[发明专利]音频信号数字化光纤传输通信实验仪

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种物理实验仪器，尤其涉及一种进行音频信号数字光纤传输的实验仪器。

 

背景技术

   “音频信号的光纤传输”实验是近十年来，在国内理工科大学开设的基础性实验课目之一。工作原理是利用音频电压信号控制发射端的发光二极管工作电流大小，使之改变发光二极管发出光的强弱，再把这个受控的光信号通过光导纤维进行信号传输。在接收端利用另一种工作方式的电光二极管，把光纤传输过来的光信号转换为电流信号，再进行电流与电压转换的技术处理，恢复原先的音频电压信号。整个体系的工作原理与技术处理都是以模拟电子技术为基础，进行模拟信号的传输处理，核心技术问题是解决音频电压信号的幅值与光强弱的线性关系，保证信息真实有效长距离的信号传输。但是，不管采用怎样的技术方法，模拟体系中的抗干扰能力弱、易失真、动态范围小和保密性差等一系列问题，在基础理论上是无法回避，在应用技术处理上是无法解决的。

随着科学技术的不断发展，特别是在信息化快速发展的现阶段，以数字技术为核心的数字体系，正在广泛地普及与应用，其关键是彻底解决了模拟体系存在一系列的问题，使得保密性强、易存储、标准化、通用化、模块化等现代电子技术特征得以实现。因此，有必要研制基于数字光纤传输技术的专用通信实验仪。

 

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种可以进行模拟音频信号产生、音频信号数字技术处理、数字信号光纤传输，并可模拟音频信号还原等一系列过程的通信实验仪，该实验仪可用于数字信号通信基本原理的基础性实验教学，也可用于基础学科普及性实验教学。

技术方案                                                      

为了解决上述的技术问题，本发明的音频信号数字化光纤传输通信实验仪，包括信号转换与发射装置、信号转换与接收装置，所述的信号转换与发射装置和信号转换与接收装置之间通过光纤连接，所述的信号转换与发射装置包括音频信号输入模块、滤波放大模块、A/D转换模块、第一FPGA控制模块、并/串转换模块、电/光转换模块、液晶显示屏与面板控制电路；信号转换与接收装置包括光/电转换模块、串/并转换模块、第二FPGA控制模块、D/A转换模块、滤波模块、功率放大模块和音频信号输出模块；其中，外界的声音信号通过音频信号输入模块、输入滤波放大模块，再依次经过A/D转换模块、第一FPGA控制模块、并/串转换模块、电/光转换模块转换为数字光信号，所述的数字光信号通过光纤输入信号转换与接收装置中的光/电转换模块，经光/电转换模块处理得到的数字电信号再依次经过串/并转换模块、第二FPGA控制模块、D/A转换模块、滤波模块、功率放大模块并通过输出模块输出音频信号。

更进一步地，所述的信号转换与发射装置还包括内置的信号发生器和音乐存储器，所述的信号发生器和音乐存储器分别与音频信号输入模块连接。这样，本发明的音频信号数字化光纤传输通信实验仪音频信号既可以由外部接入，也可以由仪器本身内置的信号源发生，为用户提供了多种选择。

更进一步地，所述的信号转换与发射装置还包括信号测量模块，所述的信号测量模块检测音频信号并显示信号参数。本发明的实验仪在工作过程中，不仅进行实时信号传输，而且可以通过该测量模块实时进行信号测量，并通过一个液晶屏显示相关结果：（1）传输信号类型；（2）信号变化一个周期的采样点数；（3）采样点之间的最小相隔时间值；（4）每个采样点的数字量值；（5）每个采样点的二进制数码输出的时序波形，可通过外接的示波器进行测试和显示，直接观测每个采样点的二进制数字码的时序波形，观测数字信号的波形组合形态，使得抽象的数字信号形象化直观化，测试得到模拟量值与数字量值的对比关系。

更进一步地，实验仪内还设置有为各模块提供工作电压的直流电源。

本发明的音频信号数字化光纤传输通信实验仪中，其主体结构可以视为由信号发射装置、信号接收装置和传输光缆三部组成，信号传输通道由信号转换与发生装置、信号转换与接收装置中的放大器、滤波器、模数转换器、数模转换器、并/串转换器、串/并转换器、可编程逻辑器件FPGA芯片及芯片的读写接口、光电转换器、电光转换器、传输光缆等构成；除此之外，其还设有各种信号的输入输出测试端口、各项控制的接口电路、显示接口电路、多种触摸按键与液晶显示屏等，以便于操作者的操作和对实验仪的控制。