數(shù)字信號(hào)源實(shí)驗(yàn).doc

實(shí)驗(yàn)一 數(shù)字信號(hào)源實(shí)驗(yàn)班級(jí)：09電信一班 姓名：葉曉偉 學(xué)號(hào)：20094081007 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶信號(hào)波形特點(diǎn)。 2. 了解NRZ、FS、BS的波形對(duì)應(yīng)關(guān)系。 3. 了解NRZ碼的幀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 用示波器觀(guān)察單極性非歸零碼（NRZ）、FS、BS信號(hào)。 2. 用示波器觀(guān)察NRZ碼與FS的對(duì)應(yīng)波形。 3. 用示波器觀(guān)察NRZ、BS、FS的輸出波形，并分析幀結(jié)構(gòu)。 4. 對(duì)CPLD/FPGA進(jìn)行編程，自行設(shè)計(jì)8位、16位偽隨機(jī)碼發(fā)生器。 實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源模塊。 1. 數(shù)字信源 本模塊是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)終端，其原理方框圖如圖1-1及實(shí)驗(yàn)箱面膜所示。本單元產(chǎn)生NRZ信號(hào)，信號(hào)碼速率約為170.5KB，幀結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。幀長(zhǎng)為24位，其中首位無(wú)定義，第2位到第8位是幀同步碼（7位巴克碼1110010），另外16位為2路數(shù)據(jù)信號(hào)，每路8位。此NRZ信號(hào)為集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)。發(fā)光二極管亮狀態(tài)表示1碼，熄狀態(tài)表示0碼。 本模塊有以下測(cè)試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)： CLK 時(shí)鐘信號(hào)測(cè)試點(diǎn) BS 信源位同步信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn) FS 信源幀同步信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn) NRZ NRZ信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn) 圖1-3為數(shù)字信源模塊的電原理示意圖(整個(gè)電路在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中實(shí)際通過(guò)FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn))。圖1-1中各單元與圖1-3中的元器件對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 晶振 晶體 分頻器 計(jì)數(shù)器 并行碼產(chǎn)生器 K3、K2、K1：8 位手動(dòng)開(kāi)關(guān)，從左到右依次與幀同步碼、數(shù)據(jù)1、數(shù)據(jù)2相對(duì)應(yīng)；發(fā)光二極管左起分別與一幀中的24位代碼相對(duì)應(yīng) 八選一 8位數(shù)據(jù)選擇器 三選一 8位數(shù)據(jù)選擇器 倒相器 非門(mén) 抽樣 D觸發(fā)器 下面對(duì)分頻器，八選一及三選一等單元作進(jìn)一步說(shuō)明。 （1）分頻器 分頻器一進(jìn)行13分頻，輸出信號(hào)頻率為341kHz。在這里，分頻器一是一個(gè)4位二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，預(yù)置在3狀態(tài)。 分頻器二完成2、4、8、16運(yùn)算，輸出BS、S1、S2、S3等4個(gè)信號(hào)。BS為位同步信號(hào)，頻率為170.5kHz。S1、S2、S3為3個(gè)選通信號(hào)，頻率分別為BS信號(hào)頻率的1/2、1/4和1/8。在這里分頻器二是一個(gè)4位二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器，當(dāng)CPD= PL =1、MR=0時(shí)，可在Q0、Q1、Q2 及Q3 端分別輸出上述4個(gè)信號(hào)。 分頻器三是一個(gè)二一十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，預(yù)置在7狀態(tài)，完成3運(yùn)算，在Q0 和Q1 端分別輸出選通信號(hào)S4、S5，這兩個(gè)信號(hào)的頻率相等、等于S3信號(hào)頻率的1/3。 分頻器輸出的S1、S2、S3、S4、S5等5個(gè)信號(hào)的波形如圖1-4（a）和1-4（b）所示。 （2）八選一 采用8路數(shù)據(jù)選擇器，它內(nèi)含了8路傳輸數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)、地址譯碼器和三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，其真值表如表1-1所示。三個(gè)8路數(shù)據(jù)選擇器的地址信號(hào)輸入端并連在一起并分別接S1、S2、S3信號(hào)，它們的8個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端分別K1、K2、K3輸出的8個(gè)并行信號(hào)連接。由表1-1可以分析出它們輸出信號(hào)都是碼速率為170.5KB、以8位為周期的串行信號(hào)。（3）三選一 三選一電路原理同八選一電路原理。S4、S5信號(hào)分別輸入到數(shù)據(jù)選擇器的地址端，三個(gè)8路數(shù)據(jù)選擇器輸出的3路串行信號(hào)分別輸入到三選一電路的數(shù)據(jù)端，輸出端即是一個(gè)碼速率為170.5KB的2路時(shí)分復(fù)用信號(hào)，此信號(hào)為單極性不歸零信號(hào)（NRZ）。 圖1-4 分頻器輸出信號(hào)波形 （4）倒相與抽樣 圖1-1中的NRZ信號(hào)的脈沖上升沿或下降沿比BS信號(hào)的下降沿稍有點(diǎn)遲后。在實(shí)驗(yàn)二的數(shù)字調(diào)制單元中，有一個(gè)將絕對(duì)碼變?yōu)橄鄬?duì)碼的電路，要求輸入的絕對(duì)碼信號(hào)的上升沿及下降沿與輸入的位同步信號(hào)的上升沿對(duì)齊，而這兩個(gè)信號(hào)由數(shù)字信源提供。倒相與抽樣電路就是為了滿(mǎn)足這一要求而設(shè)計(jì)的，它們使NRZ-OUT及BS-OUT信號(hào)滿(mǎn)足碼變換電路的要求。 FS信號(hào)可用作示波器的外同步信號(hào)，以便觀(guān)察2DPSK等信號(hào)。 FS信號(hào)、NRZ-OUT信號(hào)之間的相位關(guān)系如圖1-5所示，圖中NRZ-OUT的無(wú)定義位為0，幀同步碼為1110010，數(shù)據(jù)1為11110000，數(shù)據(jù)2為00001111。FS信號(hào)的低電平、高電平分別為4位和8位數(shù)字信號(hào)時(shí)間，其上升沿比NRZ-OUT碼第一位起始時(shí)間超前一個(gè)碼元。 實(shí)驗(yàn)步驟 1. 熟悉信源模塊的工作原理。 2. 打開(kāi)交流電源開(kāi)關(guān)及該模塊電源開(kāi)關(guān)，用示波器觀(guān)察數(shù)字信源模塊上的各種信號(hào)波形。 用FS作為示波器的外同步信號(hào)，進(jìn)行下列觀(guān)察： (1) 示波器的兩個(gè)通道探頭分別接NRZ和BS，對(duì)照發(fā)光二極管的發(fā)光狀態(tài)，判斷數(shù)字信源單元是否已正常工作（1碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管亮，0碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管熄）；相關(guān)波形圖如下 (a) (2) 用K1產(chǎn)生代碼1110010（為任意代碼，1110010為7位幀同步碼），K2、K3產(chǎn)生任意信息代碼，觀(guān)察本實(shí)驗(yàn)給定的集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)幀結(jié)構(gòu)，和NRZ碼特點(diǎn)。 3. 在掌握本實(shí)驗(yàn)電路原理的前提下，自行設(shè)計(jì)出一個(gè)8位及16位偽隨機(jī)碼產(chǎn)生電路，下載到CPLDFPGA中，用示波器觀(guān)察輸出波形。（具體設(shè)計(jì)方法這里不細(xì)述，有例程參考。） 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察和紀(jì)錄回答：不歸零碼和歸零碼的特點(diǎn)是什么？答: 不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開(kāi)始，需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進(jìn)行定時(shí)或同步；歸零碼的脈沖較窄，根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成