1、信號源實驗實驗報告（本實驗包括CPLD可編程數(shù)字信號發(fā)生器實驗和模擬信號源實驗，共兩個實驗。）一、 實驗目的1、 熟悉各種時鐘信號的特點及波形。2、 熟悉各種數(shù)字信號的特點及波形。3、 熟悉各種模擬信號的產(chǎn)生方法及其用途。4、 觀察分析各種模擬信號波形的特點。二、 實驗內(nèi)容1、 熟悉CPLD可編程信號發(fā)生器各測量點波形。2、 測量并分析各測量點波形及數(shù)據(jù)。3、 學習CPLD可編程器件的編程操作。4、 測量并分析各測量點波形及數(shù)據(jù)。5、 熟悉幾種模擬信號的產(chǎn)生方法，了解信號的來源、變換過程和使用方法。三、 實驗器材1、 信號源模塊 一塊2、 連接線 若干3、 20M雙蹤示波器 一臺四、 實驗原理

2、（一）CPLD可編程數(shù)字信號發(fā)生器實驗實驗原理CPLD可編程模塊用來產(chǎn)生實驗系統(tǒng)所需要的各種時鐘信號和各種數(shù)字信號。它由CPLD可編程器件ALTERA公司的EPM240T100C5、下載接口電路和一塊晶振組成。晶振JZ1用來產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)的32.768MHz主時鐘。1、 CPLD數(shù)字信號發(fā)生器包含以下五部分：1) 時鐘信號產(chǎn)生電路將晶振產(chǎn)生的32.768MHZ時鐘送入CPLD內(nèi)計數(shù)器進行分頻，生成實驗所需的時鐘信號。通過撥碼開關S4和S5來改變時鐘頻率。有兩組時鐘輸出，輸出點為“CLK1”和“CLK2”，S4控制“CLK1”輸出時鐘的頻率，S5控制“CLK2”輸出時鐘的頻率。2) 偽隨機序列產(chǎn)生電

3、路通常產(chǎn)生偽隨機序列的電路為一反饋移存器。它又可分為線性反饋移存器和非線性反饋移存器兩類。由線性反饋移存器產(chǎn)生出的周期最長的二進制數(shù)字序列稱為最大長度線性反饋移存器序列，通常簡稱為m序列。以15位m序列為例，說明m序列產(chǎn)生原理。在圖1-1中示出一個4級反饋移存器。若其初始狀態(tài)為（）（1,1,1,1），則在移位一次時和模2相加產(chǎn)生新的輸入，新的狀態(tài)變?yōu)椋ǎ?,1,1,1），這樣移位15次后又回到初始狀態(tài)（1,1,1,1）。不難看出，若初始狀態(tài)為全“0”,即“0,0,0,0”，則移位后得到的仍然為全“0”狀態(tài)。這就意味著在這種反饋寄存器中應避免出現(xiàn)全“0”狀態(tài)，不然移位寄存器的狀態(tài)將不會改變。因

4、為4級移存器共有24=16種可能的不同狀態(tài)。除全“0”狀態(tài)外，剩下15種狀態(tài)可用，即由任何4級反饋移存器產(chǎn)生的序列的周期最長為15。圖1-1 15位m序列產(chǎn)生信號源產(chǎn)生一個15位的m序列，由“PN”端口輸出，可根據(jù)需要生成不同頻率的偽隨機碼，碼型為111100010011010，頻率由S4控制，對應關系如表1-2所示。3) 幀同步信號產(chǎn)生電路信號源產(chǎn)生8K幀同步信號，用作脈沖編碼調(diào)制的幀同步輸入，由“FS”輸出。4) NRZ碼復用電路以及碼選信號產(chǎn)生電路碼選信號產(chǎn)生電路：主要用于8選1電路的碼選信號；NRZ碼復用電路：將三路八位串行信號送入CPLD，進行固定速率時分復用，復用輸出一路24位NR

5、Z碼，輸出端口為“NRZ”，碼速率由撥碼開關S5控制，對應關系見表1-2。5) 終端接收解復用電路將NRZ碼（從“NRZIN”輸入）、位同步時鐘（從“BS”輸入）和幀同步信號（從“FSIN”輸入）送入CPLD，進行解復用，將串行碼轉換為并行碼，輸出到終端光條（U6和U4）顯示。2、 24位NRZ碼產(chǎn)生電路本單元產(chǎn)生NRZ信號，信號速率根據(jù)輸入時鐘不同自行選擇，幀結構如圖1-2所示。幀長為24位，其中首位無定義（本實驗系統(tǒng)將首位固定為0），第2位到第8位是幀同步碼（7位巴克碼1110010），另外16位為2路數(shù)據(jù)信號，每路8位。此NRZ信號為集中插入幀同步碼時分復用信號。光條（U1、U2和U3）

6、對應位亮狀態(tài)表示信號1，滅狀態(tài)表示信號0。圖1-2 幀結構1) 并行碼產(chǎn)生器由手動撥碼開關S1、S2、S3控制產(chǎn)生幀同步碼和16路數(shù)據(jù)位，每組發(fā)光二極管的前八位對應8個數(shù)據(jù)位。撥碼開關撥上為1，撥下為0。2）八選一電路采用8路數(shù)據(jù)選擇器74LS151，其管腳定義如圖1-3所示。真值表如表1-1所示。表1-1 74LS151真值表CBASTRYLLLLD0LLHLD1LHLLD2LHHLD3HLLLD4HLHLD5HHLLD6HHHLD7HL圖1-3 74LS151管腳定義74LS151為互補輸出的8選1數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)選擇端（地址端）為C、B、A，按二進制譯碼，從8個輸入數(shù)據(jù)D0D7中選擇一個

7、需要的數(shù)據(jù)。STR為選通端，低電平有效。本信號源采用三組8選1電路，U12，U13，U15的地址信號輸入端A、B、C分別接CPLD輸出的74151_A、74151_B、74151_C信號，它們的8個數(shù)據(jù)信號輸入端D0D7分別與S1,S2,S3輸出的8個并行信號相連。由表1-1可以分析出U12，U13，U15輸出信號都是以8位為周期的串行信號。（二）模擬信號源實驗實驗原理模擬信號源電路用來產(chǎn)生實驗所需的各種低頻信號：同步正弦波信號、非同步信號和音樂信號。（一）同步信號源（同步正弦波發(fā)生器）1、 功用同步信號源用來產(chǎn)生與編碼數(shù)字信號同步的2KHz正弦波信號，可用在PAM抽樣定理、增量調(diào)制、PCM編

8、碼實驗，作為模擬輸入信號。在沒有數(shù)字存貯示波器的條件下，用它作為編碼實驗的輸入信號，可在普通示波器上觀察到穩(wěn)定的編碼數(shù)字信號波形。2、 電路原理圖2-1為同步正弦信號發(fā)生器的電路圖。它由2KHz方波信號產(chǎn)生器（圖中省略了）、同相放大器和低通濾波器三部分組成。圖2-1 同步正弦波產(chǎn)生電路2KHz的方波信號由CPLD可編程器件U8內(nèi)的邏輯電路通過編程產(chǎn)生。“2K同步正弦波”為其測量點。U19A及周邊的電阻組成一個的同相放大電路，起到隔離和放大作用，。U19C及周邊的阻容網(wǎng)絡組成一個截止頻率為2K的二階低通濾波器，濾除方波信號里的高次諧波和雜波，得到正弦波信號。調(diào)節(jié)W1改變同相放大器的放大增益，從而

9、改變輸出正弦波的幅度（05V）。（二）非同步信號源非同步信號源利用混合信號SoC型8位單片機C8051F330，采用DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術產(chǎn)生。通過波形選擇器S6選擇輸出波形，對應發(fā)光二極管亮。它可產(chǎn)生頻率為180Hz18KHz的正弦波、180Hz10KHz的三角波和250Hz250KHz的方波信號。按鍵S7、S8分別可對各波形頻率進行增減調(diào)整。非同步信號輸出幅度為04V，通過調(diào)節(jié)W4改變輸出信號幅度?？衫盟ㄐ缘赜^察通信話路的頻率特性，同時用作增量調(diào)制、脈沖編碼調(diào)制實驗的模擬輸入信號。圖2-2 非同步信號發(fā)生器電路圖（三）音樂信號產(chǎn)生電路1、功用音樂信號產(chǎn)生電路用來產(chǎn)生音樂信號，作

10、模擬輸入信號檢查話音信道的開通情況及通話質量。2、工作原理圖2-3 音樂信號產(chǎn)生電路音樂信號產(chǎn)生電路見圖2-3。音樂信號由U21音樂片厚膜集成電路產(chǎn)生。該片的1腳為電源端，2腳為控制端，3腳為輸出端，4腳為公共地端。VCC經(jīng)R34、D4向U21的1腳提供3.3V電源電壓，當2腳通過K1輸入控制電壓+3.3V時，音樂片即有音樂信號從第3腳輸出，經(jīng)低通濾波器輸出，輸出端口為“音樂輸出”（四）載波產(chǎn)生電路1、功用載波產(chǎn)生電路用來產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制所需的正弦波信號，頻率有64KHz和128KHz兩種。2、工作原理64K載波產(chǎn)生電路如圖2-4所示，128K載波產(chǎn)生電路如圖2-5所示64KHz(128KHz)的

11、方波信號由CPLD可編程器件U8內(nèi)的邏輯電路通過編程產(chǎn)生?！?4K同步正弦波”（“64K”同步正弦波）為其測量點。U17A(U18A)及周邊的電阻組成一個的同相放大電路，起到隔離和放大作用。U17D(U18D)及周邊的阻容網(wǎng)絡組成一個截止頻率為64K（128KHz）的二階低通濾波器，濾除方波信號里的高次諧波和雜波，得到正弦波信號。調(diào)節(jié)W2(W3)改變同相放大器的放大增益，從而改變輸出正弦波的幅度（05V）。圖2-4 64K載波產(chǎn)生電路圖2-5 128K載波產(chǎn)生電路五、 實驗結果1. 觀測時鐘信號輸出波形。撥碼開關時鐘撥碼開關時鐘000032.768M1000128K000116.384M100

12、164K00108.192M101032K00114.096M101116K01002.048M11008K01011.024M11014K0110512K11102K0111256K11111K根據(jù)上面表格進行測量：2. 用示波器觀測幀同步信號輸出波形3. 用示波器觀測偽隨機信號輸出波形4. 觀測NRZ碼輸出波形1)將撥碼開關S1，S2，S3設置為“01110010 11001100 10101010”，S5設為“1010”，用示波器觀測“NRZ”輸出波形。 2)保持碼型不變，改變碼速率（改變S5設置值），用示波器觀測“NRZ”輸出波形。3)保持碼速率不變，改變碼型（改變S1、S2、S3設置值），用示波器觀測“NRZ”輸出波形。1、用示波器測量“2K同步正弦波”、“64K同步正弦波”、“128K同步正弦波”各點輸出的正弦波波形，對應的電位器W1，W2，W3可分別改變各正弦波的幅度。 2、用示波器測量“非同步信號源”輸出波形。1) 按鍵