简单△M增量调制器设计.doc

湖南工程学院

课 程 设 计

课程名称 通信原理
课题名称 简单△M增量调制器设计

专 业 电子信息工程
班 级 1181
学 号 201113020102
姓 名 谭扬波
指导教师 熊卓烈

2013年 12月 30日

湖南工程学院
课 程 设 计 任 务 书

课程名称 　通信原理
题 目 简单△M增量调制器设计

专业班级 电子信息1181
学生姓名 谭扬波 学号 201113020102
指导老师 熊卓列
审 批

任务书下达日期 2013 年12 月30日
设 计 完成日期 2014 年1 月 2 日

设计内容与设计要求
一、设计内容
1、本地译码电路
2、相加电路， 3、误差信号放大器
3、限幅放大电路， 4、定时判决电路， 5、时钟源产生电路
二、总体要求
1、 思路清晰，给出整体设计框图，画出整机原理图；
2、给出具体设计思路，画出单元电路，并进行电路原理的分析；
3、采用System View仿真软件对系统进行仿真，并将仿真结果，打印在图纸上；
4、编写设计说明书；
5、说明书和所有图纸要求用计算机打印。
三、具体电路指标要求
1、输入信号: 0.3K-3.4K语音信号(测评信号1K单频正弦信号)
2、输出信号振幅：高电平时3V，低电平时0.3V
3、时钟源输出频率:115.2KHZ
四、给定条件
1、+VCC=12V， VEE=-12V
2、主要器件：
各类三极管、电阻、电容，触发器、与非门。

主要设计条件

1、提供通信实验箱一台；
2、提供直流电源一台；
4、其它相关仪器若干；
3、必要的元器件和导线等；
4、计算机。

说明书格式
1、课程设计封面；
2、任务书；
3、说明书目录；
4、设计总体思路，基本原理和框图；
5、单元电路设计；
6、仿真结果；
7、调试步骤；
8、总结与体会；
9、附录；
10、参考文献；
11、整机原理图。

进度安排
十七周星期一上午：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；
十七周星期一下午至星期三上午：查找资料，确定总体设计方案，画出整机原理图草图；
十七周星期三下午至星期五：具体电路设计；
十八周星期一上午至星期星期五上午书写设计报告打印出图纸。
十八周星期五下午：答辩。

参考文献
1. 樊昌信主编.，《通信原理》，电子工业出版社.。
2、阎石主编《数字电路技术基础》高等教育出版社。

目录　
一、增量调制基本原理 7
二、简单增量调制的设计框图和思路 8
三、各单元电路设计 9
1、本地译码电路 9
1.1、积分电路 9
1.2、V/I、单极性变双极性电路 9
2、相减电路 10
3、误差信号放大器 11
4、限幅放大电路 11
5、定时判决电路 12
四、仿真软件介绍 13
五、系统仿真 14
5.1、System View简介 14
5.2、简易△M增量调制器系统仿真 15
5.3、系统仿真波形图 15
六、心得体会 17
七、参考文献 18
附录： 19

20

一、增量调制基本原理
增量调制也称增量脉冲码调制方式（ＤＭ），简称，它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字化方法。它是一种把信号上采样的样值作为预测值的单纯预测骗码方式。增量调制是预测编码方式中最简单的一种，它将信号瞬时值与前一个抽样时刻的量化值之差进行量化，而且只对这个差值的符号进行编码，而不对差值的大小进行编码，因此量化只限于正和负两个电平，只用一比特传输一个样值。如果差值是正的，就发“１”码，若差值为负的，就发“０”码，因此数码“１”和“０”只是表示信号相对于前一时刻的增减，不化表信号的绝对值。在接收端，每收到一个“１”码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量阶；每接收一个“０”码就下降一个量价。当收到连“１”码时，表示信号连续增长；当收到连“０”时，表示信号连续下降。
　　与PCM相比增量调制有以下优点：
(1) 在比特率较低时，增量调制的量化信噪比高于PCM的量化信噪比；
(2) 增量调制抗误码率性能好，能工作于误码率为的信道中，而PCM要求误码率通常为
(3) 增量调制的译码器比PCM简单。
增量调制最主要的特点就是它所产生的二进制代码表示模拟信号前后两个抽样值的差别(增加、还是减少)而不是代表抽样值本身的大小，因此把它称为增量调制。

二、简单增量调制的设计框图和思路
我们知道，一位二进制码只能代表两种状态，当然就不可能表示模拟信号的抽样值。可是，用一位码却可以表示相邻抽样值的相对大小，而相邻抽样值的相对变化将能同样反映模拟信号的变化规律。因此，采用一位二进制码去描述模拟信号是完全可能的。其设计主要分为编码和译码两个部分，总设计框图如图1所示：
根据简单增量调制编、译码的基本原理，可组成简单系统方框图如图1所示。发送端编码器由相减器、判决器、积分器及脉冲发生器（极性变换电路）组成的一个闭环反馈电路。判决器是用来比较与大小，在定时抽样时刻如果-＞0输出“1”； -＜0输出“0”； 由本地译码器产生。如图所示总的增量调制系统由相减器、放大与零偏置调整、限幅电路、比较器、V/I及单极性到双极性的变换、积分器、放大电路组成。

相减器
放大、零偏置调整
比
较
器
V/I、单极性到双极性变换
积分器
放 大
限 幅
语音信号
反馈信号
误差
信号
△M调制编码

图1简单系统方框图
三、各单元电路设计
1、本地译码电路
1.1、积分电路
所谓积分器如图8所示，其功能是完成积分运算，即输出电压与输入电压的积分成正比。
根据反相比例放大器的运算关系，该电路的输出电压的频域表达式为
设电容电压的初始值为零,则输出电压uo(t)为：

式中，电容C的充电电流 所以

图8积分电路
1.2、V/I、单极性变双极性电路
变换电路主要由三极管工作在开关状态下轮流导通后，进过RC回路充放电，使电压信号变成电流信号、单极性变为双极性信号，变换电路如图9所示，当输入为高电平时Q5导通使得RC回路充电，当输入为低电平时Q2导通使得RC回路放电这样就实现的电压到电流、单极性到双极性的变换。

图9变换电路
2、相减电路
相减器的输出电压与两个输入信号之差成正比。这在许多场合得到应用。要实现相减，必须将信号分别送入运算放大器的同相端和反相端，如图10所示。我们应用叠加原理来计算，电路相当于同相比例放大器。

图10相减电路
3、误差信号放大器
如图11所示误差信号放大器能对输入信号Vi进行放大并实现零偏置调整。电路中电源分别接V，图中进过三极管与电阻的组合电路，通过调整滑动变阻器R2使得当输入Vi的值为0时，输出V0的值也为0V，这样就使得V0的值跟随Vi的值变化而变化，让输出信号在0V上下变化，即实现了零偏置调整。

图11误差信号放大电路
4、限幅放大电路
如图12所示的限幅放大电路，由两个三极管及电路组成，两个三极管组成级联方式并各自工作在开关状态，通过设置各电阻的参数使得误差信号幅值限定在0~3V内变化，当输入为高电平时第一个三极管导通第二个截止使得输出为0V；相反，当输入时低电平时第一个三极管截止第二个导通，经过R5的分压使得输出V0值为3V。

图12限幅放大电路
5、定时判决电路
定时判决电路如图13所示，定时判决采用D触发器来实现比较判决功能，由于通过限幅放大的输入信号e`(t)的幅值在0~3V内变化，而由于D触发器由门电路组合而成即存在着较低的门限电压，利用这一特性实现△M的增量调制，每当来一个时钟信号时，当输入信号大于门限值是输出高电平，相反，当输入小于门限值时输出低电平，即输出单极性的二进制编码。

图13定时源产生电路

四、仿真软件介绍
SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。
利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需从 System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。　
SystemView的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（Main Library）及专业库(Optional Library)，基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。

五、系统仿真
5.1、System View简介
System View的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（Main Library）及专业库(Optional Library)，基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。
　　在系统设计和仿真分析方面，System View还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。还可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。
时间参数的设置如图2所示。

图2时间参数设置
Start Time：取样开始时间；Stop Time：取样截止时间；Time Spacing：取样周期；No.of.Samples 采样点数。

5.2、简易△M增量调制器系统仿真
简易△M增量调制系统仿真如图3所示。

图3增量调制ΔM系统仿真图

5.3、系统仿真波形图
5.3.1、图4中，高斯噪声经带通产生300KHZ-3400KHZ模拟语音信号波形如图所示。

图4模拟语音信号波形
5.3.2、图5中，模拟语音信号经放大器后，通过判决器进行判决输出简易△M增量调制脉冲如图所示。

图5增量调制编码信号波形
5.3.3、图6中信号为增量调制信号经过积分器、放大电路后的解调输出波形如图所示。

图6本地译码波形

5.3.4、图7中增量调制输出信号经放大电路、减法器后再通过延时电路的输出延时波形如图所示。

图7增量调制解调输出波形

六、心得体会
在刚开始学习通信原理时，我就了解到它是一门理论与实践结合很强的课程，而且特别需要用到以前的课程学到的知识，自我感觉对这门课程的学习有点难度，但是还是想学好！通过这次的课程设计学习我对书上讲的电路实际应用有了更加深刻的认识，激发了学习兴趣，增强了思考和解决实际问题的能力。
由于自身准备公务员考试和其他的事情，虽然都去上课了，但还是对其中的概念一知半解。这次的实验其中最难的感觉还是仿真，对于SystemView软件确实不怎么会，更何况自身英文水准较低，所以整个实验过程中这是最让人头疼的事，不过结合同学和老师的帮助以及百度上的介绍，还是完成了。但是课程设计的目的不是仅仅知道结果，而是要知道过程，了解它的实际工作的方法。所以还是对相关的知识重新学习了一次。
简单调制的基本原理什么的，基本上就是按着书上的打进去了，具体的设计过程中最难的还是设计各个单元电路的时候，虽然说资料找了不少但是到了真正的做起来的时候就觉得无从着手了。大部分都是半懂半不懂的，别人怎么说我就怎么写了。在刚开始的时候还是摸不着头脑，对一些电路不明白，只看明白书上的一些原理电路。对实际电路中的电容，电感，电阻的组合不太明白。不了解为什么要按那样的组合才可以实现要求的电路。而且发现其中一些的基本电路还有不少问题。
这次课程设计结束了，虽然只是短暂的几周，但是这些过程经历还有熊老师的指导却让我难以忘记，学到的知识也让我受益匪浅。
七、参考文献
1、《通信原理》樊昌信主编.，电子工业出版社
2、《数字电路技术基础》阎石主编，高等教育出版社
3、《模拟电路技术基础》康华光主编，高等教育出版社
4、《SystemView 系统动态分析与仿真》罗卫兵主编，机械工业出版社

附录：

电气与信息工程系课程设计评分表
项 目
评 价
优
良
中
及格
差
设计方案的合理性与创造性(10%)

硬件设计或软件编程完成情况(10)

硬件测试或软件调试结果*(10%)

设计说明书质量(10%)

设计图纸质量(10%)

答辩汇报的条理性和独特见解(10%)

答辩中对所提问题的回答情况(10%)

完成任务情况(10%)

独立工作能力(10%)

出勤情况（10%）

综 合 评 分

指导教师签名：________________
日 期：________________
注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。