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1、 基于Matlab的电子线路的设计与仿真第一章 绪 论11 研究背景自有人类以来，就离不开信息的传递。通信是人与人或人与自然这三者之间通过某种方式及媒介进行的信息交流，在古代，人们通过烽火传递军情预警、通过驿站间快马接力传递文件战报，通过信鸽传递文件等等，其信息的传递方式虽然各有不同，但都是古代人们实现通信的手段。随着近代工业、商业等产业的发展，原始的通信手段不能满足日益增长的需求，通信手段亟待发展。随着社会分工的细化，以及通信领域各项理论的逐渐揭示，通信渐渐成为一个专业，伴随而来的是通信产业的形成和发展。 第一代：电通信时代，及模拟通信时代。19世纪，随着科学技术的迅猛发展，人们发现了电能以
2、光速沿导线传播。 1837年莫尔斯发明了莫尔斯电码，并制造出电报机；1844年由莫尔斯设计修建的从尔的摩到华盛顿的世界上第一电报线路修建成功并投入运营；1854年，英军第一次在战争中采用了电报，海底电报于1851年开始于多佛和加莱之间，然后发展到一方面用于伦敦和巴黎之间的远距离电报通讯，另一方面则用于协约国 克里米亚战争的瓦诺基地，由此，世界上第一个电报通信网建成；1864年，麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在；1887年赫兹从实验上验证了电磁波的存在，马可尼、波波夫等人用电磁波实现了远距离通信试验，由此，由有线，电报和无线电台等通信方式的模拟通信时代到来。再加上20世纪30年代尤其是50年代
3、后，随着香农信息论，纠错编码理论，调制理论，信号检测理论，信号与噪声理论，信源统计特性理论等通信专业理论的研究与发展，通信专业有了长足的发展，伴随而来的就是通信产业的如雨后春笋一般的出现，有限电报网的铺设，有线网的铺设，无线电台的建设，都需要从通信设备的设计与制造企业到通信网线路的铺设等工程施工企业，还需要为广大公众服务的运营商，一级监督工程公司施工一级通信设备运营状况的监理公司，自此通信产业及其服务日趋完善。模拟信号指幅度的取值是连续的（幅值可由无限个数值表示）。时间上连续的模拟信号连续变化的图像（电视、传真）信号等，时间上离散的模拟信号是一种抽样信号。模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在
4、两个主要缺点。模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。只要收到模拟信号，就容易得到通信容.电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多。第一代移动通信技术（1G）是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝标准，制定于上世纪80年代。Nordic 移动（NMT）就是这样一种标准，应用于Nordic国家、东欧以及俄罗斯。其它还包括美国的高级移动系统（AMPS） ，英国的总访问通信系统 （TACS）以及日本的 JTAGS，西德的C-Netz，法国的 Radiocom 2000 和意大利的 RTMI。模
5、拟蜂窝服务在许多地方正被逐步淘汰 。第二代 ：数字通信时代 随着现代科技的发展，晶体管，半导体集成电路相继问世。1951年英国建立了100个中继站的微波接力通信线路；20世纪60年代，基于脉冲编码调制（PCM）的数字传输体系开始建立；1965年美国ATT公司建立了一个程控本地交换系统；再加上脉码通信，微波通信，卫星通信，光缆通信等通信手段的产生一级计算机的问世并将微机应用在管理控制领域中，自此通信对象从人与人扩展到人与机器，机器与机器之间。20世纪7080 年代，是通信迅猛发展的时期。1960年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了希望，和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，主向性极
6、好以及频率和相位较一致的良好特性，激光是一种相干光，它的特 性和无线电波相似，是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后，氦氖激光器、 二氧化碳激光器先后出现并投入实际应用；1966年分组交换实验网-ARPA网开始建设，并于1971年投入试验运行；1970年美国康宁公司研制成功涂有二氧化硅 的光导纤维材料，并将损耗降低到20db/km；1972年康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4db/km;1973年美国贝尔实验室取得了更大成绩，光损耗降低到2.5db/km，1976年，日本电报公司将光纤损耗降低到0.47 db/km；1979年损耗降低到0.2 db/km，1984年事0.157 db/km；
7、1986年是0.154 db/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。随着非语言容的增加，大容量光纤传输以及数字微波系统的形成，通信自此进入了数字通信时代，数字通信体制相比于模拟通信体制，其抗干扰能力强， 便于计算机处理，高安性加密，很好满足了现代通信自动控制的要求，它是通过自动交换、数字传输体系以及卫星通信等共同作用来实现的综合通信网。1.2 研究的意义科技是第一生产力，而通电技术又是当今世界科技中最先进的生产力。电子技术是现代文明的技术基础，是科学研究和技术开发不可缺少的主要手段，是高技术中的关键技术，同时也是发展最快、对经济和社会生活渗透力量最强、应用潜力最大的一门科学技术。 通电工程是信息
8、社会的主要支柱，是现代高新技术的重要组成部分，是国家国民经济的神经系统和命脉，它集计算机技术、通信技术、信号信息处理、多媒体技术之大成，是高技术群的前导领域和当代新技术革命的核心推动力。它所涉及的围很广，包括电信、广播、电视、雷达、声纳、导航、遥控与遥测、遥感、电子对抗、测量、控制等领域，以及军事和国民经济各部门的各种信息系统。 通信工程与电子科学与技术、计算机科学与技术、控制理论与技术、生物医生工程等学科有着相互交叉、相互渗透的关系，并派生出许多新的边缘学科和研究方向。通电工程专业及其产业也同样迅猛的发展，从 原始的古代通信到第一代模拟通信经历了几千年的漫长历程， 期间的发展更是缓 慢无比，
9、直到近代科学技术革命才为通信的发展提供了理论土壤，自此通信工程 专业及其产业进入了一个飞速发展的阶段，从第一代模拟通信的形成倒被第二代 数字通信所替代期间仅用了百年时间， 而新一轮的通信变革正在如火如荼的进行 中，3g 技术的成熟与 3g 牌照正式下发形成的产业也不过距第二代通信的成熟仅 仅几十年的时间。而 3g 还没有完全进入商业化的普及阶段，下一代的通信技术 的研究已经取得了重大成果。可以预见，在不久的将来我们还在期盼的 3g 服务 将会渐渐过渡到另一个全新的阶段。所有的通信手段都是为了更好实现信息的传递，在不久的将来，物联网、宽 带移动互联网、宽带智能网、无线传感器网络、智能代理和移动代
10、理技术、全光 与智能光网络、主动网络、下一代网络等一大批新的通信产业手段必将为我们的生活带来更大的方面便。然而，人们要求通信系统技术研究和产品开发缩短周期，降低成本，提高水平。这样尖锐对立的两个方面的要求，只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。现代计算机科学技术快速发展，已经研发出了新一代的可视化的仿真软件。这些功能强大的仿真软件，使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。通信系统仿真贯穿着通信系统工程设计的全过程，对通信系统的发展起着举足轻重的作用。通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于我们更好地研究通信系统
11、性能。1.3 研究主要容论文第一章论述了课题研究的背景和意义；论文第三章重点论述了触发器、分频器、移位寄存器、整流电路、超外差式接收机等常见电子线路的基本原理；论文第三章利用MATLAB对上述电子线路进行了仿真与分析；最后，论文进行了总结与展望。第二章 电子线路基本原理2.1 触发器概述：触发器（Flip Flop，简写为FF）是具有记忆功能的单元电路，由门电路构成，专门用来接收存储输出0、1代码。 它有双稳态、 单稳态和无稳态触发器（多谐振荡器）等几种。触发器是数字电路的极其重要的基本单元。触发器有两个稳定状态，在外界信号作用下，可以从一个稳态转变为另一个稳态；无外界信号作用时状态保持不变。
12、因此，触发器可以作为二进制存储单元使用。触发器的逻辑功能可以用真值表、卡诺图、特性方程、状态图和波形图等5种方式来描述。触发器的特性方程是表示其逻辑功能的重要逻辑函数，在分析和设计时序电路时常用来作为判断电路状态转换的依据。触发器的两个特点：它有两个稳定状态，“0”和“1”。在输入信号作用下，两个稳态可相互转换。按功能分：RS、 JK、D、T和T型触发器。按结构分：基本、 同步、主从、维持阻塞和边沿型触发器。按触发方式分：上升沿、下降沿触发器和高电平、低电平触发器。图 2-1 触发器的功能描述触发器功能分析：触发器有两个稳定状态。Qn为触发器的原状态（现态），即触发信号输入前的状态； Qn+1
13、为触发器的新状态（次态），即触发信号输入后的状态。 其功能可采用状态表、特征方程式、逻辑符号图以及状态转换图、波形图或称时序图来描述。各种不同逻辑功能的触发器的特性方程为： RS触发器：Qn+1=S+RQn（其约束条件为：RS0） JK触发器： Qn+1=JQn+KQnD触发器： Qn+1=DT触发器： Qn+1=TQn+TQnT触发器： Qn+1=Qn2.2 分频器 定义：分频器是指将不同频段的声音信号区分开来，分别给于放大，然后送到相应频段的扬声器中再进行重放。在高质量声音重放时，需要进行电子分频处理。 从电路结构来看，分频器本质上是由电容器和电感线圈构成的LC滤波网络，高音通道是高通滤波
14、器，它只让高频信号通过而阻此低频信号；低音通道正好想反，它只让低音通过而阻此高频信号；中音通道则是一个带通滤波器，除了一低一高两个分频点之间的频率可以通过，高频成份和低频成份分频器原理都将被阻止。在实际的分频器中，有时为了平衡高、低音单元之间的灵敏度差异，还要加入衰减电阻；另外，有些分频器中还加入了由电阻、电容构成的阻抗补偿网络，其目的是使音箱的阻抗曲线心理平坦一些，以便于功放驱动。由于现在的音箱几乎都采用多单元分频段重放的设计方式，所以必须有一种装置，能够将功放送来的全频带音乐信号按需要划分为高音、低音输出或者高音、中音、低音输出，才能跟相应的喇叭单元连接，分频器就是这样的装置。如果把全频带
15、信号不加分配地直接送入高、中、低音单元中去，在单元频响围之外的那部分 “多余信号”会对正常频带的信号还原产生不利影响，甚至可能使高音、中音单元损坏。2.3 移位寄存器 移位寄存器不仅能够寄存数码，而且具有移位功能。移位是数字系统和计算机技术中非常重要的一个功能。如二进制数0101乘以2的运算，可以通过将0101左移一位实现；而除以2的运算则可通过右移一位实现。 移位寄存器的种类很多，有左移寄存器、右移寄存器、双向移位寄存器和循环移位寄存器等。 图2-1所示是由四个触发器组成的四位左移寄存器。数码从第一个触发器的端串行输入，使用前先用将各触发器清零。现将数码 1101从高位到低位依次送到端。 图2-2由触发器组成的四位左移寄存器CPQ0Q1Q2Q31000D3200D3D230D3D2D14D3D2D1D0表2-1四位左移寄存器状态表 第一个CP过后=d3=1，其他触发器输出状态仍为0，即 =000，d3= 0001。第二个CP过后， =d2=1， =d3=1，而 = =0。经过四个CP脉冲后，=d3d2d1d0=1101，存数结束。各输出端状态如表2-1所示。如果继续送四个移位脉冲，就可以使寄存的这四位数码1101逐位从端输出，这种取数方式为串行输出方式。直接从 取数为并行输出方式。2.4 整流电路电力网供给用户的是交流电，而各种无线电装置需要用直流
