【正文】 ， DPCM， ADPCM等。 因此對(duì)模擬信號(hào)數(shù)字化技術(shù)的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。通信系統(tǒng)的信源有兩大類(lèi)：模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)。第四章對(duì) PCM 系統(tǒng) 進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，首先介紹 PCM 原理，接著進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真。 模擬信號(hào)數(shù)字化方面，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了均勻量化與編碼系統(tǒng)、 PCM 編解碼系統(tǒng)、 脈幅調(diào)制系統(tǒng) 。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 摘 要 目前，無(wú)論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。各個(gè)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)以 Multisim軟件為仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)數(shù)字傳輸。第五章對(duì) 脈幅 調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，首先介紹了 PAM 原理，接著進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真。模擬信號(hào)在可靠性，頻帶利用 率等方面存在劣勢(shì)，而數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中可以盡可能的保持信號(hào)不受干擾，故若輸出是模擬信號(hào)，則在數(shù)字通信系統(tǒng)的的信源編碼部分需對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，將模擬輸入信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，以增強(qiáng)信號(hào)的傳輸，達(dá)到理想。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)字化過(guò)程主要包括三個(gè)步驟：抽樣，量化，編碼。 對(duì)于常用模擬信號(hào)數(shù)字化方式 PCM， △ M， DPCM， ADPCM等研究采用的主要仿真工具有： LabVIEW、 Matlab/Simulink、 EWB /Multisim、 SystemView、 ADS、 Protel、QuartusⅡ 等。 第一章闡述了課題背景與研究意義，以及現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外的研究情況。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 2 Multisim 仿真軟件 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化與仿真工具 EWB EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ Electronic Design Automation）的縮寫(xiě)，在 20世紀(jì) 90年代初從電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（ CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（ CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（ CAE）的概念發(fā)展而來(lái)的。 現(xiàn)在對(duì) EDA 的概念或范疇用得很寬。本文所指的 EDA技術(shù)，主要針對(duì)電子電路的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和模擬仿真。 EDA 軟件按主要功能或主要應(yīng)用場(chǎng)合，可分為電路設(shè)計(jì)與仿真工具、 PCB 設(shè)計(jì)軟件、 IC 設(shè)計(jì)軟件、 PLD 設(shè)計(jì)工具及其他 EDA 軟件，后面只對(duì) EDA 在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等各個(gè)方面都發(fā)揮著巨大的作用。 科研方面主要利用電路仿真工具進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真；利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試；將 CPLD/FPGA器件實(shí)際應(yīng)用到儀器設(shè)備中、從事 PCB設(shè)計(jì)和 ASIC設(shè)計(jì)等。另外，EDA 軟件的功能日益強(qiáng)大，原來(lái)功能比較單一的軟件，現(xiàn)在增加了很多新用途。為了與臺(tái)灣和美國(guó)的設(shè)計(jì)工程師形成更有力的競(jìng)爭(zhēng)，中國(guó)的設(shè)計(jì)隊(duì)伍有必要購(gòu)入一些最新的 EDA技術(shù)。而且， EWB 方便的操作方式，直觀的電路圖和仿真分析結(jié)果顯示形式，也非常適合于電子課程的輔助教學(xué)，有利于提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。 EWB 還有自動(dòng)排列連線(xiàn)的功 能，使畫(huà)原理圖更加美觀、快捷。 EWB 還提供了齊全的虛擬儀器，如示波器、信號(hào)發(fā)生器、萬(wàn)用表、波特圖儀、頻譜儀和邏輯分析儀等?？扇我獾卦谙到y(tǒng)中集成數(shù)字及模擬元件，完成原理圖輸入、數(shù)模混合仿真以及波形圖顯示等工作。不但可以完成電路的穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析、時(shí)域分析和頻域分析、器件的線(xiàn)性分析和非線(xiàn)性分析、電路噪聲分析和失真分析等常規(guī)分析，而且還提供了離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析和電路的容差分析等 14 種分析方法。 EWB 常用的版本有 和 版，但隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，該版本已不能滿(mǎn)足新的電子線(xiàn)路的仿真與設(shè)計(jì)需要。 Multisim 仿真軟件 Multisim 屬于應(yīng)用比較廣泛的 EDA 工具軟件。通過(guò)仿真極大地減少了實(shí)驗(yàn)的盲目性，且參數(shù)調(diào)整方便，可直接打印出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測(cè)試曲線(xiàn)和電路原理圖。可以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，也可在相同的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)，更好地?cái)U(kuò)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)效率；學(xué)生也不必局限于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，他們?cè)谌我浑娔X上都可以進(jìn)行后續(xù)的開(kāi)發(fā)和研究；同時(shí)也節(jié)省了大量的實(shí)驗(yàn)資源，還可以避免因?qū)W生操作方面的失誤而導(dǎo)致的設(shè)備損壞或 人員傷害，從一定程 度上節(jié)約了維修儀器和更換器件的費(fèi)用，同時(shí)也是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的充實(shí)和改進(jìn)。 Multisim不僅繼承了 EWB 用戶(hù)界面的友好和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，還大大豐富和加強(qiáng)了 EWB 的各類(lèi)分立器件和集成性，使用 Multisim時(shí)更能產(chǎn)生身臨其境的 感覺(jué)。 Multisim 7還具有 IV分析儀（相當(dāng)于真實(shí)環(huán)境中的晶體管特性圖示儀）和 Agilent信號(hào)發(fā)生器、 Agilent萬(wàn)用表、Agilent示波器和動(dòng)態(tài)邏輯平筆等。還可以上網(wǎng)到該公司網(wǎng)站進(jìn)行仿真元器件庫(kù)升級(jí)。同時(shí)還支持自制元器件，用戶(hù)還可以建立自己的元件庫(kù)，即對(duì)自己研發(fā)的新器件編排。 （ 5）超強(qiáng)的仿真能力 可以分別對(duì)模擬或數(shù)字電路進(jìn)行仿真，也可以將數(shù)字元件和模擬元件連接在一起進(jìn)行仿真分析。啟動(dòng) Multisim 2020 后，它的界面顯示出功能強(qiáng)大的 Windows 統(tǒng)一風(fēng)格的菜單欄?？捎脕?lái)對(duì)電路進(jìn)行注釋和說(shuō)明。元器件庫(kù)欄包含了電路實(shí)驗(yàn)所需的各種元器件。 Multisim 2020軟件的電路 圖輸入方式及元器件、儀器儀表的使用方法： Multisim 2020軟件采用圖形化的電路圖輸入方式，界面友好，操作便捷。 Multisim 2020軟件元器件也可以改變方向，操作時(shí)只需按工具欄的旋轉(zhuǎn)按鈕圖標(biāo)。 Multisim 2020軟件還具有自動(dòng)布線(xiàn)功能，在電路圖上布線(xiàn)非常快捷。它界面形象，采用圖形方式創(chuàng)建電路。加深對(duì)概念、原理的理解。 應(yīng)用 Multisim軟件進(jìn)行仿真教學(xué)的操作簡(jiǎn)單、直觀、方便，易懂，對(duì)某一具體電路仿真步驟如下： 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，在理論教學(xué)過(guò)程中穿插進(jìn)行。如果結(jié)論正確，填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 3 均勻量化和編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 均勻量化和編碼系統(tǒng) 原理 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 數(shù)字化 3步驟 如圖 ： 抽樣 、 量化 和 編碼 圖 數(shù)字化 3 步驟 模擬信 號(hào)的抽樣 低通模擬信號(hào)的抽樣定理 ： 抽樣定理 ：設(shè)一個(gè)連續(xù)模擬信號(hào) m(t)中的最高頻率 fH，則以間隔時(shí)間為 T ? 1/2fH的周期性沖激脈沖對(duì)它抽樣時(shí)， m(t)將被這些抽樣值所完全確定。這些沖激脈沖的強(qiáng)度等于相應(yīng)時(shí)刻上信號(hào)的抽樣值。因此， ms(t)的傅里葉變換 Ms(f)可以寫(xiě)為 （ ） ： （ ） 而 ??(f)是周期性單位沖激脈沖的頻譜，它可以求出等于 （ ） ： （ ） 式中 將上式代入 Ms(f)的卷積 式，得到 （ ）： （ ） 上式中的卷積，可以利用卷積公式 （ ） ： Tfs /1?(a) m(t) (e) ms(t) (c) ?T(t) 0 3T 2T T T 2T 3T )()()( ffMfM s ?????????? ??? n snffTf )(1)( ??????? ??? ?????n ss nfffMTfM )()(1)( ?沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 （ ） 進(jìn)行計(jì)算，得到 （ ）： （ ） 上式表明，由于 M(f nfs)是信號(hào)頻譜 M(f)在頻率軸上平移了 nfs的結(jié)果，所以抽樣信號(hào)的頻譜 Ms(f)是無(wú)數(shù)間隔頻率為 fs的原信號(hào)頻譜 M(f)相疊加而成。這一最低抽樣速率 2fH稱(chēng)為 奈奎斯特速率 。這些沖激響應(yīng)之和就構(gòu)成了原信號(hào)。因此，必須將抽樣值的范圍劃分成 M 個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間用一個(gè)電平表示。 M 個(gè)抽樣值區(qū)間也可以不均勻劃分，稱(chēng)為非均勻量化。量化器的輸入信號(hào)為 m(kT)，輸出信號(hào)為 mq(kT) ，如下圖 ： 圖 量化器原理 在實(shí)際中，量化過(guò)程常是和后續(xù)的編碼過(guò)程結(jié)合在一起完成的，不一定存在獨(dú)立的量化器。 電路設(shè)計(jì) 在自動(dòng)控制與信息處理技術(shù)中往往需要把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換，完成模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱(chēng)為 A / D轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng) ADC。根據(jù) 抽樣 保持電路輸出的電平信號(hào)落在的量化區(qū)段，取該量化區(qū)段的上限值或者下限值的二進(jìn)制數(shù)，來(lái)表示采樣保持電路輸出的電平信號(hào)的近似值，這個(gè)過(guò)程叫量化。 VREF+——參考電壓 “+”端子，要接直流參考源的正端，其大小視用戶(hù)對(duì)量化精度的要求而定。 SOC——為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)端子，只有端子電平從低電平變成高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換才開(kāi)始，轉(zhuǎn)換時(shí)間 1μs，期間 EOC為低電平。量化與編碼是整個(gè) AD轉(zhuǎn)換中的一部分 如圖 。 A/D轉(zhuǎn)換器提供 8路輸出信號(hào)。如圖 ： 圖 HEX_DISPLAY 燈泡顯示 CC 時(shí)序圖如圖 ： 圖 時(shí)序圖 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 分析：從時(shí)序圖可以看出線(xiàn)路 1 1 22依次為 1100，線(xiàn)路 1 1 1 10依次為 1100。 例：在下圖 ，模擬信號(hào)的抽樣值為 ， ， ， ， 。其輸入信號(hào)抽樣脈沖值在 0和 。權(quán)值電流 Iw 是在電路 中預(yù)先產(chǎn)生的。由此表可推知，用于判定 c1值的權(quán)值電流 Iw=，即若抽樣值 Is ，比較器 保持電路 恒流源 記憶電路 Is Iw , ci =1 Is Iw , ci = 0 c1, c2, c3 Is Iw 輸入信號(hào) 抽樣脈沖 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 則比較器輸出 c1 = 0；若 Is ，則比較器輸出 c1 = 1。第二次比較按照此規(guī)則進(jìn)行：若 Is Iw，則 c2 = 0；若 Is Iw，則 c2 = 1。 自然二進(jìn)制碼和折疊二進(jìn)制碼 ： 在上表中給出的是自然二進(jìn)制碼。顯然，對(duì)于自然二進(jìn)制碼，這兩部分之間沒(méi)有什么對(duì)應(yīng)聯(lián)系。 折疊碼的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是誤碼對(duì)于小電壓的影響較小。這表明，折疊碼對(duì)于小信號(hào) 有利。其中第一位 c1表示量化值的極性正負(fù)。所以，這7位碼總共能表示 27 ＝ 128種量化值。再將其等分為 16小段后，每一小段的動(dòng)態(tài)范圍只有 (1/128) ? (1/16) = 1/2048。假若采用均勻量化而仍希望對(duì)于小電壓保持有同樣的動(dòng)態(tài)范圍 1/2048，則需要用 11 位的碼組才行。 電話(huà)信號(hào)的 編碼器原理方框圖 如圖 ： 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 圖 編碼器原理方框圖 上圖給出了用于電話(huà) 信號(hào)編碼的 13 折線(xiàn)折疊碼的量化編碼器原理方框圖。在記憶電路后接一個(gè) 7/11變換電路。 極性判決電路 極性判決電路用來(lái)確定信號(hào)的極性。由 于逐次比較型編碼器編 7位碼 (極性碼除外 )需要在一個(gè)抽樣周期 Ts 以?xún)?nèi)完成 Is 與 Iω的 7次比較，在整個(gè)比較過(guò)程中都應(yīng)保持輸入信號(hào)的幅度不變，因此要求將樣值脈沖展寬并保持。由于在 13折線(xiàn)法中用 7位二進(jìn)制代碼來(lái)代表段落和段內(nèi)碼，所以對(duì)一個(gè)輸入信號(hào)的抽樣值需要進(jìn)行 7 次比較。 7位碼組中的前 6位狀態(tài)均應(yīng)由記憶電路寄存下來(lái)。抽樣和量化 由 Multisim提供的 AD芯片實(shí)現(xiàn)。在接收端，先將一路的數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為 8路的并行數(shù)據(jù)。這里面有兩個(gè)問(wèn)題：一個(gè)是時(shí)鐘的問(wèn)題，八位數(shù)據(jù)變?yōu)橐宦窋?shù)據(jù)，時(shí)鐘的頻率就要提高 8倍。最終就可以得到一路的串行信號(hào)。在 UWB 系統(tǒng)中，考慮到實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和功率有效性，不宜采用多進(jìn)制 PAM(MPAM)。在時(shí)間上離散的脈沖串，同樣可以作為載波，這時(shí)的調(diào)制是用基帶信號(hào)去改變脈沖的某些參數(shù)而達(dá)到的，人們常把這種調(diào)制稱(chēng)為脈沖調(diào)制。但是，實(shí)際上真正的沖激脈沖串是不可能實(shí)現(xiàn)的，而通常只能采用窄脈沖串來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，研究窄脈沖作為脈沖載波的 PAM方式，將更加具有實(shí)際意義。相反的，如果 Digital Output輸出 Vs 低電平，則 integrator 將會(huì)衰減，斜坡下降。信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻 R1 使得正弦信號(hào)幅度 提高， R1 有升幅的作用如圖 圖 正弦信號(hào)經(jīng)過(guò) R1 前后波形 經(jīng)過(guò) R1 之后的正弦信號(hào)與脈幅調(diào)制之后解碼出的一部分 鋸齒 信號(hào) （如圖 ）相加 ，使得原來(lái)的鋸齒信號(hào)在零頻附近震蕩如圖 。如圖 ： 圖 正弦信號(hào)與方波信號(hào) 最后方波信號(hào)經(jīng)過(guò) D觸發(fā)器， D觸發(fā)器有鎖存作用，使得信號(hào)延遲了一個(gè)時(shí)間如圖，經(jīng)過(guò) D觸發(fā)器的信號(hào)就是脈幅調(diào)制。為了適應(yīng)傳輸與存儲(chǔ)，通常用編碼的方法將其變成二進(jìn)制信號(hào)的形式。 本文首先介紹了 Multisim軟件，對(duì)其操作、界面做了詳細(xì)的介紹。對(duì) 于 PAM 系統(tǒng)，做得不是很好， 今后會(huì)加強(qiáng)這方面的聯(lián)系。李老師靈活的指導(dǎo)方式讓我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)