简单增量调制.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

专 业 电子信息工程
班 级 电信1102班
学 号 201101030234
姓 名 易元圆
指导教师 熊卓烈

2013年12月23日

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目录
第一章 总体设计思路 1
1.1 设计要求 1
1.2 增量调制基本原理 2
1.3 增量调制的设计原理和框图 3
第二章 单元电路设计 4
2.1 减法电路 4
2.2 误差放大电路 4
2.3 限幅电路 5
2.4 判决电路 6
2.5 单/双变换电路 6
2.6 积分电路 7
2.7 射极放大电路 8
第三章 Systemview仿真与调试 9
3.1 Systemview简介 9
3.1 仿真步骤 9
3.2 仿真结果 10
第四章 总电路图 12
4.1总电路图 12
第五章 总结与体会 13
参考文献 14

第一章 总体设计思路
1.1 设计要求
1.思路清晰，牢牢掌握增量调制原理，给出整体设计框图，画出整机原理图；
2.了解语音信号的△M编码过程，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，并调试出正确的仿真结果；
1.2 增量调制基本原理
增量调制(DM)可以看成是一种最简单的DPCM。当DPCM系统中量化器的量化电平数取为2时，且预测器仍简单地是一个延迟时间为抽样时间间隔T的延迟线时，此DPCM系统就成为增量调制系统。其原理方框图如图1-1所示：

（a）编码器 （b）译码器
图1-1 增量调制原理框图
增量调制或称增量编码,是将连续变化的模拟信号变成二进制数码的一种调制方法,它是用一位二进制数码来表示信号在此时刻的值相对于前一个取样时刻的值是增大还是减小。增大发“1”码,减小发“0”码。在增量调制中，数码“1”和“0”只表示信号相对于前一时刻是增大还是减小,不代表信号的绝对值。接收端译码每收到一个“1”码,译码器的输出相对于前一时刻的值上升一个量阶,每收到一个“0”码,相对于前一时刻的值下降一个量阶。当收到连“1”码时,表示每隔一个取样时间,连续上升一个量阶,即表示信号的建续增长。收到连“0” 码时,表示每隔一个取样时间,连续下降一个量阶,即表示信号的连续下降。这就是增量编码和译码的规则。
增量调制目的是简化模拟信号的数字化方法。其主要特点是： 
1.在比特率较低的场合，量化信噪比高于PCM； 
2.抗误码性能好。能工作在误比特率为102～103的信道中，而PCM则要求信道的误比特率为104～106； 
3.设备简单、制造容易。
1.3 增量调制设计原理和框图
增量调制就是一个对模拟信号编码和译码的过程。
在编码器中输入一个模拟信号X(t)，它与预测信号Xo(t)相减，得到一个预测误差，预测误差被周期T的抽样冲击序列σ（t）抽样。若抽样值为负值，则判决输出电压+△V（用“1”代表）；若抽样值为正值，则判决输出电压-△V（用“0”代表）。这样就得到二进制输出数字信号。如图1-2所示：

图1-2 增量调制波形图
进行编码之后，进入译码过程。在解调器中，积分器只要收到一个“1”码元就使其输出升高△V，每收到一个“0”码元就使其输出降低△V，这样就可以恢复出图1-2的阶梯形电压。这个阶梯形电压通过低通滤波器平滑后，就得到十分接近编码器原输入的模拟信号。这种方法即用一个简单RC积分电路把二进制码变为平滑的波形，针对图1-2，我们将对其变换调制，如图1-3所示:

图1-3 增量调制译码原理图
综上所述，我们了解了增量调制的基本原理与工作过程，我们可以设计出增量调制的总原理框图。在编码器中输入一个模拟信号f(t)，它与预测信号f′(t)相减，用减法电路得到一个预测误差，然后再经过一个放大器再经过一个零偏置电路得到一个双极性信号，双极性信号再通过一个限幅电路（相当于一个开关电路）把信号限制在0~3伏之间，信号再接入到一个比较器再加上CP脉冲出来得到一个单极性信号，信号再经过一个单双变换把电压信号转换为双极性电流信号I然后经过一个积分器和射随器得出一个反馈信号再接入到减法电路的一端。增量调制总原理框图如图1-4所示：
语音信号
反馈信号

图1-4 增量调制设计原理框图

3

第二章 单元电路设计
2.1减法电路
减法电路用来实现两个输入电压信号Vi1和Vi2相减的求差电路。它的同相端和反相端输入0.3K-3.4K语音信号它与反馈信号，两个输入信号相减，得到一个预测误差。输入信号Vi1和Vi2分别同相和反相放大，输出信号可以利用叠加原理得到，Vo=R4/R3(Vi2-Vi1),电路中R1=R2=R3=R4。电路输出电阻很小，电路相当于理想运放电路模型。减法电路电路图如下所示：

图2-1减法电路电路图
2.2 误差放大电路
误差信号放大电路即一个射极偏置电路，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+12V和-12V，图2-2中通过一个共射极三极管与电阻形成一个直流通路，直流通路利用负反馈作用，达到自动稳定静态工作点的作用。此电路通过调整一个滑动变阻器R19使得当Vi输入的值为0是，输出Vo的值也为0，这样就使得Vo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。其电路图如下所示：

图2-2误差放大电路图
2.3 限幅电路
限幅电路是由两个NPN型三极管及其他元器件组成的运放电路。限幅电路按功能分为上限限幅电路、下限限幅电路和双向限幅电路三种。在上限限幅电路中，当输入信号电压低于某一事先设计好的上限电压时，输出电压将随输入电压而增减；但当输入电压达到或超过上限电压时，输出电压将保持为一个固定值,不再随输入电压而变,这样，信号幅度即在输出端受到限制。同样，下限限幅电路在输入电压低于某一下限电平时产生限幅作用。双向限幅电路则在输入电压过高或过低的两个方向上均产生限幅作用。三极管限幅电路是利用三极管进入截止区或饱和区后输出不再受输入的影响来实现限幅作用的。这种电路形式上与放大电路相似，但工作点的选择应该有利于实现所需的限幅，而不是避免发生波形失真。三极管限幅电路的优点是兼有放大作用。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，三极管Q2导通，三极管Q3截止，使得输出的电压为0V；相反，当输入时低电平时第一个三极管Q2截止，第二个三极管Q3导通，分压使得输出V0的值为3V。其电路图如下所示：

图2-3 限幅电路电路图
2.4 判决电路
定时判决电路采用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，利用这一特性实现对输入信号的判决。时钟信号的频率为16K-32K。每当来一个时钟信号，当CP脉冲为0时，触发器保持原状态，当CP为1时，接受端D出现两种情况，D等于1即是高电平时，相当于输入信号大于门限值即输出双极性的二进制编码，相反，当D等于0即为低电平时，输入小于门限值即输出单极性的二进制编码。其电路图如下所示：

图2-4 判决电路电路图
2.5 单/双极性变换电路
单/双极性变换即在两个三极管处于开关状态下完成二进制编码和电压变电流信号的转换。三极管Q4和Q5工作在开关状态下轮流导通后，进过RC回路充放电，当Vi加高电平时，Q5管导通，Q4管截止。此时Uo为高电平对积分器电容进行冲电；当Vi加入低电平时，Q5管截止，Q4管导通，Uo为低电平，积分器电容处于放电状态。这种冲放电状态也就是所说的推挽功放。在三极管处于开关状态对高低电平的选择性导通截止的状态下，完成了单双极性变换，电压信号变成电流信号、单极性变为双极性信号，完成简单增量调制的一个过程。其电路图如下所示：

图2-5 单/双极性变换电路图
2.6积分电路
积分电路电路原理很简单，都是基于电容的充放电原理，RC电路的积分条件：RC≥Tk。具体是输入信号经过了一个电阻后经过反馈流到电容上，但此时认为电容电压的初始电量为零，故此时给电容充电。由理想运算放大器的虚短、虚断性质得：V1=Ii=0，电容器初始电压Vc=0，则
V1-Vo=1/c∫Iidt=1/c∫Vi/Rdt
所以Vo=-1/（RC）∫ Vidt。上式表明，输出电压Uo为输入电压Ui对时间的积分，负号表示信号是从运放的反相输入端输入的。当输入信号Ui为阶跃电压，在它的作用下，电容将以近似恒流方式进行充电，输出电压Uo与时间t成近似线性关系。积分电路电路图如下所示：

图2-6积分电路电路图
2.7射极输出放大电路
射极输出放大电路是一个输入信号与输出信号的公共端是三极管的集电极的共集电极放大电路。其特点是输入信号与输出信号同相；无电压放大作用，电压增益小于1且接近于1，因此共集电极电路又有“电压跟随器”之称 ；电流增益高，输入回路中的电流iB<<输出回路中的电流iE和iC；输入电阻高，输出电阻低，既可以做多级放大电路的输入极，负载稳定，又可以做多级放大电路的输出级。其电路图如下所示：

图2-7 射极放大电路电路图

第三章 Systemview仿真与调试
3.1 Systemview简介
Systemview是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域，Systemview在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。
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)描述程序。利用Systemview，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，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Systemview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。
3.2 仿真步骤
通过自己的学习，初步了解了Systemview的一些操作方法，我们也大概掌握了增量调制的实现原理，下面介绍仿真的步骤:
1.理解增量调制原理，初步确定仿真所要求的元器件，在Systemview连好仿真图，并进行仿真； 
2.对初步仿真的结果进行核查，并找出比较合适的参数；
3.找出比较合适的波形，并记录好各元器件的参数。
3.3 仿真结果
增量调制系统仿真图如下所示:

图3-1系统仿真图
高斯噪声经过低通产生300HZ-3400HZ模拟语音信号波形如图所示：

图3-2 模拟语音信号波形图
模拟语音信号经放大器误差放大以后，通过判决器进行判决输出简易△M增量调制脉冲波形图如图所示；

图3-3 △M增量调制脉冲波形图

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3-4 延时波形图
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3-5 增量调制解调波形图

第四章 总电路图
4.1总电路图

第五章 总结与体会
期末的通信原理课程设计又将结束了，每一次的课程设计都会带来一次与众不同的体验，
又一次经历了一个从迷茫到恍然大悟的激动过程。
这次通信原理课程设计的题目是简单增量调制，刚刚得到这个课题时还是挺茫然的。老师又介绍几种我没听过的软件叫我们自学，然后把波形给仿真出来，更是晴天霹雳，并且期末了，还的准备复习去，迎接期末考试，一切的一切，都在考验着我。不管怎样，还是得迎难而上。拿到这个课题以后，我还是像以前一样，像一个无头苍蝇，不知先从哪里下手，但是，再艰难的路，只要迈开双脚，你就一定会到达胜利的终点，胜利就在眼前，你不迈开双脚，你永远也只能站在原点。我仔细的看书，认真分析增量调制的原理，画出其原理框图，然后设计其电路。可是分析原理，设计电路的路不是很平坦，在自己找资料和分析过程中遇到了很多问题。例如，减法电路，单双极性变换，systemview参数调整等等我的概念都不是很清晰。所以，我向同学请教，向老师请教，熊老师对我孜孜不倦的教导，一步一步给我分析，直到我弄懂为止。弄懂了增量调制的基本原理，画出了他的电路图，我又遇到了严峻的考验，对其进行系统仿真。我们的仿真软件叫systemview，第一次接触这个软件，安装好以后打开他，看着它我无从下手。我又在网上搜索操作他的资料，终于学会了操作。我深入的了解增量调制的原理，通过systemview仿真出正确的波形，看着自己的劳动成果，激动不言而喻。一次次的遇到问题，然后又一次次的解决问题，我很享受这个过程。在这个过程中，我既学到了知识，又增进了与同学和老师的感情，何乐而不为呢。
最后我要感谢给我提供宝贵意见的良师益友，谢谢熊老师的谆谆教诲，谢谢同学提供的宝贵意见。你们一丝不苟的治学精神和乐于助人的优良品德将深深的影响着我，我受益匪浅，向你们表达我最衷心的感谢与敬意！

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
3.康华光主编《电子技术基础》高等教育出版社

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）。

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