uml实验指导

uml实验指导（通用4篇）

uml实验指导 篇1

第一部分 课程与实验综述

一．课程简介及实践要求：

《UML与面向对象分析与设计》是以介绍面向对象的统一建模语言UML为主,使学生了解面向对象技术的基本概念,掌握面向对象的分析和设计方法,以及与面向对象技术相关的一些软件开发技术,同时掌握在Rational Rose环境下用UML进行分析和设计的技术。本课程在教学内容方面着重基本理论、基本知识和基本方法，在培养实践能力方面着重设计构思和设计技能的基本训练，熟练的上机操作能力和基本系统分析能力。

实验实践训练是UML与Rose建模教学的重要技能环节。通过实验，使学生加深理解、验证、巩固课堂教学内容，特别是通过设计和综合实验，发挥学生的想象力和创新能力。二．课程实验目的要求：

通过UML的实验,学生应该: 1．学会用面向对象的思想去简单地分析和设计相关系统;2．学会用Rose建模工具进行软件建模。三．课程实验参考资料

1.(美)Joseph Schmuller著.UML基础、案例与应用.人民邮电出版社,2004 2.(美)Hans-Erik Eriksson.UML 2工具箱.电子工业出版社,2004 3.吴际,金茂忠.UML面向对象分析.北京航空航天大学出版社,2002 4.赵从军.UML设计及应用.机械工业出版社,2004 5.Grady Booch,James Rumbaugh,Ivar Jacobson.UML用户指南.机械工业出版社,2001 6.吴建,郑潮,汪杰.UML基础与Rose建模案例.人民邮电出版社,2004 第二部分 实验实践指导

实验一

用例图

一、实验目的

1.学会分析系统中的参与者和用例 2.掌握用例图的绘制方法

二、实验器材

1.计算机一台；

2.Rational Rose 工具软件；

三、实验内容

画出ATM系统的用例图

四、实验步骤

1.分析 ATM自动取款机：客户可以取钱，存钱，查询余额，转帐，修改密码。通过分析可找出如下几个参与者： 1．ATM 2．客户

通过分析得到如下用例：

（1）存款（2）取款（3）查询余额（4）转帐（5）修改密码（6）打印收据 2．绘图步骤：

下面介绍在Rose2003中创建用例图的过程：

（1）在“Use Case View“中双击Main图，或者右击“Use Case View“，弹出在快捷菜单中选择“New”－>“UseCase Diagram”，双击图标，出现图1，为编辑用例图做好准备。

（2）在用例视图中，从工具栏中选择Actor图标，在右边的绘图区中添加一个新元素，并取名客户表明新增一个参与者，如图2所示。

图2（3）同样的方法添加参与者“ATM”,如图3所示。

图3(4)在工具栏上选择用例的图标，依次添加存款、取款、查询余额、转帐、修改密码、打印收据，如图4所示。

图4（5）添加参与者和用例间的关联关系，如图5所示。

图 5 另外，练习其它现实系统中用例建模，要涉及用例描述、用例之间的关系、参与者与用例之间单向关联双向关联、参与者之间关系。

参与者、用例的版型、命名等知识点。

五、实验报告要求

1． 整理实验结果。2． 小结实验心得体会。

实验二

交互图

一、实验目的

1.学会用协作图实现用例

2.掌握顺序图的绘制方法以及顺序图和协作图的相互转换。

二、实验器材

1.计算机一台；

2.Rational Rose 工具软件；

三、实验内容

画出ATM取款的顺序图，并转换为协作图。

四、实验步骤

1.分析

ATM取款的场景：

（1）通过读卡机，用户插入ATM卡；

（2）ATM系统从卡上读取银行ID、帐号、加密密码、并用主银行系统验证银行ID和帐号；

（3）用户输入密码，ATM系统根据上面读出的卡上加密密码，对密码进行验证；（4）用户输入取款数量；

（5）ATM系统通知主银行系统，传递储户帐号和取款数量，并接收返回的确认信息；（6）ATM系统输出先进、ATM卡和显示帐户余额的收据；（7）ATM系统记录事务到日志文件。寻找场景中的对象：ATM、客户和帐户。2．绘图步骤：

下面介绍在Rose2003中创建顺序图的过程：

（1）在“Logical View”中新建“Sequence Diagram“，双击图标，出现图1，为编辑顺序图做好准备。

（2）在顺序图编辑窗口中，从工具栏中选择Object图标，在右边的绘图区中添加一个新元素，并取名Customer表明新增一个对象，如图2所示。

图2

（3）同样的方法，添加ATM对象和Account对象，如图3所示。

图3（4）根据ATM取款的场景，获得第一条消息为“客户向ATM机提交取款需求”，向图中添加消息，如图4所示。

图4

（5）同样的方法添加其它消息，如图5所示。

图5（6）根据顺序图生成协作图，步骤如下：“Browse”－>“Create Collaboration Diagram”，生成的协作图，如图6所示。

图6

五、实验报告要求

1．整理实验结果。2． 小结实验心得体会。

实验三

类图

一、实验目的

1.理解类的基本概念 2.理解类间的关系 3.掌握类图的绘制方法

二、实验器材

1.计算机一台；

2.Rational Rose 工具软件；

三、实验内容

分析选课系统中的类及关系，然后画出它们的类图。

四、实验步骤

1.分析

在选课系统中，通过分析可抽象出如下几个类： 1．学生类 2．管理员类 3．课程类

学生类和管理员类的属性较容易分析，这里只列出课程类的属性和方法：（1）课程名称（2）开课教室（3）课程号（4）授课教师（5）选课的学生（6）开课起始时间（7）允许选课的学生人数（8）设置课程号（9）设置课程名称（10）查询课程号

（11）查询允许选课的学生人数 2．绘图步骤：

下面介绍在Rose2003中创建类和它们之间关系的过程：

（1）在“Logical View“中双击Main图，或者右击“Logical View“，弹出在快捷菜单中选择“New”－>“Class Diagram”，双击图标，出现图1，为编辑类图做好准备。

图1

（2）在逻辑视图中，从工具栏中选择class图标，在右边的绘图区中添加一个新元素，并取名Student表明新增一个类。

图2

（3）选择新创建的元素，点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“Open Sepcification”,弹出图3对话框。

（4）在对话框中，可以修改元素的名称，这里新元素的名称定为“Student”，如图4所示。

图3

图4（5）点击“Attributes”选项卡，添加属性，如图5所示。

图5（6）点击“operations”选项卡，添加方法如图6所示。

图6（7）同样的方法添加Course类，如图7所示。

图7（8）创建两个类之间的关系，通过分析得出：学生类和课程类之间为单向关联。选择图标栏的“关联”，由学生类指向课程类。如图8所示。

图8（9）创建关联名。右击关联，选择“open specification“，键入关联名，如图9所示。

图9（10）分别在“Role A Detail“和“Role B Detail“选项卡中键入名称和多重性，如图10所示。

图10（11）重复（2）－（10）中的步骤完成选课系统整个类图的创建。

五、实验报告要求

1． 整理实验结果。2． 小结实验心得体会。

实验四

状态图和活动图

一、实验目的

1． 熟悉状态图和活动图的基本功能和使用方法。2． 掌握如何使用建模工具绘制状态图和活动图方法。

二、实验器材

1.计算机一台；

2.Rational Rose 工具软件；

三、实验内容

（1）分析图书管理系统中的书和借书证的状态，画出它们的状态图；（2）分析管理员的活动状态，画出管理员的活动图。

四、实验步骤

1.分析

在图书管理系统中，分析书的状态如下： 1．可借 2．被借 3．被预约 4．删除

借书证的状态如下： 1．可用 2．不可用 3．删除

管理员的活动如下： 1． 处理还书 2． 处理借书 3． 处理罚款 读者的活动如下： 1．登录 2．找书 3．预约 4．浏览 2．绘图步骤：

下面介绍在Rose2003中创建类和它们之间关系的过程：

（1）在“Logical View“中信件“StateChart Diagram”，双击图标，出现图1，为编辑状态图做好准备。

图1（2）在工具栏中选择“Start State”图标添加到编辑窗口中，如图2所示。

图2（3）在工具栏中选择“State”图标，添加一个元素，命名为“New book”，如图3所示。

图3

（4）同样的方法添加其它状态，如图4所示。

图4

（5）书的各个状态之间添加转移及相应的事件，如图5所示。

图5

（6）同样的方法得借书证的状态图，如图6所示。

图6

（7）在Rose2003中，绘制图书管理员的活动图，新建“Activity Diagram”，如图7所示：

图7

（8）读者的活动图如图8所示：

图8

五、实验报告要求

1． 整理实验结果。2． 小结实验心得体会。

实验五

正（反）向工程

一、实验目的

1.理解正向工程的基本概念 2.利用Rose工具生成代码框架

二、实验器材

1.计算机一台；

2.Rational Rose 工具软件；

三、实验内容

进入编码阶段，为了加快编码进度，可以利用建模工具执行正向工程，将系统中的模型转换成指定语言类型的代码框架，现要求您完成该项任务。

四、实验步骤

使用Rose工具将设计的模型通过正向工程生成代码框架。按照使用Rose工具生成代码的6步基本步骤可以顺利的完成代码框架的生成工作。（1）检查模型，（2）创建组件（3）将类映射到组件（4）设置代码生成属性（5）选择类，组件和包（6）生成代码

五、实验报告要求

1． 整理实验结果。2． 小结实验心得体会。

实验六

数据建模

关系数据库管理系统是最常见的数据库使用形式。IBM Rational 的 UML 数据建模配置文件提供了一种为满足数据库建模和数据库设计的需要而使用和理解 UML 的简单的方法。数据库中使用的表和关系的概念在核心 UML 中被映射为类和关联的概念。但是在数据库建模中还有其他的构造和约束（比如数据库和模式）必须被可视化地建模。

图 1 数据库实现的多样性

图 1 显示了数据库部署的多样性。以下这些复杂分配：表与视图到模式、模式到数据库、数据库到表空间（tablespace）和节点，把需要底层构架的一种简单表示的每个数据库管理员（DBA）搞得晕头转向。因此计划数据库的分发和配置成为一项关键能力。节点 数据库所在的物理实体（计算机）被表示为节点。该表示法是核心 UML 的一部分。节点用于部署图中，代表了软件部署的物理配置。部署图包括节点以及节点间的连接。这些连接代表了通信协议。

图 2 部署图

“DB2 Server Lexington”、“Oracle Server Cupertino”和“Oracle Sever Redmond”代表了节点，XML、JDBC 和 OraNet代表了通信协议。所有的软件和数据库都必须部署在物理节点上。部署图对于数据管理员配置服务器和跟踪问题很重要（首先开始部署，然后开始钻研细节）。表空间

表空间是数据的存储器，代表了一个数据库系统。它是称为 Database 的用户透明物理结构（在下文中描述）和节点之间的链接。表空间是 UML 数据建模配置文件中的原型化组件。

表空间可理解为物理存储上的一个区域，其中该物理存储由数据库来维护。数据库本身可以被分发给数个表空间，这些表空间由数据的大小、数据访问需求和安全需求来决定。表空间利用依赖关系在数据库中关联，并且在数据库实现的设计阶段是可选的。如果没有使用，将采用数据库维护的默认表空间。

图 3 两个表空间中的数据库实现

表空间在数据库实现中的价值在于计划节点环境和建立节点需求。借助于组件图的帮助，跟踪部分数据库的问题变得更容易。可利用数据库或表空间来实现表。在利用数据库实现时，会使用默认的表空间。

表空间作为物理存储单元的基本结构是由不同的数据库供应商实现的。他们在存储需求和存储内部结构上给予表空间或多或少的控制。数据库

数据库是用于物理数据存储以及对已存储数据的受控访问的系统。它是用于数据建模的最大的专门元素。数据库是一个原型化组件，并且是 UML 数据建模配置文件的一部分。数据库定义了数据库类型，以及用于数据建模的约束，比如数据类型、存储过程、语法等。数据库级别是对信息的基本访问级别，可以在更高级别上进行精化。

数据库与组件图中的其他组件结合使用，来定义应用程序和数据库之间的依赖关系。

图 4 组件图中的数据库

数据库组件对于设计者的价值在于计划数据库的可访问性。对数据库的模式分配定义了信息存储的基本结构。数据库管理员使用部署图来找出应用程序和数据库之间的通信问题，并定义数据以及部署图的物理部署。模式

表的基本组织单元就是模式。模式是 UML 的组织单元，用包表示。模式是原型化的包，并且是 UML 数据建模配置文件的一部分。

模式是应用程序使用的基本单元。它还是一个可以被授予特权的单元。模式在下一个细节级别上被指定给数据库组件。模式是在类图中组织的。

图 5 类图解释了模式依赖关系

模式应该分配给数据库，因为数据库定义了语言约束、数据类型、可用触发器、可能的数据库约束以及存储过程类型。

模式不仅仅是一个组织单元；它还是一种安全机制。类图允许数据库管理员和分析人员找出基于应用程序的包和数据之间的依赖关系，从而产生数据库的使用模式。表

表是关系数据库的基本建模结构。它代表了具有相同结构的一组记录，也被称作行（row）。每条记录都包含数据。有关表结构的信息存储在数据库中。表是一种原型化类，并且是UML数据建模配置文件的一部分。表是在数据模型图中表示的。

图 6 数据模型图代表了表和关系上的视图

由于该图只是模型的一个视图，因此它可以代表面向表焦点的解决方案。这避免了由于构建一个巨型的模型图而导致无法找到您正在寻找的物理数据模型的范围。

该数据模型图具有表、视图、表间的关系、视图的依赖关系和存储过程容器，精确地表示了数据词典的一部分。数据管理员可以在更加可读的图形表示中找出数据库的结构。在设计方面，利用图形表示更容易调整数据库，因为您能够看到表的内容以及文档的每个细节。由于调整经常是一个手动过程，所以表间的数据移动是一项必需的功能。只需要知道所有模型约束的知识就能实现该功能。

构架师不关心数据模型图的详细信息，但是他可以检查是否所有信息都表示在数据库中。视图

视图是一个虚拟表。它代表了具有相同结构的一组记录，这与表完全一样，唯一的区别在于数据的物理资源在其他表中。

视图是一个原型化类，并且是 UML 数据建模配置文件的一部分。视图是在数据模型图中表示的。

图 7 从两个表派生而来的视图

由于该图只是模型的一个视图，所以它可以代表面向视图中焦点表中焦点的解决方案。在视图中对表进行建模的价值不仅仅在于为数据库定义数据结构，还在于数据的面向问题的分析（这不能在数据库本身的知识库中完成）。很容易发现数据结构和数据源之间的依赖关系。列

列是关系数据库内部的基本组织元素。每个数据都必须存储在表中的行的一列中。这些列作为原型化属性是 UML 数据建模配置文件的一部分。

列添加了必须指定的数据类型标签值。另外，列数据可以作为工件物理存储在数据库中，或者利用表达式从其他列进行计算。

列还具有其他标签值，他们指定了数据模型的细节，比如 null 和唯一性。

图 8 具有四列的表

列定义的价值在于数据结果的规格说明。另外，它还可用于不同数据源的集成以及实现互相之间相同点和不同点的发现。键

键用于访问表。主键唯一标识了表中的一行，而外键则访问其他相关表中的数据。主键通常是内容无关的，并且由数据库自动生成，以方便数据的更新。外键总是从与其他表的关系派生而来。

键是键约束（Key Constraints）的实现。键约束指定了键的内容（哪些列生成了键），以及键的物理实现。为了轻松识别表中的键列，它们被用主键（<

>）或外键（<>）原型标记。在将外键用做主键的情况下，组合键被标记为(<

>)原型。

图 9 具有主键和外键的表

键代表数据的识别。因此它们是识别数据库（所有链接都位于数据之间）的完整结构，以获得纯工件之外的信息所必需的。索引

索引是支持快速数据访问的物理数据结构。它完全不改变数据的质量。索引在 UML 数据建模配置文件中被表示为操作上的原型。索引和键都包含了几个列。索引中的列必须有顺序。

索引规格说明不但包含索引的列，还包含索引的类型（唯一性等）。

图 10 有两个索引的表

当某些因素影响了应用程序的性能时，索引的价值就被体现出来。索引是首先要注意的地方。约束 约束是应用于数据库结构的规则。该规则可应用于列和/或表，并且可能被限制到一个模式或数据库。

UML 数据建模配置文件中定义了几种类型的约束，但是，它们作为原型化操作来实现。

图11 有约束的表

定义的约束值位于规格说明的细节中。约束描述了数据库的动态行为，而列和表则没有描述这些内容。主键

主键约束定义了表的一个主键。每个表只能有一个主键。

主键约束在 UML 数据建模配置文件中使用了原型<

>。

外键

外键是实现一个关系的约束。该约束总是在子表上实现的。

外键约束在 UML 数据建模配置文件中使用了原型<>。

触发器

作为其他活动的结果自动被执行的一个活动就是一个触发器。它经常是数据库中数据修改的副产品，并且大部分情况下保证了数据库的一致行为。

触发器约束在 UML 数据建模配置文件中使用了原型<>。

值验证

列中的值可以利用触发器验证。触发器不但能与固定范围的值进行比较，还能与数据库中的其他数据进行比较。

值验证约束在 UML 数据建模配置文件中使用了原型<>。

唯一性

唯一性约束保证了指定列的所有值都是不同的。

唯一性约束在UML数据建模配置文件中使用了原型<>。关系

数据模型中表之间任意种类的依赖关系被称作关系。

关系是原型化关联和一组主键和外键的汇总。每个关系都位于一个父表和一个子表之间，其中父表必须定义一个主键。子键创建了一个外键列和外键约束，以满足父表的要求。non-identifying 关联代表了两个独立表之间的关系。子表的外键不包含所有的主键列。

图 12 Non-Identifying 关系

一个识别关系是两个依赖表间的关系，其中如果没有父表子表就不能存在。父表（本例中为 Person）的所有主键在子表（Account）中同时变成了主键列和外键列。

图 13 识别关系

uml实验指导 篇2

1 系统的核心技术

系统在进行功能需求分析和系统性能分析后，采用统一建模语言UML建模，选用SUN公司的SSH框架作为系统开发平台，JAVA EE技术开发Web应用系统，后台数据库采用微软的SQL Server2005系统[2]，通过组件JDBC来访问数据库。开发语言为SSH支持的JAVA，系统基于B/S模式实现。基于B/S(Browser/Web Server)结构的系统无需安装任何专用客户端软件，仅需标准Web浏览器。Windows 9x及以上系统都带有IE浏览器，无须进行管理与维护，所有程序和数据都放在服务器上，管理极为方便。

2 系统UML用例图的设计

系统采用UML建模，在设计阶段分别针对学生、教师、实验室管理人员在实验过程所承担的角色和工作内容不同进行了需求分析和基础模块的定义，并采用用例图(USE CASE Diagram)作为与用户的沟通方式，提高了系统设计人员与用户之间的沟通能力。通过与用户进一步的交流，建立了概要设计模型，并以渐进式的迭代过程实现了系统详细设计。利用UML建模工具，实现了对类图(Class Diagram)的分析和细化，并通过状态图(State Diagram)完成了实体类之间调用关系和调用过程的分析与设计。

根据整个系统的需求分析设计的整体UML用例图:如图1所示;系统分为三种角色:学生、教师、管理员。

根据总的UML用例图得到的功能清单,如表1所示。

3 结论

建立预约型开放性实验室管理系统体现了以学生为中心的教学理念，激发了学生的学习热情[3]。利用UML用例图设计可使系统结构清晰，对于功能模块的实现起到指导性的工作。典型的预约型开放性实验室管理系统，可使广大的师生都参与到实验室管理中来，减少实验室管理人员的工作量，降低实验室管理的难度，解决师资不足、设备不足、场地不足等问题,最大化的给学生提供创新空间;有助于提高学生的实验技能和自我管理能力;在规范实验室的使用和管理上也有很强的实用性。

参考文献

[1]张新华,刘建新.开放实验室促进人才培养[J].实验室研究与探索,2006,25(12):1589-1592.

[2]詹发荣.ADO.NET数据访问体系结构研究[J].电脑知识与技术,2009,5(20):5339-5340.

uml实验指导 篇3

实验序号：实验7

一、实验目的

熟悉使用存储过程来进行数据库应用程序的设计。

二、实验平台

1、利用实验1所安装的RDBMS及其PL/SQL执行引擎。编程工具自选。

三、实验内容和要求

对学生-课程数据库编写存储过程，分别完成以下一些功能：

1.统计“离散数学”课程的成绩分布情况，即按照各分数段来统计人数。2.统计任意一门课程的平均成绩

3.将学生选课成绩从百分制改为等级制（即分数最高的前10%(包括10%)是A, 分数在前10%~30%(不包括10%)是B，分数在前30%~50%(不包括30%)是C，分数在前50%~90%(不包括50%)是D，剩下的是E）

要求：提交源程序并标识必要的注释。保证程序能正确地编译和运行，认真填写实验报告。

uml实验指导 篇4

一、实验目的

1、熟悉各种时钟信号的特点及波形；

2、熟悉各种数字信号的特点及波形。

二、实验设备与器件

1、通信原理实验箱一台；

2、模拟示波器一台。

三、实验原理

1、CPLD 可编程模块电路的功能及电路组成

CPLD可编程模块（芯片位号：U101）用来产生实验系统所需要的各种时 钟信号和数字信号。它由 CPLD可编程器件 ALTERA公司的 EPM7128(或者是 Xilinx 公司的 XC95108)、编程下载接口电路（J104）和一块晶振（OSC1）组 成。晶振用来产生系统内的16.384MHz 主时钟。本实验要求参加实验者了解这 些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，才可通过CPLD可编程器件的二 次开发生成这些信号，理论联系实践，提高实际操作能力，实验原理图如图1-1 所示。

2、各种信号的功用及波形

CPLD 型号为 EPM7128 由计算机编好程序从 J104 下载写入芯片，OSC1 为晶体，频率为 16.384MHz，经 8 分频得到 2.048MHz 主时钟，面板测量点与EPM7128 各引脚信号对应关系如下：

SP101 2048KHz 主时钟 方波 对应 U101EPM7128 11 脚 SP102 1024KHz 方波 对应 U101EPM7128 10 脚 SP103 512KHz 方波 对应 U101EPM7128 9 脚 SP104 256KHz 方波 对应 U101EPM7128 8 脚 SP105 128KHz 方波 对应 U101EPM7128 6 脚 SP106 64KHz 方波 对应 U101EPM7128 5 脚

SP107 32KHz 方波 对应 U101EPM7128 4 脚 SP108 16KHz 方波 对应 U101EPM7128 81 脚 SP109 8KHz 方波 对应 U101EPM7128 80脚 SP110 4KHz 方波 对应 U101EPM7128 79脚 SP111 2KHz 方波 对应 U101EPM7128 77脚 SP112 1KHz 方波 对应 U101EPM7128 76脚 SP113 PN32KHz 32KHz伪随机码 对应U101EPM7128 75脚 SP114 PN2KHz 2KHz伪随机码 对应U101EPM7128 74脚 SP115 自编码 自编码波形，波形由 对应 U101EPM7128 73 脚 J106 开关位置决定

SP116 长 0 长 1 码 码形为1、0 连“1” 对应 U101EPM7128 70脚、0 连“0”码

SP117 X 绝对码输入 对应 U101EPM7128 69 脚 SP118 Y 相对码输出 对应 U101EPM7128 68 脚 SP119 F80 8KHz0 时隙取样脉冲 对应 U101EPM7128 12 脚

此外，取样时钟、编码时钟、同步时钟、时序信号还将被接到需要的单元电路中。

PN32KHz、PN2KHz 伪随机码的码型均为 ***，不同的是码 元宽度不一样，PN2KHz 的码元宽度 S＝1/2KHz＝0.5ms，PN32KHz 的码元宽 度 S＝0.03125ms。

注：本实验平台中所有数字信号都是由同一个信号源 OSC1 分频产生，所 以频率相同或者频率成倍数关系的数字信号，都有相对固定的相位关系。CPLD可编程模块电路图，如图1-1 所示：

图1-1 CPLD可编程模块电路图

四、实验内容

1、熟悉CPLD可编程数字信号发生器各测量点信号波形；

2、查阅CPLD可编程技术的相关资料，了解这些信号产生的方法。

五、实验步骤

本次实验使用了实验平台中“数字信号源模块”。

1、打开电源总开关，电源指示灯亮，系统开始工作；

2、用示波器测出下面所列各测量点波形，并对每一测量点的波形加以分析；

GND为接地点，测量各点波形时示波器探头的地线夹子应先接地。

3、测量点输出的理想波形及比较，如图 1-2 所示：

图 1-2 CPLD可编程模块产生的部分信号理想波形示意图

六、实验报告

1、分析各种时钟信号及数字信号产生的方法，叙述其功用；

2、画出各种时钟信号及数字信号的波形；

七、预习要求

了解 CPLD可编程技术方面的知识

实验二 模拟信号发生器实训

一、实验目的

1、熟悉各种模拟信号的产生方法及其用途；

2、观察分析各种模拟信号波形的特点及产生原因。

二、实验设备与器件

1、通信原理实验箱一台；

2、模拟示波器一台。

三、实验原理

模拟信号发生器电路用来产生实验所需的各种音频信号：同步正弦波信号、非同步简易正弦波信号、话音信号、音乐信号等。

（一）同步信号源

1、功用

同步信号源用来产生与编码数字信号同步的2KHz 正弦波信号，可作为抽 样定理PAM、增量调制CVSD 编码、PCM 编码实验的输入音频信号。在没有 数字存贮示波器的条件下，用它作为取样及编码实验的输入信号，可在普通示 波器上观察到稳定的取样及编码数字信号波形。

2、电路原理

它由2KHz 方波经高通滤波器、低通滤波器和输出放大及跟随等电路三部 分组成，如图1-1所示：

由CPLD 可编程器件U101 产生的2KHz 方波信号，经R501 接入本电路。SP501 为其测量点。U501A 及周边的阻容网络组成一个截止频率为234Hz 高通滤波器和截止频率为2342Hz 的低通滤波器，用以滤除2KHz 方波的各次谐波，输出2KHz 正弦波，SP502“同步输出”铜铆孔为其输出点。2KHz 正弦波通过铜铆孔输出可供PAM、PCM、CVSD（△M）模块使用。W501 用来改 5

变输出同步正弦波的幅度。

图1-1 为同步正弦信号发生器的电路图

（二）非同步信号源

非同步正弦波信号源是一个简易信号发生器，它可产生频率为0.3～10KHz 的可调正弦波信号，输出幅度为0～10V（一般使用范围0～4V）且幅度由W203 连续可调。在没有数字存贮示波器的条件下，用它作为取样及编码实验的输入 信号，可在普通示波器上观察到稳定的取样及编码数字信号波形，非同步信号 源发生模块电路原理图如图1-2 所示：

图1-2 非同步信号源发生模块电路原理图

（三）音乐信号源

音乐信号产生电路用来产生音乐信号送往音频终端电路，以检查话音信道 的开通情况及通话质量。音乐信号由U601 音乐片厚膜集成电路产生。音乐信号源发生模块电路原理图如图1-3 所示：

图1-3 音乐信号源发生模块电路原理图

（四）音频功率放大器

音频功率放大器采用LM386 单片集成功放，模拟信号从SP1202 引入，W1201 调节音量，J1202 控制与喇叭的连接，当J1202 的1、2 连接时，喇叭接通；

2、3 连接时喇叭断开，模拟信号发生模块实物图如图1-4 所示：

图1-4 模拟信号发生模块实物图

四、实验内容

1、观察同步信号源的波形并理解它的原理；

2、观察非同步信号源的波形并理解它的原理；

3、观察音乐信号源的波形并理解它的原理。

五、实验步骤

模拟信号发生模块实验连接示意图如图2-5所示：

图 2-5 模拟信号发生模块电路连接示意图

1、打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮；

2、连接 SP111 和 SP501，将 CPLD产生的 2KHz 方波信号送入同步信号电 路；

3、用示波器测量 SP201、SP502、SP601 等各点波形。

4、将各模拟信号由相应铜铆孔输出，通过连接线接入 SP1201 铜铆孔，此 时模拟信号可由喇叭输出（将 J1201 的 1-2 连通），学生可直观地感受各模拟信 号间的差别。

5、模拟信号源模块有关器件接口介绍：

SP201：非同步信号输出，一般使用范围 300Hz～3.4KHz； SP601：音乐信号输出，SW601 触发后产生； SP502：同步正弦波输出，频率 2KHz； SW601：音乐信号触发开关； SP1201：功放输入。

电位器调节：

W201：非同步正弦信号频率调节； W202：非同步正弦信号占空比调节； W203：非同步正弦信号幅度调节； W501：同步正弦波信号幅度调节 W305：功放放大幅度调节。

6、测量点输出的理想波形

图 2-6 同步正弦波信号波形示意图

图 2-7 非同步信号理想波形比较示意图

六、实验报告

1、画出各测量点波形，并进行分析；

2、画出各模拟信号源的电路框图，叙述其工作原理；

3、记录实验过程中遇到的问题并进行分析。

七、预习要求

理解同步信号源、非同步信号源以及音乐信号源的波形和原理。

实验三 抽样定理与PAM系统实训

一、实验目的

1、通过对模拟信号抽样的实验,加深对抽样定理的理解；

2、通过PAM 调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点；

3、通过对电路组成、波形和所测数据的分析，了解PAM 调制方式优缺点。

二、实验设备与器件

1、通信原理实验箱一台；

2、模拟示波器一台。

三、实验原理

抽样定理和脉冲幅度调制实验系统框图如图3-

1、电原理图如图3-

2、实物 电路如图3-3 所示，由输入电路、高速电子开关电路、脉冲发生电路、解调滤 波电路、功放输出电路等五部分组成。

图3-1 脉冲振幅调制电路原理框图

取样电路是用4066 模拟门电路实现。当取样脉冲为高电位时，取出信号样值；当取样脉冲为低电位，输出电压为0，这样便完成了取样。本电路属低通信号的自然取样。根据取样定理，取样后的信号还原为原信号要通过理想低通滤波器，本滤波电路系统用有源低通滤波器代替理想低通滤波器完成还原。

图3-2 抽样定理实验电路原理图

图3-3 抽样定理实验模块实物图

四、实验内容

1、通过PAM 调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点；

2、掌握抽样的全过程。

五、实验步骤

抽样定理模块实验连接方式示意图，如图3-4所示

图 3-4 抽样定理模块电路连接方式示意图

1、SP201 连接 SP111 接入 2KHz 同步方波产生 2KHz 同步正弦波。

2、连接 SP202 与 SP301，送入模拟信号。

3、SP302 接入抽样时钟信号，频率有 4KHz、8KHz、16KHz 方波可供选择，建议先接入 16KHz开始实验。

4、改变输入SP302 的抽样时钟频率，重复步骤 1-3。

5、连接 SP204 与 SP301、SP303 与 SP306、SP305与 TP207，把扬声器 J204 开关置到 1、2位置，变化 SP302 的输入采样时钟信号频率，听辨音乐信的质量。

6、抽样过程理想波形比较示意图，如图3-5 所示：

图 3-5 抽样过程理想波形比较示意图

六、实验报告

1、列出所测各点的波形、频率、电压等有关数据，验证抽样定理；

2、抽样功能实现的方法很多，请设计一个抽样电路完成功能。

七、预习要求

了解PAM 调制原理和的特点；了解抽样原理及抽样的整个过程。

实验四 PCM 编码、译码原理实训

—、实验目的

1、加深对PCM 编码过程的理解；

2、熟悉PCM 编、译码专用集成芯片的功能和使用方法；

3、了解PCM 系统的工作过程；

4、了解帧同步信号的时序状态关系；

5、掌握时分多路复用的工作过程；

6、用同步正弦波信号观察PCM 八比特编码的实验。

二、实验设备与器件

1、通信原理实验箱一台；

2、模拟示波器一台。

三、实验原理

PCM 编/译码原理框图如图4-1 所示。

图4-1 PCM 编/译码原理框图

所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然 而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可 记作A/D，A/D 及D/A 电路框图如图4-2 所示：

图4-2（a）A→D 电路 图4-2（b）D→A 电路

图4-2 A/D 及D/A 电路框图

PCM编译码电路主要由芯片U801及外围电路构成。每个TP3067芯片U801 含有一路PCM 编码器和一路PCM 译码器。

PCM 编/译码实验电路图，如图4-3 所示：

图4-3 PCM 编/译码实验电路图

PCM 编译码模块实物图，如图4-4 所示：

图4-4 PCM 编译码模块实物图

四、实验内容

1、用同步正弦波信号观察PCM 八比特编码的实验；

2、脉冲编码调制（PCM）及系统实验；

3、PCM 八比特编码时分复用输出波形观察测量实验。

五、实验步骤

PCM 编译码模块实验连接方式示意图，如图 4-5 所示：

图 4-5 PCM 编译码模块实验连接方式示意图

1、打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮；

2、编码部分：

SP111连接SP201，SP401连接 SP203 接入 2KHz 同步正弦波； SP405连接 TP101接入 2048KHz 主时钟信号； SP406连接TP119 接入8KHz 时隙脉冲信号；

SP407 连接TP106(64K)或TP103(512K)或TP101(2048K)接入可选发码时钟。

3、译码部分：SP408连接 TP119 接入8KHz 时隙脉冲信号；

TP409 连接TP106(64K)或TP103(512K)或TP101(2048K)接入可选发码时钟。

4、测量 SP801～SP809 各点波形，示波器两通道同时测量 SP403、SP405 两点波形，此时能观察到稳定的 8比特PCM 数字输出信号。

5、用连接线将译码输出信号由 SP409 引出，接入到功放模块 SP408“喇 叭输入”接口；

6、改变输入的模拟信号，选择不同的编译码时钟，测量各点波形。7.PCM 编码输入、译码输出理想波形示意图如图 4-6 所示：

图 4-6 PCM 编码输入、译码输出理想波形示意图

六、实验报告

1、画出实验电路的实验方框图，并叙述其工作过程；

2、画出实验过程中各测量点的波型图，注意对应相位、时序关系；

3、观察同步正弦波的编码波形，读出编码数据（至少12 个字节数据，注 意观测方法）；

4、写出本次实验的心得体会，以及对本次实验有何改进意见。

七、预习要求

理解PCM编码、译码原理及波形特点。

实验五 △M 编码、译码原理实训

一、实验目的

1、掌握增量调制编译码的基本原理，并理解实验电路的工作过程；

2、了解不同速率的编译码，以及低速率编译码时的输出波形。

二、实验设备与器件

1、通信原理实验箱一台；

2、模拟示波器一台。

三、实验原理

（一）增量调制编码实验

增量调制编码每次取样只编一位码，表示抽样幅度的增量，即采用一位二 进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值 是增大还在减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。输出的“1”“0” 只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的幅值。图5-1 表示增量调制编码器实验结构框图，图5-1 为△M 编码电原理图。

图5-1 增量调制编码器实验结构框图

图5-2 △M 编码电路电原理图

（二）增量调制的译码实验

增量调制系统译码器电路结构方框图，如图5-3 所示：

图5-3 增量调制系统译码器电路结构方框图

由发端送来的编码数据信号加至开关的引脚，通过该开关的作用，把信号 送到（MC34115）芯片的第13 引脚，即接收数据输入端。本系统因为是译码 电路，故置低电平至（MC34115）的15 引脚，使模拟输入运算放大器与移位 寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通，这样，接收数据信码 经过数字输入运算放大器整形后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相 同，只是解调信号不再送回第2 引脚（ANF 端），而是直接送入后面的积分网络中，再通过接收通道低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，推动喇叭。虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制PCM 数字系统的 音质，但是由于增量调制电路比较简单，能从较低的数码率进行编码，通常为 16～32kbit/s,在用于单路数字电话通信时，不需要收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中，如应用在传输数码率的军事，野外及保密数字电话等方面，在军队系统中的数字卫星通信地面站设备中，其终端部分的话音编码就是应用的这种大规模集成电路MC3417，MC3418 的连续可变斜率增量调制方式。△M 译码电路原理图，如图5-4 所示：

△M 增量编码译码模块，如图5-5 所示：

△M 增量编码译码模块如图5-6 所示：

图5-6 △M 增量编码译码模块实物图

由增量调制编码部分、增量调制译码部分、增量调制整形部分组成。

四、实验内容

1、增量调制CVSD（△M）编码实验；

2、增量调制CVSD（△M）译码实验；

3、工作时钟可变状态下△M 编译码质量比较；

4、同等条件下的PCM 与△M 系统性能比较实验。

五、实验步骤

增量编码/译码模块实验连线示意图如图 5-7 所示：

图 5-7 增量编码译码模块电路连线示意图

1、打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮；

2、SP201连接SP111；

3、SP501 连接 SP203 接入2KHz 同步正弦波。调整输入信号幅度峰峰值在 2V左右；

4、SP502 和 SP506分别输入增量编码和译码实验中各工作时钟，有三种频 率可供选择：16KHz、32KHz、64KHz； 注意：编码工作时钟应与译码工作时钟一致；

5、连接 SP503 和 SP505，将编译的数字信号送入译码电路；

6、测量 TP501～TP509各点波形。

7、增量调制编/译码电路信号理想波形示意图如图 5-8 所示

图 5-8 增量调制编/译码电路信号理想波形示意图

六、实验报告

1、画出实验电路的实验方框图，并作简要叙述；

2、画出各测量各点波形，结合理论分析说明所发生的各种现象；

3、在通话的质量方面，你认为该实验系统如何改进方能提高话音的质量，及对本实验有何改进意见？

七、预习要求

了解增量调制的原理及波形特点，并在同等条件下比较PCM编码和增量调制编码的性能特点。

实验六 FSK 调制、解调原理实训

一、实验目的

1、掌握FSK(ASK)调制的工作原理及电路组成；

2、掌握利用锁相环解调FSK 的原理和实现方法。

二、实验设备与器件

1、通信原理实验箱一台；

2、模拟示波器一台。

三、实验原理

FSK调制/解调电原理框图如图6-1所示：

图6-1 FSK 调制/解调电原理框图

实验电路原理图如图6-2 所示：

图6-2 FSK 调制实验电路原理图

（二）FSK 解调

FSK 解调电路中主要由锁相环解调器组成。它锁定在FSK 的一个载频如f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2 失锁，对应输出低电平，那么在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列，FSK 解调实验电路原理图如图6-3 所示：

图6-3 FSK 解调实验电路原理图

图6-4 FSK 调制、解调实验模块实物图

FSK 调制/解调模块由两路载频电路、FSK 调制输出、FSK 解调输入以及FSK 基带整形电路等功能模块组成，FSK 调制、解调实验模块实物图如图6-4所示。环路对128KHz 载频锁定时输出高电平，对64KHz 载频失锁时就输出低电平。只要适当选择环路参数，使它对128KHz 锁定，对64KHz 失锁，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。

四、实验内容

1、移频键控FSK 调制实验；

2、移频键控FSK 解调实验。

五、实验步骤

测试 FSK 调制电路 TP601-TP609 各测量点以及解调电路 TP701-TP704 各测量点的波形，并作详细分析。FSK调制解调模块实验电路连线方法示意图如图6-5所示：

图 6-5 FSK调制解调模块电路连线方法示意图

1、按下实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮；

2、连接 SP114 与 SP603：码元速率为 2KB/s 的 *** 伪随机 码信号 J602 接好；

SP601和 SP602 分别接入128KHz 和 64KHz 的时钟信号； 连接SP605 和 SP701，将调制好的信号输入到解调电路中。

3、电位器调节：

VR601：调节 128KHz 正弦波幅度大小； VR602：调节 64KHz 正弦波幅度大小；

VR603：调节 FSK已调信号幅度大小；

VR701：调节解调电路压控振荡器时钟的中心频率。

4、调节 VR701电位器使压控振荡器工作在 128KHz；

5、注意：当基带信号的码元速率与载频信号的频率相差太近时,FSK解调端输 出测量点TP704 输出应为不稳定的输出波形；

6、观察FSK解调输出 TP701～TP704波形，并作记录，并同时观察 FSK调 制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有失真。

7、FSK频移键控原理理想波形图，如图6-6 所示：

图 6-6 FSK频移键控原理理想波形图

六、实验报告

1、画出FSK 各主要测试点波形；

2、出改变4046 的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响?

3、分析其输出数字基带信号序列与发送数字基带信号序列相比有否产生延 迟，什么情况下会出现解调输出的数字基带信号序列反向的问题?

七、预习要求

了解移频键控FSK调制、解调原理，了解FSK调制波形的特点。

实验七 PSK/DPSK 调制、解调原理实训

一、实验目的

1、掌握二相BPSK（DPSK）调制解调的工作原理及电路组成；

2、了解载频信号的产生方法；

3、掌握二相绝对码与相对码的码变换方法。

二、实验设备与器件

1、通信原理实验箱一台；

2、模拟示波器一台。

三、实验原理

（一）PSK 调制实验：

在本实验中，绝对移相键控（PSK）是采用直接调相法来实现的，也就是 用输入的基带信号直接控制已输入载波相位的变化来实现相移键控。本实验中PSK 调制模块原理框图如图7-1，二相PSK(DPSK)的载波为1.024MHz，数字基带信号有32Kbit/s 伪随机码、32KHz 方波、CVSD 编码信号等。

图7-1 PSK/DPSK 解调原理框图

（二）PSK 解调实验:

该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形 电路。如图7-3 解调器总方框图、图7-4 相正交解调环各点波形图。

图7-3 解调器总方框图

图7-4 相正交解调环各点波形图

PSK/DPSK 调制解调实验模块如图7-5 所示：

四、实验内容

1、PSK 调制实验，调整载波幅度，观察SP1101～SP1109 各测量点的波形;

2、PSK 解调实验，观察SP1110～SP1116 各测量点的波形;

3、PSK 解调载波提取实验，将PSK 的电路调整到最佳状态，逐一测量 SP1101～SP1109 各点处的波形，画出波形图并作记录，注意相位、幅度之间的关系。

图7-5 PSK/DPSK 调制解调实验模块

五、实验步骤

PSK/DPSK 调制解调实验连线方法，如图 7-6 所示：

图 7-6 PSK/DPSK调制解调实验连线方法

1、打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮；

2、连接 SP113 与SP804，接 入2KHz 的基带信号。SP801 接入1024KHz 的方波信号；

3、连接 SP804 和 SP901，将调制好的载波信号输入到解调电路中；

4、将本实验电路调整到最佳状态，逐一测量调制电路 TP801-TP808 各点 处和解调电路TP901-TP905各点处的波形，画出波形图并作记录，注意相位、幅度之间的关系；

5.PSK调制模块理想波形示意图如图 7-7 所示：

图 7-7 PSK调制模块理想波形示意图

六、实验报告

1、简述PSK 调制解调电路的工作原理及工作过程；

2、根据实验测试记录（波形、频率、相位、幅度以及时间对应关系）依此 画出调制解调器各测量点的工作波形，并给以必要的说明。

七、预习要求

1、了解二相BPSK（DPSK）调制解调的工作原理及电路组成；

2、了解载频信号的产生方法；

3、了解二相绝对码与相对码的码变换方法。

实验八 基带无码间串扰及眼图实训

一、实验目的

学会观察眼图及其分析方法

二、实验设备与器件

1、通信原理实验箱一台；

2、模拟示波器一台。

三、实验原理

眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，衡量通信系统的传输 质量，是一种常用的测试手段。在图8-1 中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个有失真(码间串扰)。

(a)无码间串扰时波形；无码间串扰眼图(b)有码间串扰时波形；有码间串扰眼图 图8-1 无失真及有失真时的波形及眼图

所谓“眼图”，就是由解调后经过低通滤波器输出的基带信号，以码元定时作为同步信号在示波器屏幕上显示的波形。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形，它很像人的眼睛的

过程眼图。在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。为便于说明眼图和系统性能的关系，我们将它简化成图8-2 的形状。

图8-2 眼图的重要性质

衡量眼图质量的几个重要参数有：

1、眼图开启度(U-2ΔU)/U 指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。最佳取样时刻应选择在眼睛 张开最大的时刻，无畸变眼图的开启度应为100%。

2、“眼皮”厚度2ΔU/U 指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比，无畸变眼图的“眼皮”厚度应等于0。

3、交叉点发散度ΔT/T 指眼图过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的交叉点发散度应为0。

4、正负极性不对称度

指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变眼图的极性不对 称度应为0。

最后，还需要指出的是：由于噪声瞬时电平的影响无法在眼图中得到完整 的反映，因此，即使在示波器上显示的眼图是张开的，也不能完全保证判决全 部正确。不过，原则上总是眼睛张开得越大，误判越小。基带无码间干扰和眼 41

图实验电路图如图8-3 所示：

图8-3 基带无码间干扰和眼图实验电路原理图

基带无码间干扰及眼图实验模块，如图8-4 所示：

图8-4 基带无码间干扰及眼图实验模块实物图

眼图观测方法：用示波器的一根探头（触发TRTIGGER 档）放在SP107 42

上（同步时钟），另一根探头放在SP1302 上（数字基带信号的升余弦波），调整示波器的扫描周期，使SP1301 的升余弦波波形的余辉反复重叠，则可观察到眼图波形，在图8-5 中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片。

(a)二进制系统(b)随机数据输入后的二进制系统

图8-5 实验室理想状态下的眼图

四、实验内容

1、眼图观察及分析实验；

2、仿真眼图观察测量实验；

3、若是32KPN 码或PSK 解调码，也可与上相同的接法，用以观察眼图。

五、实验步骤

1、打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮；

2、连接 SPA01 和 SP113或SP902，送入基带信号；

3、观察SPA01 测量点的眼图波形；

4、当连接SP902时将PSK解调模块还原的数字基带信号送入眼图电路。眼图实验模块实验连线方法示意图如图8-6所示：

图 8-6 眼图实验模块电路连线方法示意图

六、实验报告

1、分析电路的工作原理，叙述其工作过程；

2、叙述眼图的产生原理以及它的作用；

3、绘出实验观察到的眼图形状。

七、预习要求