二、实验内容

1、双路模拟信号分别PCM编码、再时分复用，观测时分复用信号。 2、对时分复用信号进行时分解复用，再分别PCM译码还原。

三、实验仪器

1、信号源模块 一块 2、模拟信号数字化模块 两块 3、复用模块 一块 4、终端模块 一块 5、20M双踪示波器 一

台

6、带话筒立体声耳机 两副

四、实验原理

1、时分复用的基本概念

复用的目的是为了扩大通信链路的容量，实现多路通信。时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）就是其中一种重要的复用方法，它比频分复用的应用更为广泛。

时分复用是建立在抽样定理基础上的，因为抽样定理使连续的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。利用这些空隙便可以传输其他信号的抽样值，因此，就可能用一条信道同时传送若干个基带信号,并且每一个抽样值占用的时间越短，能够传输的路数也就越多。而这种时间复用信号在接收端只要在时间上恰当地进行分离，各个信号就能分别得到恢复。这就是时分复用的概念。

时分复用通信系统有两个突出的优点，一是多路信号的汇合与分路都是数字电路，简单、可靠；二是时分复用通信系统对非线性失真的要求比较低。

时分复用系统对信道中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟同步问题提出了较高的要求。所谓同步是指接收端能正确地从数据流中识别各路序号。为此，必须在每帧内加上标志信号（即帧同步信号）。它可以是一组特定的码组，也可以是特定宽度的脉冲。在实际通信系统中还必须传递信令以建立通信连接，如传送电话通信中的占线、摘机与挂机信号以及振铃信号等信令。上述所有信号都是时间分割，按某种固定方式排列起来，称为帧结构。

采用时分复用的数字通信系统，在国际上已逐步建立其标准。原则上是把一定路数电话语音复合成一个标准数据流（称为基群），然后再把基群数据流采用同步或准同步数字复接技术，汇合成更高速的数据信号，复接后的序列中按传输速率不同，分别成为一次群、二次群、三次群、四次群等等。

2、时分复用原理框图

时分复用原理框图如下图11-1所示。

第三路复用数据码型拨码设置数据2位同步移位寄存器锁存器锁存器数据选择器数据选择器数据1移位寄存器数据选择器数据选择器程序内置帧头“01110010”帧同步复用NRZ复用BS复用FS 图11-1 时分复用原理框图

两路PCM编码连同位同步BS、帧同步FS一起，送入复用模块时分复用输入对应插孔，PCM编码的码速率是64K，位同步BS的频率是64K，帧同步FS的频率是8K。

在时分复用过程中，工作时钟为2048K，先由两个移位寄存器对数据1和数据2串/并转换为8位并行数据输出。然后数据选择器在帧同步信号FS的控制下，按照复用BS的位同步，轮流选通帧头、数据1、数据2、数据3，组成复用NRZ数据串行输出。

时分复用输出的位同步信号频率设定为输入位时钟64K的四倍，即256K。 时分复用输出一帧32位，故帧同步信号的频率为位同步信号的1/32，即8K。 时分复用输出信号的结构见下图11-2所示。

帧头数据1第1帧数据2第1帧拨码8位数据8位数据8位数据8位数据帧头数据1第2帧数据2第2帧拨码8位数据8位数据8位数据8位数据01110010数据1数据2拨码设置01110010数据1数据3数据2拨码设置数据3

图11-2 时分复用输出信号的结构

3、时分解复用原理框图

时分解复用原理框图如下图11-3所示。

复用帧同步移位寄存器复用位同步移位寄存器帧同步锁存器锁存器锁存器4分频图11-3 时分解复用原理框图

数据选择器数据选择器数据1数据2复用数据移位寄存器数据选择器数据3位同步 复用数据连同对应的位同步BS、帧同步FS一起，送入复用模块时分解复用输入对应插孔，复用数据的码速率是256K，位同步BS的频率是256K，帧同步FS是8K。

在时分解复用过程中，工作时钟仍为2048K，先由三个移位寄存器对复用数据串/并转换为24位并行数据输出，原复用数据中的帧头自动丢弃。然后数据选择器在帧同步信号FS的控制下，按照解复用输出的位同步信号，恢复原数据1、数据2、数据3，按照解复用输出的帧同步信号，每帧8位串行输出。

时分解复用输出的位同步信号频率恢复为原复用输入的位时钟64K。 时分解复用输出的帧同步信号频率恢复为原复用输入的帧时钟8K。 解复用输出的数据连同解复用输出的位同步、帧同步一起，再送入模拟信号数字化模块中，PCM译码还原即可。

五、实验步骤

1、将信号源模块、两块模拟信号数字化模块、复用模块、终端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，再分别按下五个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，五个模块均开始工作。（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、时分复用

（1）这里以信号源模块提供“1K正弦基波”和“2K正弦基波”为例，将“2K正弦基

波”的幅度调节至3V左右。 （2）实验连线如下：

信号源模块 模拟信号数字化模块一 2048K—————————2048K－IN 64K——————————CLK－IN 8K——————————FRAM－IN 2K正弦基波—————— S－IN

信号源模块 模拟信号数字化模块二 2048K—————————2048K－IN 64K——————————CLK－IN 8K——————————FRAM－IN 1K正弦基波—————— S－IN

信号源模块 复用模块 2048K—————————2048K

64K——————————位同步（时分复用输入） 8K——————————帧同步（时分复用输入）

模拟信号数字化模块一 复用模块

PCM－OUT——————— 数据1（时分复用输入）

模拟信号数字化模块二 复用模块

PCM－OUT——————— 数据2（时分复用输入）

（3）复用模块“第三路复用数据码型拨码设置”拨码开关SW01任意设置。 （4）示波器观测两块模拟信号数字化模块PCM编码。

（5）以时分复用输出“帧同步”信号为内触发源，示波器双踪观测时分复用输出“帧

同步”、“数据”测试点，验证“数据”是否符合时分复用输出信号的结构。 此时，时分复用输出“位同步”为256K方波信号。

（6）改变信号源模块“2K正弦基波”的幅度，改变复用模块“第三路复用数据码型拨

码设置”拨码开关SW01设置，重复上述实验步骤。 4、时分解复用

（1）以上模块设置和连线均不变，增加连线如下：

复用模块内连线

数据（时分复用输出）———数据（时分解复用输入） 位同步（时分复用输出）——位同步（时分解复用输入） 帧同步（时分复用输出）——帧同步（时分解复用输入）

复用模块 模拟信号数字化模块二 数据1（时分解复用输出）——— JPCM－IN 位同步（时分解复用输出）———JCLK－IN 帧同步（时分解复用输出）———JFRAM－IN

复用模块 模拟信号数字化模块一 数据2（时分解复用输出）——— JPCM－IN 位同步（时分解复用输出）———JCLK－IN 帧同步（时分解复用输出）———JFRAM－IN

（2）以时分解复用输出“帧同步”信号为内触发源，示波器双踪观测时分解复用输出

“帧同步”、“数据3”测试点，“数据3”码型应与“第三路复用数据码型拨码设置”拨码开关码型设置一致。

若“帧同步”信号对应的不是“数据3”的第一位拨码，尝试按“复位”键。 （3）示波器对比观测复用模块时分复用输入“数据1”、“数据2”及时分解复用输出“数

据1”、“数据2”测试点，对应的两者码型应一致。

（4）示波器双踪观测模拟信号数字化模块一“S-IN”与模拟信号数字化模块二

“JPCM-OUT”测试点，对比“2K正弦基波”还原的效果。

（5）示波器双踪观测模拟信号数字化模块二“S-IN”与模拟信号数字化模块一

“JPCM-OUT”测试点，对比“1K正弦基波”还原的效果。 5、双路模拟语音信号的时分复用

将两副带话筒立体声耳机分别插入信号源模块、终端模块对应的音频插座中。原信号源模块“2K正弦基波”、“1K正弦基波”改为由信号源模块模拟语音信源和终端模块模拟终端提供的模拟信号，即“T-OUT”输出话音信号。双路语音信号经PCM编码、时分复用、时分解复用并交换、PCM译码后，还原的模拟语音分别送入信号源模块模拟语音信源和终端模块模拟终端“R-IN”测试点，双方耳机接收对方话筒语音信号，完成双路模拟语音信号时分复用的整个过程。

六、课后扩展题

回顾《数字电子技术基础》等教材中各种逻辑门电路的功能说明。 参照实验原理中时分复用原理框图和时分解复用原理框图，有兴趣的同学可尝试搭建硬件电路，自主开发，实现一个简易的两路数字信号时分复用和解复用过程。

或在实验箱配套的CPLD二次开发模块硬件平台上，编写软件程序，实现一个简易的两路数字信号时分复用和解复用加组帧、拆帧的过程。

实验十二 码型变换实验

一、实验目的

1、掌握BPH、CMI、AMI、HDB3四种典型传输码型的编码规则。

二、实验内容

1、BPH码变换与反变换。 2、CMI码变换与反变换。 3、AMI码变换与反变换。 4、HDB3码变换与反变换。

三、实验仪器

1、信号源模块 一块 2、码型变换模块 一块 3、 20M双踪示波器 一台

四、实验原理

1、BPH码

BPH码的全称是数字双相码，又称曼彻斯特码。它是对每个二进制代码分别用两个具有两个不同相位的二进制新码去取代的码，或者可以理解为用一个周期的正负对称方波表示“1”码，用该方波的反相来表示“0”码。即，

0——>01 1——>10