实验一 信号源实验
一、实验目的
1、了解通信系统的一般模型及信源在整个通信系统中的作用。
2、掌握信号源模块的使用方法。
二、实验内容
1、对应液晶屏显示，观测DDS信源输出波形。
2、观测各路数字信源输出。
3、观测正弦点频信源输出。
4、模拟语音信源耳机接听话筒语音信号。
三、实验仪器
1、信号源模块 一块
2、20M双踪示波器 一台
四、实验原理
信号源模块大致分为DDS信源、数字信源、正弦点频信源和模拟语音信源几部分。
1、DDS信源
DDS直接数字频率合成信源输出波形种类、频率、幅度及方波B占空比均可通过“DDS信源按键”调节（具体的操作方法见“实验步骤”），并对应液晶屏显示波形信息。
正弦波输出频率范围为1Hz～200KHz，幅度范围为200mV～4V。
三角波输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V。
锯齿波输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V。
方波A输出频率范围为1Hz～50KHz，幅度范围为200mV～4V，占空比50％不变。
方波B输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V，占空比以5％步进可调。 输出波形如下图1-1所示。
正弦波：1Hz-200KHz
图1-1 DDS信源信号波形
2、数字信源
（1）数字时钟信号
24.576M：钟振输出时钟信号，频率为24.576MHz。
2048K： 类似方波的时钟信号输出点，频率为2048 KHz。
64K： 方波时钟信号输出点，频率为64 KHz。
32K： 方波时钟信号输出点，频率为32KHz。
8K： 方波时钟信号输出点，频率为8KHz。
输出时钟如下图1-2所示。
t
tt
图1-2 数字时钟信号波形
（2）伪随机序列
PN15： N＝15位的m序列输出点，码型为1111 0101 1001 000，15位一周期循环。
PN31： N＝31位的m序列输出点，码型为1111 1001 1010 0100 0010 1011 1011 000，31位一周期循环。
PN511：N＝511位的m序列输出点，511位一周期循环。
（3）24位NRZ码信源
24位NRZ码型由“NRZ码型选择”拨码开关SW01、SW02、SW03任意设置；
码速率由“码速率选择”拨码开关SW04、SW05任意设置。
拨码开关SW04、SW05的作用是改变分频器的分频比。每4位对应BCD码的1位，来分别表示分频比的千位、百位、十位、个位。
用于分频的主频是768KHz，4位BCD码最大表示为“9”，大于“9”的均认为是“9”。 例如：SW04、SW05设置为00000001 00101000，表示对768KHz主频128分频，此时测试点“BS”输出位同步频率为6 KHz，“NRZ”码速率为6Kbps。
NRZ： 24位NRZ码输出点，码速率数值上等于位同步信号BS的频率，码型可通过拨码开关SW01、SW02、SW03改变，24位一周期循环。
BS： 24位NRZ码的位同步信号输出点，方波，频率由“码速率选择”拨码开关确定。 2BS： 对应2倍位同步信号频率值的方波输出点。
FS： 帧同步信号输出点，窄脉冲，高电平对应24位NRZ码第一位码元的前半位。 NRZ、BS、2BS、FS输出如下图1-3所示。
t
t
t
图1-3 NRZ码信源输出信号波形
3、正弦点频信源
1K正弦基波：1KHz正弦波输出点，波形关于地对称，Vp-p＝1V±0.3V。
2K正弦基波：2KHz正弦波输出点，波形关于地对称，调节“2K调幅”旋转电位器P03，幅度范围：200mV±200mV～5V±1V。
192K正弦载波：192KHz正弦波输出点，波形关于地对称，Vp-p＝3.6V±0.4V。
384K正弦载波：384KHz正弦波输出点，波形关于地对称，调节“384K调幅”旋转电位器P04，幅度范围：200mV±200mV～5V±1V。
4、模拟语音信源
话筒语音信号先进入音频放大电路，然后从“T－OUT”测试点输出。
接收到的语音信号从“R－IN”测试点输入，经音频放大电路送入耳机中接听。
两个旋转电位器“T音量调节”和“R音量调节”调节两个音频放大电路的放大倍数。
五、实验步骤
1、将模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下信号源模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，信号源模块开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）
3、DDS信源
（1）按键“波形选择”，“DDS－OUT”测试点输出波形种类在正弦波、三角波、锯齿波、方波A、方波B间循环切换。
（2）按键“步进选择”，“DDS－OUT”测试点输出波形频率步进值在1KHz、10KHz、 1Hz、50Hz间循环切换。
（3）按键“＋1”或“－1”，“DDS－OUT” 测试点输出波形频率增加或减少相应的步进值。
（4）当输出波形选择“方波B”时，按键“功能切换”，此时液晶屏显示“步进”切换为“占空比”。再按键“＋1”或“－1”，方波B占空比由0％开始，每次增加或减少5％。再次按键“功能切换”，此时液晶屏显示“占空比”切换回“步进”。
（5）按键“复位”，“DDS”测试点输出波形2KHz正弦波，频率步进值为1KHz。
说明：按“复位”键后，设置的方波B的占空比信息仍保存；若断电后再开电，方波B的占空比还原为0％。
（6）“DDS－OUT”的波形信息应与液晶屏显示对应。
（7）“DDS－OUT”测试点输出波形幅度可由“DDS调幅”旋转电位器P05调节，波谷值为0，波峰值在200mV～4V间变化。
（8）对应液晶屏显示，示波器观测“DDS－OUT”测试点波形，掌握DDS信源的使用方法。
4、数字信源
（1）示波器观测各路数字时钟信号。
（2）示波器观测各路伪随机序列。
（3）任意设置“NRZ码型选择”拨码开关和“码速率选择”拨码开关，示波器观测24位NRZ码信源信号。
5、正弦点频信源
调节两个“调幅”旋转电位器，示波器观测四路正弦点频信源信号波形。
6、模拟语音信源
连接测试点“T－OUT”与“R－IN”，将耳机和话筒插入相应的音频插座，一边说话一边调节两个“音量调节”旋转电位器P01、P02，直至耳机能听到清晰的说话声音。
六、课后扩展题
什么是“DDS直接数字频率合成信源”？它的基本原理是什么？
有兴趣的同学可以查阅相关资料，搭建硬件电路，编写软件程序，自主开发，实现一个简单的DDS信源。
或在实验箱配套的CPLD二次开发模块、DSP二次开发模块的硬件平台上，完成“直接数字频率合成实验”。
直接数字频率合成是采用数字化技术，通过控制相位的变化速度，直接产生各种不同频率信号的一种频率合成方法。DDS的基本结构如图1所示，它主要由相位累加器、正弦ROM表、D/A转换器和低通滤波器构成。 参考时钟fr由一个稳定的晶体振荡器产生。相位累加器由N位加法器与N位相位寄存器级联构成，类似于一个简单的加法器。每来一个时钟脉冲，加法器将频率控制数据与相位寄存器输出的累积相位数据相加，把相加后的结果送至相位寄存器的数据输入端。相位寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟的作用下继续与频率控制数据相加。这样，相位累加器在参考时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器累积满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成
信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。 在参考时钟fr的控制下，频率控制字由累加器累加以得到相应的相位数据，把此数据作为取样地址，来寻址正弦ROM表进行相位－幅度变换，即可在给定的时间上确定输出的波形幅值。DAC将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号，低通滤波器用于滤除不需要的取样分量，这样即可得到由频率控制字决定的连续变化的输出正弦波。 DDS的输出频率f0和参考时钟fr、相位累加器长度N以及频率控制字FSW的关系为： ; DDS的频率分辨率为： ；由于DDS的输出最大频率受奈奎斯特抽样定理限制，所以DDS 的最高输出频率为fr/2，但在实际设计的DDS系统中，由于输出滤波器的非理想性，一般输出信号的最大频率只能达到参考时钟频率fr的40%左右。
实验一 信号源实验
一、实验目的
1、了解通信系统的一般模型及信源在整个通信系统中的作用。
2、掌握信号源模块的使用方法。
二、实验内容
1、对应液晶屏显示，观测DDS信源输出波形。
2、观测各路数字信源输出。
3、观测正弦点频信源输出。
4、模拟语音信源耳机接听话筒语音信号。
三、实验仪器
1、信号源模块 一块
2、20M双踪示波器 一台
四、实验原理
信号源模块大致分为DDS信源、数字信源、正弦点频信源和模拟语音信源几部分。
1、DDS信源
DDS直接数字频率合成信源输出波形种类、频率、幅度及方波B占空比均可通过“DDS信源按键”调节（具体的操作方法见“实验步骤”），并对应液晶屏显示波形信息。
正弦波输出频率范围为1Hz～200KHz，幅度范围为200mV～4V。
三角波输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V。
锯齿波输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V。
方波A输出频率范围为1Hz～50KHz，幅度范围为200mV～4V，占空比50％不变。
方波B输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V，占空比以5％步进可调。 输出波形如下图1-1所示。
正弦波：1Hz-200KHz
图1-1 DDS信源信号波形
2、数字信源
（1）数字时钟信号
24.576M：钟振输出时钟信号，频率为24.576MHz。
2048K： 类似方波的时钟信号输出点，频率为2048 KHz。
64K： 方波时钟信号输出点，频率为64 KHz。
32K： 方波时钟信号输出点，频率为32KHz。
8K： 方波时钟信号输出点，频率为8KHz。
输出时钟如下图1-2所示。
t
tt
图1-2 数字时钟信号波形
（2）伪随机序列
PN15： N＝15位的m序列输出点，码型为1111 0101 1001 000，15位一周期循环。
PN31： N＝31位的m序列输出点，码型为1111 1001 1010 0100 0010 1011 1011 000，31位一周期循环。
PN511：N＝511位的m序列输出点，511位一周期循环。
（3）24位NRZ码信源
24位NRZ码型由“NRZ码型选择”拨码开关SW01、SW02、SW03任意设置；
码速率由“码速率选择”拨码开关SW04、SW05任意设置。
拨码开关SW04、SW05的作用是改变分频器的分频比。每4位对应BCD码的1位，来分别表示分频比的千位、百位、十位、个位。
用于分频的主频是768KHz，4位BCD码最大表示为“9”，大于“9”的均认为是“9”。 例如：SW04、SW05设置为00000001 00101000，表示对768KHz主频128分频，此时测试点“BS”输出位同步频率为6 KHz，“NRZ”码速率为6Kbps。
NRZ： 24位NRZ码输出点，码速率数值上等于位同步信号BS的频率，码型可通过拨码开关SW01、SW02、SW03改变，24位一周期循环。
BS： 24位NRZ码的位同步信号输出点，方波，频率由“码速率选择”拨码开关确定。 2BS： 对应2倍位同步信号频率值的方波输出点。
FS： 帧同步信号输出点，窄脉冲，高电平对应24位NRZ码第一位码元的前半位。 NRZ、BS、2BS、FS输出如下图1-3所示。
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图1-3 NRZ码信源输出信号波形
3、正弦点频信源
1K正弦基波：1KHz正弦波输出点，波形关于地对称，Vp-p＝1V±0.3V。
2K正弦基波：2KHz正弦波输出点，波形关于地对称，调节“2K调幅”旋转电位器P03，幅度范围：200mV±200mV～5V±1V。
192K正弦载波：192KHz正弦波输出点，波形关于地对称，Vp-p＝3.6V±0.4V。
384K正弦载波：384KHz正弦波输出点，波形关于地对称，调节“384K调幅”旋转电位器P04，幅度范围：200mV±200mV～5V±1V。
4、模拟语音信源
话筒语音信号先进入音频放大电路，然后从“T－OUT”测试点输出。
接收到的语音信号从“R－IN”测试点输入，经音频放大电路送入耳机中接听。
两个旋转电位器“T音量调节”和“R音量调节”调节两个音频放大电路的放大倍数。
五、实验步骤
1、将模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下信号源模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，信号源模块开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）
3、DDS信源
（1）按键“波形选择”，“DDS－OUT”测试点输出波形种类在正弦波、三角波、锯齿波、方波A、方波B间循环切换。
（2）按键“步进选择”，“DDS－OUT”测试点输出波形频率步进值在1KHz、10KHz、 1Hz、50Hz间循环切换。
（3）按键“＋1”或“－1”，“DDS－OUT” 测试点输出波形频率增加或减少相应的步进值。
（4）当输出波形选择“方波B”时，按键“功能切换”，此时液晶屏显示“步进”切换为“占空比”。再按键“＋1”或“－1”，方波B占空比由0％开始，每次增加或减少5％。再次按键“功能切换”，此时液晶屏显示“占空比”切换回“步进”。
（5）按键“复位”，“DDS”测试点输出波形2KHz正弦波，频率步进值为1KHz。
说明：按“复位”键后，设置的方波B的占空比信息仍保存；若断电后再开电，方波B的占空比还原为0％。
（6）“DDS－OUT”的波形信息应与液晶屏显示对应。
（7）“DDS－OUT”测试点输出波形幅度可由“DDS调幅”旋转电位器P05调节，波谷值为0，波峰值在200mV～4V间变化。
（8）对应液晶屏显示，示波器观测“DDS－OUT”测试点波形，掌握DDS信源的使用方法。
4、数字信源
（1）示波器观测各路数字时钟信号。
（2）示波器观测各路伪随机序列。
（3）任意设置“NRZ码型选择”拨码开关和“码速率选择”拨码开关，示波器观测24位NRZ码信源信号。
5、正弦点频信源
调节两个“调幅”旋转电位器，示波器观测四路正弦点频信源信号波形。
6、模拟语音信源
连接测试点“T－OUT”与“R－IN”，将耳机和话筒插入相应的音频插座，一边说话一边调节两个“音量调节”旋转电位器P01、P02，直至耳机能听到清晰的说话声音。
六、课后扩展题
什么是“DDS直接数字频率合成信源”？它的基本原理是什么？
有兴趣的同学可以查阅相关资料，搭建硬件电路，编写软件程序，自主开发，实现一个简单的DDS信源。
或在实验箱配套的CPLD二次开发模块、DSP二次开发模块的硬件平台上，完成“直接数字频率合成实验”。
直接数字频率合成是采用数字化技术，通过控制相位的变化速度，直接产生各种不同频率信号的一种频率合成方法。DDS的基本结构如图1所示，它主要由相位累加器、正弦ROM表、D/A转换器和低通滤波器构成。 参考时钟fr由一个稳定的晶体振荡器产生。相位累加器由N位加法器与N位相位寄存器级联构成，类似于一个简单的加法器。每来一个时钟脉冲，加法器将频率控制数据与相位寄存器输出的累积相位数据相加，把相加后的结果送至相位寄存器的数据输入端。相位寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟的作用下继续与频率控制数据相加。这样，相位累加器在参考时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器累积满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成
信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。 在参考时钟fr的控制下，频率控制字由累加器累加以得到相应的相位数据，把此数据作为取样地址，来寻址正弦ROM表进行相位－幅度变换，即可在给定的时间上确定输出的波形幅值。DAC将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号，低通滤波器用于滤除不需要的取样分量，这样即可得到由频率控制字决定的连续变化的输出正弦波。 DDS的输出频率f0和参考时钟fr、相位累加器长度N以及频率控制字FSW的关系为： ; DDS的频率分辨率为： ；由于DDS的输出最大频率受奈奎斯特抽样定理限制，所以DDS 的最高输出频率为fr/2，但在实际设计的DDS系统中，由于输出滤波器的非理想性，一般输出信号的最大频率只能达到参考时钟频率fr的40%左右。