實(shí)際仿真可知，經(jīng)過(guò)仿真電路，實(shí)現(xiàn)了兩路不同信號(hào)的時(shí)分復(fù)

19、用功能，電路仿真成功。4 實(shí)物制作與結(jié)果4.1 實(shí)物制作按照仿真電路圖設(shè)計(jì)電路連接圖，并按照電路連接。實(shí)物制作如下：圖19 實(shí)物正面圖20 實(shí)物焊接面4.2 調(diào)試結(jié)果經(jīng)過(guò)實(shí)物的調(diào)試和測(cè)量，在輸入端輸入的抽樣脈沖都為8KHZ，兩路模擬信號(hào)其中一路為1KHZ一路為500HZ。經(jīng)過(guò)示波器測(cè)量得到的結(jié)果如下所示。(調(diào)試中，我們只輸入一路模擬信號(hào)，另一路為0)加法器電路的輸出：圖21 復(fù)接信號(hào)進(jìn)入加法器后，進(jìn)入相干解調(diào)的乘法器部分，輸出如圖： 圖22 乘法器輸出最后經(jīng)過(guò)低通濾波電路，將離散的時(shí)間信號(hào)進(jìn)行積分得到時(shí)域上連續(xù)的時(shí)間信號(hào)，并將高頻分量過(guò)濾，輸出與輸入端一致的正弦波。圖23 接收端信號(hào)4.3 結(jié)

20、果分析通過(guò)調(diào)試得到的實(shí)驗(yàn)波形可知，連續(xù)的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣脈沖的抽樣，又連續(xù)的正弦波信號(hào)變?yōu)樵跁r(shí)間上離散的信號(hào)。兩路離散信號(hào)（時(shí)間上有延遲）經(jīng)過(guò)加法器實(shí)現(xiàn)了時(shí)分復(fù)用的功能，成功在一物理信道上傳輸，最后經(jīng)過(guò)相干解調(diào)后分離出兩路不同的模擬信號(hào)，最終傳送給接收端。本次課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易的兩路時(shí)分復(fù)用的功能。5 總結(jié)與分析 通過(guò)本次通信原理課程設(shè)計(jì)，我們?cè)O(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易的兩路時(shí)分復(fù)用的電路，最后經(jīng)過(guò)仿真，實(shí)物制作，調(diào)試與測(cè)量驗(yàn)證了我們?cè)O(shè)計(jì)方案的正確性。 在開(kāi)始設(shè)計(jì)電路時(shí)，我認(rèn)真的學(xué)習(xí)了時(shí)分復(fù)用的相關(guān)知識(shí)，也同時(shí)對(duì)通信課程第五章進(jìn)行了認(rèn)真的復(fù)習(xí)和深入的研究。雖然我們這次設(shè)計(jì)的是時(shí)分復(fù)用電路，但是涉及的內(nèi)容有模電、高頻等相關(guān)知識(shí)。因此我們找到了專業(yè)課程的一下學(xué)習(xí)資料