数据通信实验指导书(p)

实验1 计算机串口实验
一、实验目的
1．了解计算机串口通信协议；
2．了解RS232/TTL电平转换的专用芯片MAX232的资料。

二、实验仪器
1．实验平台
2．20M双踪示波器1台
3．信号连接线1根
4．计算机串口线1根
三、实验原理
串口协议是计算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总线Universal Serial Bus或者USB混淆）。

大多数计算机包含两个基于RS232的串口。

串口协议同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。

同时，串口通信协议也可以应用于远程采集设备。

串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。

尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。

它很简单并且能够实现远距离通信。

比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。

典型地，串口用于ASCII码字符的传输。

通信使用3根线完成：（5）地线，（3）发送，（2）接收。

由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。

其他线用于握手，但是不是必须的。

串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。

对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：
（1）波特率：这是一个衡量通信速度的参数。

它表示每秒钟传送的bit的个数。

例如300波特表示每秒钟发送300个bit。

当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。

这意味着串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。

通常电话线的波特率为14400，28800和36600。

波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。

高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是GPIB设备的通信。

（2）数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。

当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。

如何设置取决于你想传送的信息。

比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。

扩展的ASCII码是0～255（8位）。

如果数据使用简单的文本（标准 ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。

每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。

由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。

（3）停止位：用于表示单个包的最后一位。

典型的值为1，1.5和2位。

由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。

因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。

适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时
也越慢。

（4）奇偶校验位：奇偶校验是串口通信中一种简单的检错方式。

有四种检错方式：偶、奇、高和低。

当然没有校验位也是可以的。

对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。

例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。

如果是奇校验，
校验位位1，这样就有3个逻辑高位。

高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。

这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。

另外，电脑的串口是RS232电平的，而单片机等一般设备的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。

下图为MAX232芯片引脚定义和内部结构示意图。

本平台上，串口只是给其它模块提供数字信号源，不做它用。

图5-1 MAX232芯片引脚定义和内部结构示意图
四、实验设置
J01：计算机串口连接口。

引脚定义：（5）地线，（3）发送数据，（2）接收数据。

P01：发送给计算机的数据铆孔（TTL电平），经电平转换后送到J01_3引脚。

P02：计算机发送过来的数据J01_2引脚，经电平转换送到P02铆孔（TTL电平）。

五、实验内容及步骤
1．在关闭系统电源的条件下，将实验平台上接口J01与计算机串口连接。

2．串口连接线：2、3脚交叉，5脚对接。

用万用表检验串口线引脚的连接情况。

3．打开系统电源开关。

4．打开串口调试软件（网上也可以下载），设置正确的串口号，波特率建议为1200.
5．用信号连接线连接P03、P14两铆孔。

6．在串口调试软件的发送窗口键入发送信息，点击“发送”；同时用示波器测试实验平台上的P02铆孔，检验是否有数据下来。

7．用信号连接线连接P01、P02。

8．再次点击“发送”，看串口调试软件的接收窗口，是否能正确接收到发送的数据。

9．实验完毕，先关闭平台电源，在拔下串口连接线。

六、实验报告要求
1．画出实验过程结构示意图，熟悉串口引脚协议和MAX232的结构。

2．有兴趣的同学，可编制串口调试程序。

实验2 模拟信号源实验
一、实验目的
1．了解本模块中函数信号产生芯片的技术参数；
2．了解本模块在后续实验系统中的作用；
3．熟悉本模块产生的几种模拟信号的波形和参数调节方法。

二、实验仪器
1．时钟与基带数据发生模块，位号：G
2．频率计1台
3．20M双踪示波器1台
4．小电话单机1部
三、实验原理
本模块主要功能是产生频率、幅度连续可调的正弦波、三角波、方波等函数信号（非同步函数信号），另外还提供与系统主时钟同源的2KHZ正弦波信号（同步正弦波信号）。

在实验系统中，可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用做PAM、PCM、ADPCM、CVSD（ M）等实验的音频信号源。

本模块位于底板的左边
1.非同步函数信号
它由集成函数发生器XR2206和一些外围电路组成，XR2206芯片的技术资料可到网上搜索得到。

函数信号类型由三档开关K01选择，类型分别为三角波、正弦波、方波等；峰峰值幅度范围0～10V，可由W03调节；频率范围1KH Z～10KHZ，可由W02调节；直流电平可由W01调节。

非同步函数信号源结构示意图，见图2-1。

U02
图2-1 非同步函数信号源结构示意图
2.同步正弦波信号
它由2KHz方波信号源、低通滤波器和输出放大电路三部分组成。

2KHz方波信号由“时钟与基带数据发生模块”分频产生。

U03及周边的阻容网络组成一个截止频率为2KHZ的低通滤波器，用以滤除各次谐波,只输出一个2KHz正弦波，在P04可测试其波形。

用其作为PAM、PCM、ADPCM、CVSD（ M）等模块的音频信号源，其编码数据可在普通模拟示波器上形成稳定的波形，便于实验者观测。

18W01用来改变输出同步正弦波的幅度。

同步信号源结构示意图，见图2-2。

U04
图2-2 同步函数信号源结构示意图
3. 模拟电话输入电路
本模块提供了两路用户模拟电话接口，图2-3是其电路结构示意图。

J02A/ J02B是电话机的水晶头接口，U01是PBL38614专用电话集成电路。

它的工作原理是：当对电话机的送话器讲话时，该话音信号从PBL38614的TR对应的引脚输入，经U01内部二四线转换处理后从T端输出。

T端的模拟电话输出信号经P05/ P07铜铆孔送出，可作为语音信号输出用。

当接收对方的话音时，送入U01芯片R端的输入信号可由P06/P08铜铆孔送入。

此时，在电话听筒中即可听到送入信号的声音。

图2-3 用户电话结构示意图
四、实验设置
K01：非同步函数信号类型选择，正弦波、三角波、方波。

W01：非同步函数信号的直流电平调节，调节范围至少为0～2V，视信号幅度而定，一般调节为0V。

W02：非同步函数信号的频率调节，一般使用频率值范围为1～4KHZ。

W03：非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。

P03：非同步函数信号的输出连接铆孔。

W04: 同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。

P04：同步正弦波信号的输出连接铆孔。

J02A：用户电话A的电话水晶头接口。

P05: 用户电话A语音信号发送输出铆孔。

P06: 用户电话A语音信号接收输入铆孔。

J02B：用户电话B的电话水晶头接口。

P07: 用户电话B语音信号发送输出铆孔。

P08: 用户电话B语音信号接收输入铆孔。

五、实验内容及步骤
1．在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。

注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

2．打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。

若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

3.频率计和示波器监测P03测试点，按上述设置测试非同步函数信号源输出信号波形，记录其波形参数。

4．频率计和示波器监测P04测试点，按上述设置测试同步正弦波信号源输出信号波形，记录其波形参数。

5．电话模块接上电话单机，说话或按住某个数字键不放，用示波器测试其发端波形。

6．用信号连接线连接P03与P06/P08两铆孔，即将函数信号送入电话的接收端，调节信号的频率和幅度，听听筒中发出的声音。

六、实验报告要求
1．记录非同步、同步函数信号的幅度、频率、直流分量等参数，画出测试的波形图。

2．记录电话数字键波形，了解电话拨号的双音多频的有关技术。

实验3 软件无线电技术实验之一（FSK调制解调）
一、实验目的
1. 掌握FSK调制和解调的基本原理；
2. 掌握FSK调制和解调过程和对应的波形；
3．了解采用DSP软件编程完成FSK调制和解调的过程。

二、实验仪器
1．时钟与基带数据发生模块，位号：G
2．调制模块，位号A
3．解调模块，位号C
4．20M双踪示波器1台
5．信号连接线1根
三、实验原理
软件无线电最初起源于军事研究。

1992年5月，MILTRE公司的Joe Mitola在美国国家远程系统会议上首次作为军事技术提出了软件无线电（Software Radio，简称为SWR）的概念，希望用这种新技术来解决三军无线电台多工作频段、多工作方式的互通问题。

作为一种新兴的技术，软件无线电的基本概念就是在一个通用硬件平台上，通过软件加载的方式用软件来实现所有无线电系统的通信功能。

软件无线电的基本思想就是将宽带模数变换器(A/D)及数模变换器(D/A)尽可能地靠近射频天线，建立一个具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、开放的硬件平台，在这个硬件平台上尽量利用软件技术来实现电台的各种功能模块。

本实验平台上用导线代替了软件无线电系统中的射频天线部分，简化了传输系统。

数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。

由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。

数字调频又可称作移频键控FSK，它是利用载频频率变化来传递数字信息。

数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种情形。

若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，只是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。

FSK 的已调信号可以表示为：
t nT t g a
t nT t g a
t f n
n
n
∑∑-+
-=
21cos )(cos )()(ωω
a n 为基带数据信号，取值为0和＋1，g(t)为持续时间为T 的矩形脉冲。

FSK 的信号产生可以采用基带信号控制两个载波输出来实现。

产生的方法如图14-1所示。

图14-1 FSK 信号的产生原理框图
FSK 信号的解调可以采用相干解调，解调器的框图如图14-2所示。

2图14-2 FSK 解调原理框图
FSK 信号的调制和解调的波形如图14-3所示。

图14-3
FSK 信号的调制和解调的波形
本实验中，利用
TMS320C5402的DSP 作为CPU ，根据上述的原理框图通过软来完成软件完成FSK 的数字调制和解调。

由发送方DSP 产生要发送的基带数据，以及载波1和载波2，并完成的基带数据之间进行FSK 调制，通过DSP 的MCBSP1串口发送，再通过D/A 转换后，通过信号传输。

接收方通过A/D 变换，将数据交给接收方DSP 的MCBSP1口，接收方DSP 产生载波1和载波2，做相干解调，恢复出原始基带数据信息。

四、实验内容
1．基本试验
（1） 设置软件无线电调制、解调模块40SW01、57SW01的拨动开关，将拨动开关1～4都设置为”0001”（向上拨为“0”，向下拨为“1”）。

（2） 按下解码模块的复位开关（黑色按钮），使接收方做好准备，启动接收程序。

载波1
载波2 数字基带
已调信号 解调后信号 1调制信号
0调制信号
（3）按下调制模块的复位开关（黑色按钮），启动发送程序。

（4）在编码模块的测试点“40TP03”观测数字基带信号的波形。

（5）在编码模块的测试点“40P03”观测基带信号经FSK调制后的波形。

（6）信号连接线连接40P03、57P01两铆孔。

（7）在解码模块的测试点“57TP04”观测解调后的数据波形，并与基带信号进行比较。

2. 学生二次开发试验
根据模块上提供的仿真器JTAG接口和CCS仿真软件，自主设计一个DSP软件程序，通过DSP的MCBSP串口、A/D、D/A电路，来完成一个FSK的调制、传输和解调实验。

并根据上述各测试点，测试各点波形。

（1）DSP仿真器和模块JTAG接口相连。

（2）启动CCS。

（3）软件配置DSP的工作频率。

（4）配置DSP的MCBSP端口。

（5）由DSP产生基带数据、载频1和载频2。

（6）在发送模块算法完成基带信号的FSK调制，将已调数据通过MCBSP1的DX传送给D/A转换芯片，由运放放大输出。

（7）已调信号通过接收模块的A/D转换，从DSP的MCBSP1的DR接收数据，并设计FSK解调算法完成解调，并通过MCBSP0的DX输出解调后的数据。

（8）从CCS中观测数据，同时通过示波器来观测测试点的波形。

五、实验报告及要求
1. 简述FSK调制解调的工作原理及工作过程。

2. 画出调制器各测量点的工作波形，并给以必要的说明。

实验4 通信信道误码测试实验
一、实验目的
1．熟悉误码测试仪的使用方法；
2．熟悉误码测试的电路和方法；
3. 分析产生误码的原因及减少误码的方法。

二、实验仪器
1．时钟与基带数据发生模块，序号：G
2．PSK调制模块，位号A
3．PSK解调模块，位号C
4．20M双踪示波器1台
5．误码测试仪1台（选配）
三、实验工作原理
接，若延时较大则需将“收时钟”接在信道接收端的时钟提取上）；
2．“时钟”的选择（可选择外时钟作为误码仪发端编制数字信号的时钟；也可选择误码仪的内时钟，这当然要依照待测信道可传数字信号的频率范围）；
3．调整好待测信道（FSK、PSK）的电路；
4．误码仪的“发数据”加到实验平台调制模块部分的基带信号测试点（注意其对应送信号开关需拔掉），然后模块的解调输出引脚接误码仪的“收数据”，送入误码仪。

5．误码仪将接收数据与发送数据比较并计算即可测出误码率。

四、实验内容
通信原理平台FSK、PSK信道的误码率测试。

（具体操作方法见我公司的误码仪实验指导书）。

五、实验步骤
1．打开实验箱右测电源开关，电源指示灯亮。

2．选择待测试的信道，在关电的情况下插上对应的模块板子。

3．调整好待测通信信道模块电路，使其工作状态最佳。

4．按照上述误码仪接线测试说明，接好误码仪。

5. 设置好误码仪参数。

6. 按误码仪测试按钮，误码仪将接收数据与发送数据比较并计算即可测出误码率。

7.实验完成后，关闭电源开关，按照带课老师要求放置好实验模块。

六、实验报告要求
1．叙述误码仪的使用方法。

2．画出测试FSK、PSK信道误码率的方框图，记录误码率的测试值。

3. 同样方法测试平台上构建的其他数字信号传输信道。