1、湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計課程名稱 通信原理 課題名稱 簡單M增量調(diào)制 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 電信1102班 學(xué) 號 201101030234 姓 名 易元圓 指導(dǎo)教師 熊卓烈 2013年12月23日目錄第一章 總體設(shè)計思路11.1 設(shè)計要求11.2 增量調(diào)制基本原理21.3 增量調(diào)制的設(shè)計原理和框圖3第二章 單元電路設(shè)計42.1 減法電路42.2 誤差放大電路42.3 限幅電路52.4 判決電路62.5 單/雙變換電路62.6 積分電路72.7 射極放大電路8第三章 Systemview仿真與調(diào)試93.1 Systemview簡介93.1 仿真步驟93.2 仿真結(jié)果10第四章 總電路

2、圖124.1總電路圖12第五章 總結(jié)與體會13參考文獻14第一章 總體設(shè)計思路1.1 設(shè)計要求1.思路清晰，牢牢掌握增量調(diào)制原理，給出整體設(shè)計框圖，畫出整機原理圖；2.了解語音信號的M編碼過程，給出具體設(shè)計思路，畫出單元電路，并進行電路原理的分析； 3.采用System View仿真軟件對系統(tǒng)進行仿真，并調(diào)試出正確的仿真結(jié)果； 1.2 增量調(diào)制基本原理增量調(diào)制(DM)可以看成是一種最簡單的DPCM。當(dāng)DPCM系統(tǒng)中量化器的量化電平數(shù)取為2時，且預(yù)測器仍簡單地是一個延遲時間為抽樣時間間隔T的延遲線時，此DPCM系統(tǒng)就成為增量調(diào)制系統(tǒng)。其原理方框圖如圖1-1所示：（a）編碼器 （b）譯碼器圖1-1

3、 增量調(diào)制原理框圖增量調(diào)制或稱增量編碼,是將連續(xù)變化的模擬信號變成二進制數(shù)碼的一種調(diào)制方法,它是用一位二進制數(shù)碼來表示信號在此時刻的值相對于前一個取樣時刻的值是增大還是減小。增大發(fā)“1”碼,減小發(fā)“0”碼。在增量調(diào)制中，數(shù)碼“1”和“0”只表示信號相對于前一時刻是增大還是減小,不代表信號的絕對值。接收端譯碼每收到一個“1”碼,譯碼器的輸出相對于前一時刻的值上升一個量階,每收到一個“0”碼,相對于前一時刻的值下降一個量階。當(dāng)收到連“1”碼時,表示每隔一個取樣時間,連續(xù)上升一個量階,即表示信號的建續(xù)增長。收到連“0” 碼時,表示每隔一個取樣時間,連續(xù)下降一個量階,即表示信號的連續(xù)下降。這

4、就是增量編碼和譯碼的規(guī)則。增量調(diào)制目的是簡化模擬信號的數(shù)字化方法。其主要特點是： 1.在比特率較低的場合，量化信噪比高于PCM； 2.抗誤碼性能好。能工作在誤比特率為102103的信道中，而PCM則要求信道的誤比特率為104106； 3.設(shè)備簡單、制造容易。1.3 增量調(diào)制設(shè)計原理和框圖 增量調(diào)制就是一個對模擬信號編碼和譯碼的過程。在編碼器中輸入一個模擬信號X(t)，它與預(yù)測信號Xo(t)相減，得到一個預(yù)測誤差，預(yù)測誤差被周期T的抽樣沖擊序列（t）抽樣。若抽樣值為負值，則判決輸出電壓+V（用“1”代表）；若抽樣值為正值，則判決輸出電壓-V（用“0”代表）。這樣就得

5、到二進制輸出數(shù)字信號。如圖1-2所示：圖1-2 增量調(diào)制波形圖進行編碼之后，進入譯碼過程。在解調(diào)器中，積分器只要收到一個“1”碼元就使其輸出升高V，每收到一個“0”碼元就使其輸出降低V，這樣就可以恢復(fù)出圖1-2的階梯形電壓。這個階梯形電壓通過低通濾波器平滑后，就得到十分接近編碼器原輸入的模擬信號。這種方法即用一個簡單RC積分電路把二進制碼變?yōu)槠交牟ㄐ危槍D1-2，我們將對其變換調(diào)制，如圖1-3所示:圖1-3 增量調(diào)制譯碼原理圖綜上所述，我們了解了增量調(diào)制的基本原理與工作過程，我們可以設(shè)計出增量調(diào)制的總原理框圖。在編碼器中輸入一個模擬信號f(t)，它與預(yù)測信號f(t)相減，用減法電路得到一個

6、預(yù)測誤差，然后再經(jīng)過一個放大器再經(jīng)過一個零偏置電路得到一個雙極性信號，雙極性信號再通過一個限幅電路（相當(dāng)于一個開關(guān)電路）把信號限制在03伏之間，信號再接入到一個比較器再加上CP脈沖出來得到一個單極性信號，信號再經(jīng)過一個單雙變換把電壓信號轉(zhuǎn)換為雙極性電流信號I然后經(jīng)過一個積分器和射隨器得出一個反饋信號再接入到減法電路的一端。增量調(diào)制總原理框圖如圖1-4所示：語音信號反饋信號圖1-4 增量調(diào)制設(shè)計原理框圖 第二章 單元電路設(shè)計2.1減法電路減法電路用來實現(xiàn)兩個輸入電壓信號Vi1和Vi2相減的求差電路。它的同相端和反相端輸入0.3K-3.4K語音信號它與反饋信號，兩個輸入信號相減，得到一個預(yù)測誤差。

7、輸入信號Vi1和Vi2分別同相和反相放大，輸出信號可以利用疊加原理得到，Vo=R4/R3(Vi2-Vi1),電路中R1=R2=R3=R4。電路輸出電阻很小，電路相當(dāng)于理想運放電路模型。減法電路電路圖如下所示： 圖2-1減法電路電路圖2.2 誤差放大電路誤差信號放大電路即一個射極偏置電路，對輸入信號Vi進行放大并實現(xiàn)零偏置調(diào)整。電路中電源分別接+12V和-12V，圖2-2中通過一個共射極三極管與電阻形成一個直流通路，直流通路利用負反饋作用，達到自動穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用。此電路通過調(diào)整一個滑動變阻器R19使得當(dāng)Vi輸入的值為0是，輸出Vo的值也為0，這樣就使得Vo的值跟隨Vi的值變化而變化，讓輸出

8、信號在0V上下變化，即實現(xiàn)了零偏置調(diào)整。其電路圖如下所示：圖2-2誤差放大電路圖2.3 限幅電路 限幅電路是由兩個NPN型三極管及其他元器件組成的運放電路。限幅電路按功能分為上限限幅電路、下限限幅電路和雙向限幅電路三種。在上限限幅電路中，當(dāng)輸入信號電壓低于某一事先設(shè)計好的上限電壓時，輸出電壓將隨輸入電壓而增減；但當(dāng)輸入電壓達到或超過上限電壓時，輸出電壓將保持為一個固定值,不再隨輸入電壓而變,這樣，信號幅度即在輸出端受到限制。同樣，下限限幅電路在輸入電壓低于某一下限電平時產(chǎn)生限幅作用。雙向限幅電路則在輸入電壓過高或過低的兩個方向上均產(chǎn)生限幅作用。三極管限幅電路是利用三極管進入截止區(qū)或飽和區(qū)后輸出

9、不再受輸入的影響來實現(xiàn)限幅作用的。這種電路形式上與放大電路相似，但工作點的選擇應(yīng)該有利于實現(xiàn)所需的限幅，而不是避免發(fā)生波形失真。三極管限幅電路的優(yōu)點是兼有放大作用。兩個三極管組成級聯(lián)方式并各自工作在開關(guān)狀態(tài)，通過設(shè)置各電阻的參數(shù)使得誤差信號幅值限定在03V內(nèi)變化，當(dāng)輸入為高電平時，三極管Q2導(dǎo)通，三極管Q3截止，使得輸出的電壓為0V；相反，當(dāng)輸入時低電平時第一個三極管Q2截止，第二個三極管Q3導(dǎo)通，分壓使得輸出V0的值為3V。其電路圖如下所示： 圖2-3 限幅電路電路圖2.4 判決電路定時判決電路采用D觸發(fā)器來實現(xiàn)比較判決功能，由于通過限幅放大的輸入信號的幅值在03V內(nèi)變化，而由于D觸發(fā)器由門

10、電路組合而成即存在著較低的門限電壓，利用這一特性實現(xiàn)對輸入信號的判決。時鐘信號的頻率為16K-32K。每當(dāng)來一個時鐘信號，當(dāng)CP脈沖為0時，觸發(fā)器保持原狀態(tài)，當(dāng)CP為1時，接受端D出現(xiàn)兩種情況，D等于1即是高電平時，相當(dāng)于輸入信號大于門限值即輸出雙極性的二進制編碼，相反，當(dāng)D等于0即為低電平時，輸入小于門限值即輸出單極性的二進制編碼。其電路圖如下所示：圖2-4 判決電路電路圖2.5 單/雙極性變換電路單/雙極性變換即在兩個三極管處于開關(guān)狀態(tài)下完成二進制編碼和電壓變電流信號的轉(zhuǎn)換。三極管Q4和Q5工作在開關(guān)狀態(tài)下輪流導(dǎo)通后，進過RC回路充放電，當(dāng)Vi加高電平時，Q5管導(dǎo)通，Q4管截止。此時Uo為

11、高電平對積分器電容進行沖電；當(dāng)Vi加入低電平時，Q5管截止，Q4管導(dǎo)通，Uo為低電平，積分器電容處于放電狀態(tài)。這種沖放電狀態(tài)也就是所說的推挽功放。在三極管處于開關(guān)狀態(tài)對高低電平的選擇性導(dǎo)通截止的狀態(tài)下，完成了單雙極性變換，電壓信號變成電流信號、單極性變?yōu)殡p極性信號，完成簡單增量調(diào)制的一個過程。其電路圖如下所示： 圖2-5 單/雙極性變換電路圖2.6積分電路積分電路電路原理很簡單，都是基于電容的充放電原理，RC電路的積分條件：RCTk。具體是輸入信號經(jīng)過了一個電阻后經(jīng)過反饋流到電容上，但此時認為電容電壓的初始電量為零，故此時給電容充電。由理想運算放大器的虛短、虛斷性質(zhì)得：V1=Ii=0，電容器初

12、始電壓Vc=0，則V1-Vo=1/cIidt=1/cVi/Rdt所以Vo=-1/（RC） Vidt。上式表明，輸出電壓Uo為輸入電壓Ui對時間的積分，負號表示信號是從運放的反相輸入端輸入的。當(dāng)輸入信號Ui為階躍電壓，在它的作用下，電容將以近似恒流方式進行充電，輸出電壓Uo與時間t成近似線性關(guān)系。積分電路電路圖如下所示： 圖2-6積分電路電路圖2.7射極輸出放大電路射極輸出放大電路是一個輸入信號與輸出信號的公共端是三極管的集電極的共集電極放大電路。其特點是輸入信號與輸出信號同相；無電壓放大作用，電壓增益小于1且接近于1，因此共集電極電路又有“電壓跟隨器”之稱 ；電流增益高，輸入回路中的電流iB&

13、lt;<輸出回路中的電流iE和iC；輸入電阻高，輸出電阻低，既可以做多級放大電路的輸入極，負載穩(wěn)定，又可以做多級放大電路的輸出級。其電路圖如下所示： 圖2-7 射極放大電路電路圖 第三章 Systemview仿真與調(diào)試3.1 Systemview簡介Systemview是一個用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立等各個領(lǐng)域，Systemview在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。Systemview是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng)

14、仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)描述程序。利用Systemview，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時，只需Systemview配置的圖標(biāo)庫中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間的連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。3.2 仿真步驟通過自己的學(xué)習(xí)，初步了解了Systemview的一些操作方法，我們也大概掌握了增量調(diào)制的實現(xiàn)原理，下面介紹仿真的步驟:1.理解增量調(diào)制原理，初步確定仿真所要求的元器件，在Systemview連好仿真圖

15、，并進行仿真； 2.對初步仿真的結(jié)果進行核查，并找出比較合適的參數(shù)；3.找出比較合適的波形，并記錄好各元器件的參數(shù)。3.3 仿真結(jié)果增量調(diào)制系統(tǒng)仿真圖如下所示: 圖3-1系統(tǒng)仿真圖高斯噪聲經(jīng)過低通產(chǎn)生300HZ-3400HZ模擬語音信號波形如圖所示： 圖3-2 模擬語音信號波形圖模擬語音信號經(jīng)放大器誤差放大以后，通過判決器進行判決輸出簡易M增量調(diào)制脈沖波形圖如圖所示； 圖3-3 M增量調(diào)制脈沖波形圖 增量調(diào)制輸出信號經(jīng)放大電路、減法器后再通過延時電路的輸出延時波形如圖所示：圖3-4 延時波形圖增量調(diào)制信號經(jīng)過積分器、放大電路后的解調(diào)輸出波形如圖所示： 圖3-5 增量調(diào)制解調(diào)波形圖第四

16、章 總電路圖4.1總電路圖 第五章 總結(jié)與體會期末的通信原理課程設(shè)計又將結(jié)束了，每一次的課程設(shè)計都會帶來一次與眾不同的體驗，又一次經(jīng)歷了一個從迷茫到恍然大悟的激動過程。這次通信原理課程設(shè)計的題目是簡單增量調(diào)制，剛剛得到這個課題時還是挺茫然的。老師又介紹幾種我沒聽過的軟件叫我們自學(xué)，然后把波形給仿真出來，更是晴天霹靂，并且期末了，還的準(zhǔn)備復(fù)習(xí)去，迎接期末考試，一切的一切，都在考驗著我。不管怎樣，還是得迎難而上。拿到這個課題以后，我還是像以前一樣，像一個無頭蒼蠅，不知先從哪里下手，但是，再艱難的路，只要邁開雙腳，你就一定會到達勝利的終點，勝利就在眼前，你不邁開雙腳，你永遠也只能站在原點。我仔細的看

17、書，認真分析增量調(diào)制的原理，畫出其原理框圖，然后設(shè)計其電路。可是分析原理，設(shè)計電路的路不是很平坦，在自己找資料和分析過程中遇到了很多問題。例如，減法電路，單雙極性變換，systemview參數(shù)調(diào)整等等我的概念都不是很清晰。所以，我向同學(xué)請教，向老師請教，熊老師對我孜孜不倦的教導(dǎo)，一步一步給我分析，直到我弄懂為止。弄懂了增量調(diào)制的基本原理，畫出了他的電路圖，我又遇到了嚴峻的考驗，對其進行系統(tǒng)仿真。我們的仿真軟件叫systemview，第一次接觸這個軟件，安裝好以后打開他，看著它我無從下手。我又在網(wǎng)上搜索操作他的資料，終于學(xué)會了操作。我深入的了解增量調(diào)制的原理，通過systemview仿真出正確的波形，看著自己的勞動成果，激動不言而喻。一次次的遇到問題，然后又一次次的解決問題，我很享受這個過程。在這個過程中，我既學(xué)到了知識，又增進了與同學(xué)和老師的感情，何樂而不為呢。最后我要感謝給我提供寶貴意見的良師益友，謝謝熊老師的諄諄教誨，謝謝同學(xué)提供的寶貴意見。你們一絲不茍的治學(xué)精神和樂于助人的優(yōu)良品德將深深的影響著我，我受益匪淺，向你們表達我最衷心的感謝與敬意！參考文獻1.樊昌信主編.，通信原理，電子工業(yè)出版社. 2.閻石主編數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社 3.康華光主編電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社電氣與信息