PAM调制器设计

湖南工程学院课程设计课程名称通信原理课题名称PAM调制器设计专业电子信息班级1202学号21姓名指导教师熊卓列2015年01月03日湖南工程学院课程设计任务书课程名称通信原理题目PAM调制器设计专业班级电子信息1201、1202、1203学生姓名学号指导老师熊卓列审批任务书下达日期2014年12月22日设计完成日期2015年01月03日设计内容与设计要求一、设计内容1、方波电路2、分频器，3、积分单稳脉冲放大器3、限幅放大电路，4、取样门，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，并分析电路原理。3、采用SystemView软件进行系统仿真并将其结果打印出图纸；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（16K纸张）。三、具体电路指标要求1、输入信号:1K单频正弦信号2、输出信号振幅：高电平时3V，低电平时0.3V3、方波发生器输出频率:16KHZ四、给定条件1、+VCC=12V，VEE=-12V2、主要器件：各类三极管（场效应管）、二极管、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、系统仿真结果；7、调试原理及步骤；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。第1章总体设计思路..................................................11.1PAM的概念..............................................................11.2总体设计思路与框图..............................................1第2章单元电路设计..................................................32.1方波发生器................................................................32.2分频器........................................................................32.3积分单稳....................................................................42.4脉冲放大与限幅放大电路.......................................52.5取样门电路................................................................6第3章系统仿真及对比................................................8第4章总结与体会.......................................................124.1总结与体会..............................................................12第5章附录与参考文献..............................................13第6章整机原理图.......................................................141第1章总体设计思路1.1PAM的概念PAM即脉冲幅度调制，它是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量和波形的一种调制方式，其主要是对于抽样定理的应用。用调制信号控制脉冲序列的幅度，使脉冲幅度在其平均值上下随调制信号的瞬时值变化。因为人发出的语音信号的频率是介于300Hz--3.4kHz之间，而根据奈奎斯特抽样定理----抽样频率应大于或是等于信号最高频率的两倍，通过计算抽样频率可得到6.8KHZ频率即可满足要求，这里我们取8KHZ,这是因为频率越高抽样的效果越好失真度越小，还原出来的信号最能符合原语音信号如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则前面所得的取样信号，实际上就是PAM信号，不过那是一种理想情况。由于理想取样信号的频谱占据了从-∞到∞的整个带宽，不可能产生真正的理想冲激，因此实际上并不可能实现理想取样；使用非理想取样，信号也能无失真的恢复，因此取样通常使用有限宽度的窄脉冲来实现。因此，PAM调制对于载波的产生很重要。故这一次的课程设计我们采用施密特触发器构成方波产生电路，产生16KHZ的低频信号，再用D触发器进行二分频生成8KHz的载波信号，然后再对输入语音信号进行抽样便可得到PAM调制出来的信号。1.2总体设计思路与框图总体设计思路：这里我们采用五个模块进行电路的设计，即方波产生电路，二分频电路，积分单稳态电路，脉冲放大与限幅放大电路，取样门电路。方波产生电路：由于施密特触发器产生的方波比较稳定，故我们采用施密特触发器产生16KHZ的方波信号。二分频电路：采用D触发器对方波电路进行二分频，产生8KHZ的方2波信号。积分单稳态电路：对方波的脉宽进行调整，达到抽样效果。脉冲放大与限幅电路：对方波进行幅度上的调整。取样门电路：将脉冲信号与语音信号进行调制。在用低通滤波器还原出语音信号。总体框图：图1.1.1总体设计框图PAM信号输出分频器（二分频）积分单稳(脉宽变换)脉冲放大（脉冲幅度）（脉度）取样门语音信号Si(t)（0.3KHZ-3.4KHZ）方波发生器（16KHZ）3第2章单元电路设计2.1方波发生器原理图如图2.1.1所示。图2.1.1方波发生器原理图把施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回到它的输入端，构成方波信号发生器。信号频率11*11722.0CRf2.2分频器由于D触发器具有分频功能并且电路比较简单，所以这里采用D触发器对产生的方波信号进行二分频，产生8KHZ的脉冲信号。二分频原理：D触发器的特性方程为特征方程Qn+1=D，由于Q非端接到了D端作分频器时，来一个时钟脉冲,D端数据就被送到输出端Q,同时输出一个反向数据到Q非端，下一个时钟脉冲到,重复上面过程,但数4据己被取反，由此每二个时钟脉,Q端数被取反一次,得到时钟的二分频。原理图如图2.1.1所示。图2.1.1二分频原理图图中CLK接输入信号，Q接输出信号。分频器的输入输出波形图如下：图2.2.2分频器的输入输出波形图2.3积分单稳为了使调制出来的波形更接近理论水平，我需要将分频后的8KHz的方波信号进行脉宽调整，将其脉宽变的更窄达到脉冲的效果。密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输5入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。理图如图2.3.1所示。图2.3.1积分单稳态电路2.4脉冲放大与限幅放大电路由于对脉冲信号不仅要求其脉宽适合，而且还要求其幅度适合，为此我们可以对其幅度进行放大，由于此电路工作在低频，三极管也是要求工作在低频，并且三极管也具有放大作用。所以我们在这里采用的是三极管进行放大限幅。放大限幅原理：当Q61输入端为高电平1时，Q61管导通，此时Q62管的输入端则变为低电平而不能导通，从而经R63对+12V分压后可得输出电压为3V—4V左右。当Q61输入端为低电平0时，Q61管截止，此时Q62管的输入端则变为高电平而能导通，从而经+12V的电压全部通到接地端，于是将得到约-9V的输出电压。原理图如2.4.1所示。6图2.4.1脉冲放大与限幅电路2.5取样门电路取样门电路其实就是个乘法电路，就是将语音信号与抽样脉冲进行相乘，得到调制信号。7原理图如下：图2.5.1取样门电路图8第3章系统仿真及对比仿真软件的仿真能够检验所设计的系统是否能达到预计的调制目的。能够检验你所设计的方案的可行性。本次仿真我采用的是systenview仿真软件。仿真图如下3.3.1所示。图3.3.1系统仿真图我们采用高斯信号作为语音信号。语音信号频率设为300HZ-3400HZ,语音信号波形图如下。9产生的方波信号如下，我们采用的是8KHZ的载波。语音信号与载波信号经调制形成的PAM信号如下图。10调制信号经低通滤波器还原的语音信号如下图。以上是采用载波信号满足乃奎斯特抽样定理的8KHz的脉冲信号，经过对比调制后再经过解调未出现波形失真现象。仍然是原语音信号，采用的是高斯噪声，如下图所示：：11产生的方波信号，将其改为2KHz的载波信号，如下图所示：则经过调制后的语音信号，如下图所示：而当还原解调后发现图像已经完全失真，如下图所示：从而抽样定理得到了验证12第4章总结与体会4.1总结与体会为期两周的通信原理课程设计结束了，回想这两周以来我的收获是什么，我觉得在这两周的时间里，我还是学到了不少东西，我们这两周做的课设题目是PAM调制，就是脉冲幅度调制，这个课设主要是验证抽样定理。刚开始我觉得无从下手，后来，经过熊老师对这个课设原理的细心讲解，终于弄懂了PAM的原理也知道了该怎么做，经过熊老师的提示以及我通过对以前数电的复习我了解了施密特触发器的应用，也了解了方波电路的产生原理，以及用D触发器进行二分频。为了将语音信号进行调制，并且可以尽可能无失真的还原出语音信号。我们需对产生的方波信号进行脉宽和幅度的调整。使脉冲信号尽可能的满足抽样要求从而无失真的还原出语音信号。在此次课设中我也学会了一个新的仿真软件systemview。知道怎样运用它对原理图进行仿真。在仿真过程中我分别用了满足抽样定理的8KHZ对语音信号进行抽样，还原出的信号基本上没失真，再用个不满足抽样定理的3KHZ抽样信号对语音信号进行抽样，还原的信号已完全失真，从而验证了抽样定理。总的说来，通过这两周的课程设计，我也更加的充实了自己，学到了很多，因为设计毕竟是理论联系实际的过程，在这次课设中，我深刻的体会到要勤于动脑，勤于查找资料，认认真真的对所接收到的信息进行分析的重要性，所以在以后的学习和工作中，我一定会记住今天我所收获的。13第5章附录与参考文献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、Systemview仿真指导书4、Proteus软件仿真设设计指导14第6章整机原理图15电气信息学院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