实验一CPLD可编程数字信号发生器实验一、实验目的1、熟悉各种时钟信号的特点及波形。

2、熟悉各种数字信号的特点及波形。

二、实验内容1、熟悉CPLD可编程信号发生器各测量点波形。

2、测量并分析各测量点波形及数据。

3、学习CPLD可编程器件的编程操作。

三、实验器材1、信号源模块一块2、连接线若干3、20M双踪示波器一台四、实验原理CPLD可编程模块用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和各种数字信号。

它由CPLD 可编程器件ALTERA公司的EPM240T100C5、下载接口电路和一块晶振组成。

晶振JZ1用来产生系统内的32.768MHz主时钟。

1、CPLD数字信号发生器包含以下五部分：1)时钟信号产生电路将晶振产生的32.768MH Z时钟送入CPLD内计数器进行分频，生成实验所需的时钟信号。

通过拨码开关S4和S5来改变时钟频率。

有两组时钟输出，输出点为“CLK1”和“CLK2”，S4控制“CLK1”输出时钟的频率，S5控制“CLK2”输出时钟的频率。

2)伪随机序列产生电路通常产生伪随机序列的电路为一反馈移存器。

它又可分为线性反馈移存器和非线性反馈移存器两类。

由线性反馈移存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移存器序列，通常简称为m序列。

以15位m 序列为例，说明m 序列产生原理。

在图1-1中示出一个4级反馈移存器。

若其初始状态为（0123,,,a a a a ）＝（1,1,1,1），则在移位一次时1a 和0a 模2相加产生新的输入4110a =⊕=，新的状态变为（1234,,,a a a a ）＝（0,1,1,1），这样移位15次后又回到初始状态（1,1,1,1）。

不难看出，若初始状态为全“0”,即“0,0,0,0”，则移位后得到的仍然为全“0”状态。

这就意味着在这种反馈寄存器中应避免出现全“0”状态，不然移位寄存器的状态将不会改变。

因为4级移存器共有24=16种可能的不同状态。

除全“0”状态外，剩下15种状态可用，即由任何4级反馈移存器产生的序列的周期最长为15。

a 3a 2a 1a 0+输出图1-1 15位m 序列产生信号源产生一个15位的m 序列，由“PN ”端口输出，可根据需要生成不同频率的伪随机码，码型为111100010011010，频率由S4控制，对应关系如表1-2所示。

3) 帧同步信号产生电路信号源产生8K 帧同步信号，用作脉冲编码调制的帧同步输入，由“FS ”输出。

4) NRZ 码复用电路以及码选信号产生电路码选信号产生电路：主要用于8选1电路的码选信号；NRZ 码复用电路：将三路八位串行信号送入CPLD ，进行固定速率时分复用，复用输出一路24位NRZ 码，输出端口为“NRZ ”，码速率由拨码开关S5控制，对应关系见表1-2。

5) 终端接收解复用电路将NRZ 码（从“NRZIN ”输入）、位同步时钟（从“BS ”输入）和帧同步信号（从“FSIN ”输入）送入CPLD ，进行解复用，将串行码转换为并行码，输出到终端光条（U6和U4）显示。

2、 24位NRZ 码产生电路本单元产生NRZ 信号，信号速率根据输入时钟不同自行选择，帧结构如图1-2所示。

帧长为24位，其中首位无定义（本实验系统将首位固定为0），第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。

此NRZ 信号为集中插入帧同步码时分复用信号。

光条（U1、U2和U3）对应位亮状态表示信号1，灭状态表示信号0。

×1110010××××××××××××××××无定义位帧同步码数据1数据2图1-2 帧结构1) 并行码产生器由手动拨码开关S1、S2、S3控制产生帧同步码和16路数据位，每组发光二极管的前八位对应8个数据位。

拨码开关拨上为1，拨下为0。

2）八选一电路采用8路数据选择器74LS151，其管脚定义如图1-3所示。

真值表如表1-1所示。

表1-1 74LS151真值表 C BA STR Y L L L L D0 L L H L D1 L H L L D2 L H H L D3 H L L L D4 H L H L D5 H H L L D6 H H H L D7 ×××HL图1-3 74LS151管脚定义74LS151为互补输出的8选1数据选择器，数据选择端（地址端）为C 、B 、A ，按二进制译码，从8个输入数据D0～D7中选择一个需要的数据。

STR 为选通端，低电平有效。

本信号源采用三组8选1电路，U12，U13，U15的地址信号输入端A 、B 、C 分别接CPLD 输出的74151_A 、74151_B 、74151_C 信号，它们的8个数据信号输入端D0～D7分别与S1,S2,S3输出的8个并行信号相连。

由表1-1可以分析出U12，U13，U15输出信号都是以8位为周期的串行信号。

五、测试点说明CLK1：第一组时钟信号输出端口，通过拨码开关S4选择频率。

CLK2：第二组时钟信号输出端口，通过拨码开关S5选择频率。

FS：脉冲编码调制的帧同步信号输出端口。

（窄脉冲，频率为8K）NRZ：24位NRZ信号输出端口，码型由拨码开关S1，S2，S3控制，码速率和第二组时钟速率相同，由S5控制。

PN：伪随机序列输出，码型为111100010011010，码速率和第一组时钟速率相同，由S4控制。

NRZIN：解码后NRZ码输入。

BS：NRZ码解复用时的位同步信号输入。

FSIN：NRZ码解复用时的帧同步信号输入。

六、实验步骤1、打开信号源模块的电源开关POWER1，使信号源模块工作。

2、观测时钟信号输出波形。

信号源输出两组时钟信号，对应输出点为“CLK1”和“CLK2”，拨码开关S4的作用是改变第一组时钟“CLK1”的输出频率，拨码开关S5的作用是改变第二组时钟“CLK2”的输出频率。

拨码开关拨上为1，拨下为0，拨码开关和时钟的对应关系如下表所示表1-2拨码开关时钟拨码开关时钟0000 32.768M 1000 128K0001 16.384M 1001 64K0010 8.192M 1010 32K0011 4.096M 1011 16K0100 2.048M 1100 8K0101 1.024M 1101 4K0110 512K 1110 2K0111 256K 1111 1K 1)2)根据表1-2改变S5，用示波器观测第二组时钟信号“CLK2”的输出波形。

3、用示波器观测帧同步信号输出波形信号源提供脉冲编码调制的帧同步信号，在点“FS”输出，一般时钟设置为2.048M、256K，在后面的实验中有用到。

将拨码开关S4分别设置为“0100”、“0111”或别的数字，用示波器观测“FS”的输出波形。

4、用示波器观测伪随机信号输出波形伪随机信号码型为111100010011010，码速率和第一组时钟速率相同，由S4控制。

根据表1-2改变S4，用示波器观测“PN”的输出波形。

5、观测NRZ码输出波形信号源提供24位NRZ码，码型由拨码开关S1，S2，S3控制，码速率和第二组时钟速率相同，由S5控制。

1)将拨码开关S1，S2，S3设置为“01110010 11001100 10101010”，S5设为“1010”，用示波器观测“NRZ”输出波形。

`2)保持码型不变，改变码速率（改变S5设置值），用示波器观测“NRZ”输出波形。

3)保持码速率不变，改变码型（改变S1、S2、S3设置值），用示波器观测“NRZ”输出波形。

七、实验报告要求1、分析各种时钟信号及数字信号产生的方法，叙述其功用。

2、画出各种时钟信号及数字信号的波形。

3、记录实验过程中遇到的问题并进行分析，提出改进建议。

实验二模拟信号源实验一、实验目的1、熟悉各种模拟信号的产生方法及其用途。

2、观察分析各种模拟信号波形的特点。

二、实验内容1、测量并分析各测量点波形及数据。

2、熟悉几种模拟信号的产生方法，了解信号的来源、变换过程和使用方法。

三、实验器材1、信号源模块一块2、连接线若干3、20M双踪示波器一台四、实验原理模拟信号源电路用来产生实验所需的各种低频信号：同步正弦波信号、非同步信号和音乐信号。

（一）同步信号源（同步正弦波发生器）1、功用同步信号源用来产生与编码数字信号同步的2KHz正弦波信号，可用在PAM抽样定理、增量调制、PCM编码实验，作为模拟输入信号。

在没有数字存贮示波器的条件下，用它作为编码实验的输入信号，可在普通示波器上观察到稳定的编码数字信号波形。

2、电路原理图2-1为同步正弦信号发生器的电路图。

它由2KHz方波信号产生器（图中省略了）、同相放大器和低通滤波器三部分组成。

C25333321411U19A TL0841098U19C TL084R1920KC35472W1100K2K1TP32K C7104C19104C14104+12V -12VR76k8R106k8R96k8R1510k TH1TH图2-1 同步正弦波产生电路2KHz 的方波信号由CPLD 可编程器件U8内的逻辑电路通过编程产生。

“2K 同步正弦波”为其测量点。

U19A 及周边的电阻组成一个的同相放大电路，起到隔离和放大作用，。

U19C 及周边的阻容网络组成一个截止频率为2K 的二阶低通滤波器，滤除方波信号里的高次谐波和杂波，得到正弦波信号。

调节W1改变同相放大器的放大增益，从而改变输出正弦波的幅度（0～5V ）。

（二）非同步信号源非同步信号源利用混合信号SoC 型8位单片机C8051F330，采用DDS(直接数字频率合成)技术产生。

通过波形选择器S6选择输出波形，对应发光二极管亮。

它可产生频率为180Hz~18KHz 的正弦波、180Hz~10KHz 的三角波和250Hz~250KHz 的方波信号。

按键S7、S8分别可对各波形频率进行增减调整。

非同步信号输出幅度为0~4V ，通过调节W4改变输出信号幅度。

可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用作增量调制、脉冲编码调制实验的模拟输入信号。

武汉凌特电子技术有限公司 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书32184U 10AT L 082C 4104-12V+12VC 31041T P 4非同步信号调节幅度T H T H32184U 11AT L 082R 61100W 4100KS 6S W -P BS 7S W -P B S 8S W -P B R 3010K R 6015KC 38330PC 41100P 567U 10BT L 082C 40330PR 2722K R 2827KR 2910KR 3347KC 26104C 24104+12V -12VC 37330P P 0.31P 0.22P 0.13P 0.04G ND 5V D D 6R S T /C 2C K 7P 2.0/C 2D 8P 1.79P 0.420P 0.519P 0.618P 0.717P 1.016P 1.115P 1.214P 1.313P 1.412P 1.511P 1.610U 5C 8051F 3303.3V R 596203.3V C 2C K C 2D C 33104C 30104C 43100uD 9LE D D 10L E D D 11L E D R 77330R 78330R 80330R 76100R 74100R 73100波形选择频率 +频率 -567U 11BT L 082R 8310K R 823.3Ks e l R 811K X 013X 114X 215X 312X 41X 55X 62X 74I N H 6A 11B 10C9V E E7X 3V C C16G N D8U 14C D 4051s e l+12V 567U 20BT L 082R 8710K R 853.3KR 211K 567U 9BT L 082+12V -12V C 42330PR 8415KR 716.8KR 233.3KC 44200P R 2510K 32184U 9AT L 082s e l 132184U 20AT L 082R 8810KR 863.3KR 221K s e l 1+12V-12V图2-2 非同步信号发生器电路图（三）音乐信号产生电路 1、功用音乐信号产生电路用来产生音乐信号，作模拟输入信号检查话音信道的开通情况及通话质量。