CN203659297U - 一种教学用通信原理实验箱装置 - Google Patents

Abstract

一种教学用通信原理实验箱装置，包括发送部分和接收部分，发送部分和接收部分间通过外接屏蔽线连接，所述发送部分中包括FPGA和基带信号发生模块、基带传输码模块、数字调制模块、语音PCM编码输入模块、选择开关模块、信息输入及显示模块和程序存储模块，FPGA与基带信号发生模块、基带传输码模块、语音PCM编码输入模块、信息输入及显示模块和程序存储模块分别连接，FPGA和基带信号发生模块分别接入开关模块，开关模块连接数字调制模块；所述接收部分包括FPGA，FPGA外接有基带传输码解码模块、数字解调模块、PCM解码输出模块、载波提取模块、信息显示模块以及程序存储模块。本实用新型结构精简，操作简便，成本低廉。

Description

一种教学用通信原理实验箱装置

技术领域

本实用新型涉及电子及通信领域，具体涉及一种教学用通信原理实验箱装置。 

背景技术

电子信息专业是工程实践性很强的专业，各学校在制定教学计划时都非常重视理论教学和实践教学的合理配置问题。为了让学生更能适应现代通信技术的发展，更好地学习好通信原理这门重要的学科，有一套比较合理的通信原理实验***是至关重要的。目前全国各大高校的通信原理实验***基本采用相同的体系结构，即传统的***模拟器件对信号进行处理得到相应的信号，并且大都只实现基本的验证功能。实践教学活动的灵活性、创新性和工程应用性得不到很好的加强，这对于进一步提高学生的学习能力和创新能力无疑是很不利的。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种教学用通信原理实验箱装置。 

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种教学用通信原理实验箱装置，包括发送部分100和接收部分200，发送部分100和接收部分200之间通过外接屏蔽线连接， 

所述发送部分100包括第一FPGA101和基带信号发生模块102、基带传输码模块103、数字调制模块105、语音PCM编码输入模块106、选择开关模块104、信息输入及显示模块107和第一程序存储模块108，第一FPGA101与基带信号发生模块102、基带传输码模块103、语音PCM编码输入模块106、信息输入及显示模块107和第一程序存储模块108分别连接，第一FPGA101和基带信号发生模块102分别接入开关模块104，开关模块104连接数字调制模块105； 

所述接收部分200包括第二FPGA201，第二FPGA201外接有基带传输码解码模块202、数字解调模块203、PCM解码输出模块204、载波提取模块205、信息显示模块206以及第二程序存储模块207。 

而且，所述发送部分100中，基带信号发生模块102包括两片模拟开关芯片CD4052BC，基带传输码模块103包括两片模拟开关芯片CD4051BC；数字调制模块105包括两个数字转换模拟电路、两个反相电路和模拟开关CD4053BC，第一FPGA101分别连接两个数字转换模 拟电路，两个数字转换模拟电路的输出各接入一个反相电路，第一FPGA101、两个数字转换模拟电路的输出和两个反相电路的输出接入模拟开关；语音PCM编码输入模块106包括放大滤波电路、两个文氏振荡电路、多通道模数转换电路，放大滤波电路和两个文氏振荡电路分别连接多通道模数转换电路，多通道模数转换电路连接第一FPGA101。 

而且，所述接收部分200中，基带传输码解码模块202包括芯片DS75107，数字解调模块203包括芯片ADS803，PCM解码输出模块204包括多通道数模转换芯片和后级放大及滤波电路，载波提取模块205中包括DAC0800。 

而且，所述第一FPGA101、第二FPGA201采用XILINX V4系列的芯片。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和效果： 

（1）本实用新型提供了一种教学用的通信原理实验箱，采用FPGA配合外部少量硬件电路实现，可全面地支持通信原理中许多功能的验证，集成度高，功能强大，能很好地增强实践教学活动的灵活性、创新性和工程应用性。 

（2）本实用新型设计的教学用的通信原理实验箱提供了一个学生设计实践的平台，以FPGA为核心设计，学生可以自己在FPGA内自行编写简单程序实现各种功能的验证，这对于进一步提高学生的学习能力和创新能力是很有帮助的。 

（3）本实用新型设计人性化，操作简单方便，成本低廉，便于普及。 

附图说明

图1是本实用新型实施例的总原理框图。 

图2是本实用新型实施例中数字调制与数字解调的信号传输示例图。 

图3是本实用新型实施例中PCM编码与解码的信号传输示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的最佳实施方案作进一步的详细的描述。 

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种教学用通信原理实验箱装置，包括发送部分100和接收部分200，两者之间通过外接屏蔽线传送信号来模拟通信***。 

发送部分100包括第一FPGA101和基带信号发生模块102、基带传输码模块103、数字调制模块105、语音PCM编码输入模块106、选择开关模块104、信息输入及显示模块107和第一程序存储模块108。以XILINX V4的第一FPGA101为核心外接基带信号发生模块102、基带传输码模块103、语音PCM编码输入模块106、信息输入及显示模块107和第一程序存储模块108，第一FPGA101和基带信号发生模块102分别接入开关模块104，开关模块104 连接数字调制模块105。 

具体实施时，可采用现有技术中已有芯片电路实现各模块。实施例中，基带信号发生模块102包括两片模拟开关芯片CD4052BC，基带传输码模块103包括两片模拟开关芯片CD4051BC；数字调制模块105包括数字/模拟转换电路DAC1、DAC2、两个反相电路和模拟开关CD4053BC，第一FPGA101分别连接DAC1、DAC2，DAC1、DAC2的输出分别接入一个反相电路，第一FPGA101、DAC1和DAC2的输出和两个反相电路的输出接入模拟开关；PCM编码输入模块包括放大滤波电路、两个文氏振荡电路、多通道AD，放大滤波电路和两个文氏振荡电路分别连接多通道AD，多通道AD连接第一FPGA101。多通道AD即多通道模数转换电路。 

为便于实施参考起见，提供工作方式说明如下： 

发送部分100的信息输入及显示模块107包括24个贴片LED灯和24位开关。24个贴片LED灯可显示外部输入的24位信源信号，其中前8位为同步信号，后16位为输入信息，亮表示1，不亮表示0。通过拨动24位开关实现信源信号每一位的输入，对应有24个发光LED显示该位为1或者为0。每一位开关的上下拨动对应1和0，通过将24位开关拨在不同的位置实现需要传输的二进制数据信号的输入。 

需要传输的二进制数据信号通过信息输入及显示模块107送入到第一FPGA101，然后通过第一FPGA101配合基带信号发生模块102的模拟开关CD4052BC，控制选通或关断模拟开关CD4052BC中各路通道来产生并输出RZ，BRZ，NRZ，BNRZ等数字基带信号生成的基带信号输入选择开关模块104。通过第一FPGA101配合基带传输码模块103的模拟开关CD4051BC，按HDB3，AMI等基带传输常用的码型生成基带传输码，传输到接收部分200。 

语音PCM编码输入模块106进行输入信号采集和调理，然后输入到第一FPGA101进行PCM编码，PCM编码为现有技术。通过第一FPGA101配合PCM编码模块的硬件电路实现语音信号的PCM编码，以及通信原理中的时分复用技术。通过外接麦克风输入语音信号。在附图3中，对输入语音信号进行差分放大后通过3dB点为300Hz及3.4KHz的带通滤波之后，输入多通道AD；并且，利用运放构成两个文氏振荡电路，分别振荡产生频率为1k的正弦信号1，频率为2k的正弦信号2，这两路振荡信号将作为参考信号和语音信号一样输入多通道AD，通过同一信道传输到接收部分200，从而展示时分复用功能。通过多通道AD（实施例采用ADC124S051）转换为数字信号输入到第一FPGA101，在第一FPGA101内部实现PCM编码的结果输入选择开关模块104。 

通过选择开关模块104，选择基带信号发生模块102产生的基带信号或第一FPGA101输出的PCM码输出到数字调制模块105。 

通过第一FPGA101配合数字调制模块105的硬件电路产生ASK，FSK，PSK，DPSK等已调信号中的一种，可由外部用户输入标志位决定调制信号的类型。在附图2中，第一FPGA101配合两路数字/模拟转换电路DAC0800（图中记为DAC1和DAC2）产生频率分别为250KHz和500KHz的正弦信号，并通过运放构成的反相电路对两路正弦信号进行反相，输入模拟开关CD4053BC的调制信号为基带信号发生模块102产生的基带信号或第一FPGA101输出的PCM码时，相应基带信号或PCM码通过模拟开关CD4053选择不同频率或不同相位载波信号的通断来实现数字调制功能。数字调制所得已调信号传输到接收部分200。 

学生可以自己编写第一FPGA101内简单程序配合其他模块实现各种功能的验证，为了便于向学生进行正确示例，可以将现有技术中的已有程序预先固化在第一程序存储模块108里面。实施例的发送部分100的第一程序存储模块108采用XCF32PFSG48C芯片存储***的自带程序，复位即可重新启用自带程序，展示***正常工作状态。 

接收部分200以XILINX V4的第二FPGA201为核心，外接基带传输码解码模块202、数字解调模块203、PCM解码输出模块204、载波提取模块205、信息显示模块206以及第二程序存储模块207。 

具体实施时，可采用现有技术中已有芯片电路实现各模块。实施例中，基带传输码解码模块202包括芯片DS75107，数字解调模块203包括AD芯片ADS803，PCM解码输出模块204包括多通道DA芯片和后级放大及滤波电路，载波提取模块205中包括DAC0800。多通道DA芯片即为多通道数模转换芯片。 

基带传输码解码模块202采用芯片DS75107实现，通过第二FPGA201配合芯片DS75107将传输的HDB3码或AMI码等形式的基带传输码解码成基带信号，并可输出到外接示波器供观察。 

通过第二FPGA201配合数字解调模块203将接收到的已调信号解调并输出，在附图2中，接收到的已调信号经过放大后通过数字解调模块203的AD芯片ADS803采样为数字信号，然后将数字信号送入第二FPGA201解调得到调制信号，调制信号为基带信号或PCM码，基带信号在第二FPGA201内进一步变换为信源信号并输入信息显示模块206，PCM码则在第二FPGA201内进一步解码并将解码得到的数字信号送入PCM解码输出模块204。 

通过第二FPGA201配合PCM解码输出模块204的硬件电路实现语音信号的PCM解码 并完成时分复用功能的验证。如附图3所示，接收到的包含PCM编码信息的已调信号先经过数字解调模块203和第二FPGA201解调得到PCM码，第二FPGA201再对PCM码解码所得数字信号通过PCM解码输出模块204的多通道DA芯片DAC124S085转换为模拟信号，然后接后级放大及滤波电路调理后输出，输出的语音信号可以用耳机收听或者扬声器播放，输出的两路正弦信号1、2可用外接示波器观察。 

通过第二FPGA201配合载波提取模块205，将调制信号(基带信号或PCM码)中的载波信号提取出来，然后送入载波提取模块205中的DAC0800转换为模拟信号。 

接收部分200的信息显示模块206显示第二FPGA201解调最终所得16位信源信号，16位发光LED显示每位为1或者为0。 

同样地，为了便于向学生进行正确示例，可以将现有技术中的已有程序预先固化在第二程序存储模块207里面。接收部分200的第二程序存储模块207通过XCF32PFSG48C这款芯片存储***的自带程序，复位即可重新启用自带程序，展示***正常工作状态。 

本实用新型只提供实验所需的硬件设备，未涉及软件方面的改进。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，便于该技术领域的技术人员能理解和应用本实用新型，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，对本实用新型做出的简单改进都应该在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种教学用通信原理实验箱装置，其特征在于：包括发送部分(100)和接收部分(200)，发送部分(100)和接收部分(200)之间通过外接屏蔽线连接， 

所述发送部分(100)包括第一FPGA(101)和基带信号发生模块(102)、基带传输码模块(103)、数字调制模块(105)、语音PCM编码输入模块(106)、选择开关模块(104)、信息输入及显示模块(107)和第一程序存储模块(108)，第一FPGA(101)与基带信号发生模块(102)、基带传输码模块(103)、语音PCM编码输入模块(106)、信息输入及显示模块(107)和第一程序存储模块(108)分别连接，第一FPGA(101)和基带信号发生模块(102)分别接入开关模块(104)，开关模块(104)连接数字调制模块(105)； 

所述接收部分(200)包括第二FPGA(201)，第二FPGA(201)外接有基带传输码解码模块(202)、数字解调模块(203)、PCM解码输出模块(204)、载波提取模块(205)、信息显示模块(206)以及第二程序存储模块(207)。 

2.根据权利要求1所述教学用通信原理实验箱装置，其特征在于：所述发送部分(100)中，基带信号发生模块(102)包括两片模拟开关芯片CD4052BC，基带传输码模块(103)包括两片模拟开关芯片CD4051BC；数字调制模块(105)包括两个数字转换模拟电路、两个反相电路和模拟开关CD4053BC，第一FPGA(101)分别连接两个数字转换模拟电路，两个数字转换模拟电路的输出各接入一个反相电路，第一FPGA(101)、两个数字转换模拟电路的输出和两个反相电路的输出接入模拟开关；语音PCM编码输入模块(106)包括放大滤波电路、两个文氏振荡电路、多通道模数转换电路，放大滤波电路和两个文氏振荡电路分别连接多通道模数转换电路，多通道模数转换电路连接第一FPGA(101)。 

3.根据权利要求1所述教学用通信原理实验箱装置，其特征在于：所述接收部分(200)中，基带传输码解码模块(202)包括芯片DS75107，数字解调模块(203)包括芯片ADS803，PCM解码输出模块(204)包括多通道数模转换芯片和后级放大及滤波电路，载波提取模块(205)中包括DAC0800。 

4.根据权利要求1或2或3所述教学用通信原理实验箱装置，其特征在于：所述第一FPGA(101)和第二FPGA(201)采用XILINX V4系列的芯片。 

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