通信原理硬件課程設(shè)計(jì)

1、本word文檔可編輯可修改 通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱 A/D轉(zhuǎn)換 的仿真實(shí)現(xiàn)（硬件部分）專班學(xué)姓業(yè)級(jí)號(hào)名通信 工程XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX指導(dǎo)教師2018年 1月 20日關(guān)注我 實(shí)時(shí)更新 最新資料 前言經(jīng)過幾天通信原理實(shí)驗(yàn) 的學(xué)習(xí)讓我受益菲淺。在通信原理實(shí)驗(yàn)課即將結(jié)束之時(shí)，我對(duì)在這 4天 的學(xué)習(xí)進(jìn)行了總結(jié)，取之長補(bǔ)之短，在今后 的學(xué)習(xí)和 工作中有所受用。這次通信原理實(shí)驗(yàn)，不僅是對(duì)已學(xué) 的通信原理知識(shí) 的一種回顧，更是將這學(xué)期所開設(shè) 的光纖通信，通信電子電路和信息論與編碼 的一種有效鞏固，開始對(duì)數(shù)字基帶信號(hào) 的碼型變換有了更好 的了解。通信原理是通信 工程

2、的重要基石，大三所學(xué) 的都是更為精細(xì)與補(bǔ)充，在不斷 的時(shí)間投入與深入 的沉淀中，體會(huì)到學(xué)習(xí) 的另一番樂趣。通過這次通信原理實(shí)驗(yàn)，我有認(rèn)真地去翻閱思考通信原理 的知識(shí)，認(rèn)真地去上機(jī)調(diào)試每個(gè)硬件模塊，用心地去編寫調(diào)試Matlab程序，也認(rèn)真地寫下這份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，我相信這份用心與耐心是經(jīng)得起考驗(yàn) 的，希望能得到老師 的肯定與優(yōu)秀。 硬件實(shí)驗(yàn)部分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?的通信原理實(shí)驗(yàn)是針對(duì)通信 工程專業(yè)學(xué)生 的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)， 通過這一環(huán)節(jié)，可使學(xué)生鞏固相關(guān)課程知識(shí)，增強(qiáng)動(dòng)手能力，提高學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng) 的仿真技能。在強(qiáng)調(diào)基本原理 的同時(shí)，更突出設(shè)計(jì)過程 的鍛煉，強(qiáng)化學(xué)生 的實(shí)踐創(chuàng)新能力。二、實(shí)驗(yàn)基本要求：1、培養(yǎng)學(xué)生根

3、據(jù)需要選學(xué)參考書，查閱手冊(cè)，圖表和文獻(xiàn)資料 的自學(xué)能力，通過獨(dú)立思考深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析解決問題 的方法。2、通過對(duì)硬件電路 的安裝、調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握通信原理電路 的分析方法和 工程設(shè)計(jì)方法。3、掌握常用儀表 的正確使用方法，學(xué)會(huì)對(duì)電路 的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和相關(guān)指標(biāo)測試方法，提高動(dòng)手能力。4、通過對(duì)通信系統(tǒng) 的仿真模型 的建立及其分析，掌握使用仿真軟件對(duì)實(shí)際通信系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真 的初步技能。5、提高和挖掘?qū)W生對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí) 的應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)， 培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生 的團(tuán)隊(duì)合作精神和科研開發(fā)精神。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)五數(shù)字鎖相環(huán)與位同步一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?的1.2.掌握數(shù)字鎖相環(huán) 工作原理以及觸發(fā)式數(shù)字

4、鎖相環(huán) 的快速捕獲原理。掌握用數(shù)字環(huán)提取位同步信號(hào) 的原理及對(duì)信息代碼 的要求。3.掌握位同步器 的同步建立時(shí)間、同步保持時(shí)間、位同步信號(hào)同步抖動(dòng)等概念。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.2.觀察數(shù)字環(huán) 的失鎖狀態(tài)、鎖定狀態(tài)。觀察數(shù)字環(huán)鎖定狀態(tài)下位同步信號(hào) 的相位抖動(dòng)現(xiàn)象及相位抖動(dòng)大小與固有頻差、信息代碼 的關(guān)系。3.觀察數(shù)字環(huán)位同步器 的同步保持時(shí)間與固有頻差之間 的關(guān)系。 三、基本原理可用窄帶帶通濾波器，鎖相環(huán)來提取位同步信號(hào)。實(shí)驗(yàn)一中用模數(shù)混合鎖相環(huán)（電荷泵鎖相環(huán)）提取位同步信號(hào)，它要求輸入信號(hào)是一個(gè)準(zhǔn)周期數(shù)字信號(hào)。實(shí)驗(yàn)三中 的模擬環(huán)也可以提取位同步信號(hào)，它要求輸入準(zhǔn)周期正弦信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字鎖相環(huán)提取

5、位同步信號(hào)，它不要求輸入信號(hào)一定是周期信號(hào)或準(zhǔn)周期信號(hào)，其 工作頻率低于模數(shù)環(huán)和模擬環(huán)。用于提取位同步信號(hào) 的數(shù)字環(huán)有超前滯后型數(shù)字環(huán)和觸發(fā)器型數(shù)字環(huán)，此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中 的位同步提取模塊用 的是觸發(fā)器型數(shù)字環(huán)，它具有捕捉時(shí)間短、抗噪能力強(qiáng)等特點(diǎn)。位同步模塊原理框圖如圖5-1所示，電原理圖如圖5-2所示（見附錄）。其內(nèi)部僅使用+5V電壓。晶振脈控制器鑒相器量化器沖 BS-OUT展寬S-INuiudNd數(shù)字環(huán)路濾波器N c數(shù)控振BS蕩器P1.7uo圖 5-1位同步器方框圖位同步模塊有以下測試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：S-IN基帶信號(hào)輸入點(diǎn) /測試點(diǎn)（ 2個(gè)）位同步信號(hào)輸出點(diǎn) /測試點(diǎn)（ 3個(gè)）圖 5-1中各單元

6、與電路板上元器件 的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：BS-OUT晶振CRY3：晶體； U39：7404U48：或門 7432；U41：計(jì)數(shù)器 74190U40：D觸發(fā)器 7474控制器鑒相器量化器U45：可編程計(jì)數(shù)器 8254由軟件完成數(shù)字環(huán)路濾波器數(shù)控振蕩U46、U45：8254脈沖展寬器U47：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74123位同步器由控制器、數(shù)字鎖相環(huán)及脈沖展寬器組成，器、數(shù)字環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩器等單元。下面介紹位同步器 的 工作原理。數(shù)字鎖相環(huán)是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，主要器件是單片機(jī)數(shù)字鎖相環(huán)包括數(shù)字鑒相器、量化89C51及可編程計(jì)數(shù)器 8254。環(huán)路中使用了兩片 8254，共六個(gè)計(jì)數(shù)器，分別表示為 8254A、8

7、254A、8254A、8254B、8254B、012018254B。它們分別 工作在 M、M、M三種 工作模式。 M為計(jì)數(shù)中斷方式， M為單穩(wěn)方式，201201M2為分頻方式。除地址線、數(shù)據(jù)線外，每個(gè)入端 G和輸出端 O。8254芯片還有時(shí)鐘輸入端C、門控信號(hào)輸數(shù)字鑒相器電原理圖及波形圖如圖5-3（a）、圖 5-3（b）所示。輸出信號(hào)寬度正比 于信號(hào) u及 u上升沿之間 的相位差，最大值為u 的碼元寬度。稱此鑒相器為觸發(fā)器型iio鑒相器，稱包含有觸發(fā)器型鑒相器 的數(shù)字環(huán)路為觸發(fā)器型數(shù)字鎖相環(huán)。uduiQQRDRDuocpDcpDuiudEcuoEc(a) 電路(b)波形圖 5-3數(shù)字鑒相器量化

8、器把相位誤差變?yōu)槎噙M(jìn)制數(shù)字信號(hào)，它由 工作于 M0方式、計(jì)數(shù)常數(shù)為 N 的 82540為高電平時(shí) 8254BB2完成（ N0為量化級(jí)數(shù)，此處 N=52）。 u0 d作為 8254B 的門控信號(hào)， u2d2進(jìn)行減計(jì)數(shù)， ud為低電平時(shí)禁止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)束后從8254B讀得 的數(shù)字為2N= N -Nd 0 d式中 Nd為 ud脈沖寬度 的量化值（下面用量化值表示脈沖寬度和時(shí)間間隔）0 d，N N，讀數(shù)結(jié)束后再給 8254B2寫入計(jì)數(shù)常數(shù) N0。讀數(shù)時(shí)刻由 8254A2控制，它 工作在 M模式，計(jì)數(shù)常1數(shù)為 N，u作為門控信號(hào)。一個(gè) u脈沖使 8254A產(chǎn)生一個(gè)寬度為 N 的負(fù)脈沖，倒相后變0 i i

9、 2 0為正脈沖送到 89C51 的 INT 1端，而 89C51 的外中斷 1被設(shè)置為負(fù)跳變中斷申請(qǐng)方式。由于 8254A產(chǎn)生 的脈沖寬度不小于 u脈沖寬度且它們 的前沿處于同一時(shí)刻，所以可以確2d保中斷申請(qǐng)后對(duì) 8254B讀數(shù)時(shí)它已停止計(jì)數(shù)。2數(shù)字環(huán)路濾波器由軟件完成?？刹捎迷S多種軟件算法，一種簡單有效 的方法是對(duì)一組N作平均處理。設(shè)無噪聲時(shí)環(huán)路鎖定后0u與 u 的相位差為 N/2，則在噪聲 的作用下，鎖i o 0定時(shí) 的相位誤差可能大于處理可以減小噪聲 的影響，N/2也可能小于 N/2。這兩種情況出現(xiàn) 的概率相同，所以平均00m個(gè) N值 的平均值為dm（5-2）N dN di mi1數(shù)字

10、濾波器 的輸出為N = N / 2 + Nd(5-3）5-4所示，圖co數(shù)控振蕩器由四個(gè) 8254計(jì)數(shù)器及一些門電路構(gòu)成，其原理框圖如圖中已注明了各個(gè)計(jì)數(shù)器 的 工作方式和計(jì)數(shù)常數(shù)。以下分析環(huán)路 的鎖定狀態(tài)及捕捉過程，此時(shí)不考慮噪聲 的影響。 +G 6u6G5uoN oOO8254A 1C8254B 1Nc- 3CMM2NoM 2Nc- 2GGG4G 3O u5N c- 28254B0CNo1Nc- 2OGN o8254A 0Cu1M 1N oG2G1u3u4Gu2P1.4圖 5-4數(shù)控振蕩器環(huán)路開始 工作時(shí)，軟件使8254B和 8254B輸出高電平，從而使 8254A處于計(jì)數(shù) 工作狀0 1

11、1態(tài)、8254B處于停止計(jì)數(shù)狀態(tài)， G處于開啟狀態(tài)， 8254A輸出一個(gè)周期為 N 的周期信號(hào)。1610若環(huán)路處于鎖定狀態(tài)，則N=N/2，由式（ 5-1）及式（ 5-2）得 N=N/2。此時(shí) 89c51 的d 0 d 0P口不輸出觸發(fā)脈沖， 8254A輸出端仍保持初始化時(shí) 的高電平，從而使8254B 的門控01.40端 G保持低電平、輸出端 O保持高電平。這樣可保持8254A、8254B 的 工作狀態(tài)不變、11環(huán)路仍處于鎖定狀態(tài)。若環(huán)路失鎖，則NN/2，N N/2，P口輸出一個(gè)正脈沖 u，d0d01.42在 u作用下， 8254A輸出一個(gè)寬度為 N 的負(fù)脈沖，倒相后變?yōu)檎}沖u送給與門 G。G

12、220032 的另一個(gè)輸入信號(hào) u來自 8254A。在 G輸出 的寬度為 N 的正脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)， 8254A11110一定有（也只有）一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)輸入，此負(fù)脈沖經(jīng) G倒相后與 G輸出 的正脈沖相與后41給 8254B 的 G端送一個(gè)觸發(fā)信號(hào) u。在 u 的作用下， 8254B輸出一個(gè)寬度為 N-2 的負(fù)04400脈沖。在這段時(shí)間內(nèi)， 8254A停止計(jì)數(shù) 工作， 8254B進(jìn)行減計(jì)數(shù)且在此時(shí)間內(nèi) 的最后一1 1個(gè)時(shí)鐘周期輸出一個(gè)負(fù)脈沖。8254B0輸出 的負(fù)脈沖 的后沿重新啟動(dòng)8254A，使它重新作1N0分頻。設(shè) m=1，上述過程 的有關(guān)波形如圖 5-5所示，圖中 u為環(huán)路鎖定狀態(tài)下數(shù)控O5

13、-5可見，不管失鎖時(shí)相位誤差多少（不會(huì)大于振蕩器 的輸出信號(hào)。由圖N），只要對(duì)0數(shù)控振蕩器作一次調(diào)整，就可使環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)快速捕捉。程序流程如圖 5-6所示，輸入信號(hào) u使 IE1置“ 1”，且使 8254B計(jì)數(shù)，對(duì) IE1進(jìn)行位i 2操作時(shí)又使之置“ 0”。由于量化誤差，故當(dāng)Nd為 N02，N/21或 N/21時(shí)，環(huán)路皆0 0m=16，進(jìn)行 16次鑒相后做一次平處于鎖定狀態(tài)，不對(duì)數(shù)控振蕩器進(jìn)行調(diào)整。程序中令均運(yùn)算，若發(fā)現(xiàn)環(huán)路失鎖，則對(duì)數(shù)控振蕩器進(jìn)行一次調(diào)整?？刂破?的作用是保證每次對(duì)8254B進(jìn)行讀操作之前鑒相器只輸出一個(gè)正脈沖，它由或2門 7432（U5:B）及 16分頻器 7

14、4190（U13）組成。 N ON2N ONOuiNONddu1u2u3N Ou41u5N -2C8254B開始計(jì)數(shù)0ON /2 + N d- 1N -3C8254B開始計(jì)數(shù)1u6NON +1ONONOuO1uO圖 5-5捕獲過程波形當(dāng)數(shù)字環(huán)輸入信號(hào) 的碼速率與數(shù)控振蕩器 的固有頻率完全相同時(shí)，環(huán)路鎖定后輸入信號(hào)與反饋信號(hào)（即位同步信號(hào)） 的相位關(guān)系是固定 的且符合抽樣判決器 的要求（當(dāng)然開環(huán)時(shí)它們 的相位誤差也是固定 的，但不符合抽樣判決器 的要求）。輸入信號(hào)碼速率決定于發(fā)送端 的時(shí)鐘頻率，數(shù)控振蕩器固有頻率決定于位同步器 的時(shí)鐘頻率和數(shù)控振蕩器固有分頻比。由于時(shí)鐘信號(hào)頻率穩(wěn)定度是有限 的，

15、故這兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào) 的頻率不可能完全相同，因此鎖相環(huán)輸入信號(hào)碼速率與數(shù)控振蕩器固有頻率不可能完全相等（即環(huán)路固有頻差不為 0）。數(shù)字環(huán)位同步器是一個(gè)離散同步器，只有當(dāng)輸入信號(hào) 的電平發(fā)生跳變時(shí)才可能對(duì)輸入信號(hào) 的相位和反饋信號(hào) 的相位進(jìn)行比較從而調(diào)整反饋信號(hào) 的相位，在兩次相位調(diào)整 的時(shí)間間隔內(nèi)，反饋信號(hào) 的相位相對(duì)開始初始化于輸入信號(hào) 的相位是變化 的，即數(shù)字環(huán)位同步求平均值 NdLOOP器提取 的位同步信號(hào) 的相位是抖動(dòng) 的，即使輸入信號(hào)無噪聲也是如此。LOOPN / 2o是m=16,IE1=0LOOP1NdN / 2 1 ?oN / 2 1o置 8254B 工作方式 ,2計(jì)數(shù)常數(shù) ,P1.

16、7=0否否Nc1 N oN d2IE1=1?顯然，收發(fā)時(shí)鐘頻率穩(wěn)定度越高，數(shù)字環(huán) 的固有頻差就越小，提取 的位同步信號(hào) 的相位抖動(dòng)范圍越小。反之，對(duì)同步信號(hào) 的相位抖動(dòng)要求越嚴(yán)格，則收發(fā)時(shí)鐘 的頻率穩(wěn)定度也應(yīng)越高。是置 8254B0和 8254B 1P1.7=1讀 8254B 2 工作方式 ,計(jì)數(shù)常數(shù)是否讀數(shù)大于 N ?0否P1.4口輸出一個(gè)正脈沖累加運(yùn)算累加了 m次 ?LOOP位同步信號(hào)抖動(dòng)范圍還與數(shù)字位同步器輸入信號(hào) 的連“ 1”或“ 0”個(gè)數(shù)有關(guān)，連“ 1”或“0”個(gè)數(shù)越多，兩次相位調(diào)整之間 的時(shí)間間是圖 5-6鎖相環(huán)程序流程隔越長，位同步信號(hào) 的相位抖動(dòng)越大。 對(duì)于 NRZ碼來說，允許

17、其連“ 1”、連“ 0” 的個(gè)數(shù)決定于數(shù)字環(huán) 的同步保持時(shí)間t。t cc與收發(fā)時(shí)鐘頻率穩(wěn)定度B、碼速率 R、允許 的同步誤差最大值2 的關(guān)系為：t C =/（2R）BtC 的定義是：位同步器輸入信號(hào)斷開后，收發(fā)位同步信號(hào)相位誤差不超過 的時(shí)間。2關(guān)于數(shù)字環(huán)位同步器 的 工作原理，可參考文獻(xiàn)3、4、5。用模擬環(huán)位同步器或模數(shù)環(huán)位同步器提取 的位同步信號(hào) 的相位抖動(dòng)與固有頻差無關(guān)，但隨信息碼連“ 1”、連“ 0” 的個(gè)數(shù)增多而增大。四、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元和位同步單元。1、熟悉位同步單元 工作原理。將數(shù)字信源單元 的NRZ-OUT用信號(hào)連線連接到位同步單元 的 S-IN點(diǎn)，接通實(shí)驗(yàn)箱電源

18、。調(diào)整信源模塊 的 K1、K2、K3開關(guān)，使 NRZ-OUT 的連“ 0”和連“ 1”個(gè)數(shù)較少。2、觀察數(shù)字環(huán) 的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。將示波器 的兩個(gè)探頭分別接數(shù)字信源單元 的NRZ-OUT和位同步單元 的 BS-OUT，調(diào)節(jié)C2，觀察數(shù)字環(huán) 的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。鎖定時(shí) BS-OUT信號(hào)位同步單元上 的可變電容上升沿位于 NRZ-OUT信號(hào) 的碼元中間且在很小范圍內(nèi)抖動(dòng)；很大，可能超出一個(gè)碼元寬度范圍，變得模糊混亂。3、觀察位同步信號(hào)抖動(dòng)范圍與位同步器輸入信號(hào)連“失鎖時(shí)， BS-OUT 的相位抖動(dòng)1”或連“ 0”個(gè)數(shù) 的關(guān)系。調(diào)節(jié)可變電容使環(huán)路鎖定且BS-OUT信號(hào)相位抖動(dòng)范圍最小（即固有頻

19、差最小），增大 NRZ-OUT信號(hào) 的連“ 0”或連“ 1”個(gè)數(shù)，觀察 BS-OUT信號(hào) 的相位抖動(dòng)變化情況。4、觀察位同步器 的快速捕捉現(xiàn)象、位同步信號(hào)相位抖動(dòng)大小及同步保持時(shí)間與環(huán)路固有頻差 的關(guān)系。先使 BS-OUT信號(hào) 的相位抖動(dòng)最小，按一下復(fù)位鍵，觀察 NRZ-OUT與 BS-OUT信號(hào) 的之間 的相位關(guān)系變化快慢情況，再按一下復(fù)位鍵，觀察快速捕捉現(xiàn)象（位同步信號(hào)BS-OUT 的相位一步調(diào)整到位）。再微調(diào)位同步單元 的可變電容C2（即增大固有頻差）當(dāng) BS-OUT相位抖動(dòng)增大時(shí)按一下復(fù)位鍵，觀察況并與固有頻差最小時(shí)進(jìn)行定性比較。NRZ-OUT信號(hào)與 BS-OUT信號(hào) 的相位關(guān)變化快慢

20、情五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果無抖動(dòng)有抖動(dòng) 連 0連 1六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、這個(gè)實(shí)驗(yàn)中可對(duì) DCO 的分頻比任意調(diào)節(jié)，一次調(diào)節(jié)就可以使環(huán)路鎖定，而在超前滯后型數(shù)字環(huán)中每次調(diào)節(jié)只能使 DCO 的分頻比增大 1或者減 1，需多次調(diào)節(jié)才能使環(huán)路鎖定。2、輸入 NRZ碼連“1”或連“0”個(gè)數(shù)增加時(shí)，鑒相器輸出脈沖 的平均周期增大，數(shù)字環(huán)路濾波器輸出 的控制信號(hào)平均周期增大，即需要經(jīng)過更長 的時(shí)間才對(duì) DCO 的相位調(diào)整一次。而 DCO輸出 的位同步信號(hào)重復(fù)頻率與環(huán)路輸入 的 NRZ碼 的碼速率之間有一定誤差，當(dāng)對(duì) DCO不進(jìn)行相位 的調(diào)整時(shí)，其輸出信號(hào) 的上升沿與碼元中心之間 的偏差將不斷增大，相位調(diào)節(jié)時(shí)間間隔越長這

21、種偏差越大，即位同步信號(hào)相位抖動(dòng)越大。3、固有頻差越大， DCO輸出位同步信號(hào)與環(huán)路輸入信號(hào)之間 的相位誤差增大 的越快，而環(huán)路對(duì) DCO 的相位調(diào)節(jié)時(shí)間間隔，平均值是不變 的（當(dāng)輸入信號(hào)一定時(shí)），故當(dāng)固有頻差增大時(shí)，位同步信號(hào) 的同步抖動(dòng)范圍增大。實(shí)驗(yàn)六幀同步一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?的1.2.掌握巴克碼識(shí)別原理。掌握同步保護(hù)原理。3.掌握假同步、漏同步、捕捉態(tài)、維持態(tài)概念。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.2.觀察幀同步碼無錯(cuò)誤時(shí)幀同步器 的維持態(tài)。觀察幀同步碼有一位錯(cuò)誤時(shí)幀同步器 的維持態(tài)和捕捉態(tài)。 3.觀察同步器 的假同步現(xiàn)象和同步保護(hù)作用。三、基本原理在時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)中，為了正確地傳輸信息，必須在信息碼流中插入一

22、定數(shù)量 的幀同步碼，可以集中插入、也可以分散插入。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中幀同步識(shí)別碼為中插入到每幀 的第 2至第 8個(gè)碼元位置上。幀同步模塊 的原理框圖如圖理圖如圖 6-2所示（見附錄），其內(nèi)部只使用 +5V電壓。本模塊有以下測試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：7位巴克碼，集6-1所示，電原S-INBS-INGAL24TH數(shù)字基帶信號(hào)輸入點(diǎn)（ 2個(gè)）位同步信號(hào)輸入點(diǎn)（ 2個(gè)）巴克碼識(shí)別器輸出信號(hào)測試點(diǎn)24分頻器輸出信號(hào)測試點(diǎn)判決門限電平測試點(diǎn)FS幀同步信號(hào)測試點(diǎn)圖 6-1中各單元與電路板上元器件 的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：24分頻器移位寄存器相加器U60、U61：計(jì)數(shù)器 4017；U58:C、U58:E：或門 4071U50、U

23、51：四位移位寄存器 74175U52：可編程邏輯器件 GAL20V8U53：可編程邏輯器件 GAL20V8U59：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 4528U56:A：與門 7408判決器單穩(wěn)與門 1與門 2U56:C：與門 4708與門 3U56:D：與門 7408與門 4U56:B：與門 7408或門U58:A：或門 40713分頻器U54：計(jì)數(shù)器 4017觸發(fā)器U55： JK觸發(fā)器 4027 FS-OUT2424單穩(wěn)BS-IN與門 3與門4或門S觸 Q與門相判S-IN移位加器決器發(fā)寄存器與門2GALTH13R器 Q置零VC圖 6-1幀同步模塊原理框圖從總體上看，本模塊可分為巴克碼識(shí)別器及同步保護(hù)兩部分。巴

24、克碼識(shí)別器包括移位寄存器、相加器和判決器，圖6-1中 的其余部分完成同步保護(hù)功能。移位寄存器由兩片 74175組成，移位時(shí)鐘信號(hào)是位同步信號(hào)。當(dāng)入移位寄存器時(shí)， U50 的 Q、Q、Q、Q及 U51 的 Q、Q、Q都為 1，它們輸入到相加器7位巴克碼全部進(jìn)1234234U52 的數(shù)據(jù)輸入端 DD，U52 的輸出端 Y、Y、Y都為 1，表示輸入端為 7個(gè) 1。若 Y YY =10006012210時(shí)，表示輸入端有 4個(gè) 1，依此類推， Y Y Y 的不同狀態(tài)表示了 U52輸入端為 1 的個(gè)數(shù)。210判決器 U53有 6個(gè)輸入端。 IN2、 IN1、IN0分別與 U52 的 Y2、Y1、Y0相連，

25、 L2、L1、L與判01也可能決門限控制電壓相連， L、L已設(shè)置為 1，而 L由同步保護(hù)部分控制，可能為210為 0。在幀同步模塊電路中有三個(gè)發(fā)光二極管指示燈、L、L一一對(duì)應(yīng)，燈亮對(duì)應(yīng)0P1、P2、P3與判決門限控制電壓相1，燈熄對(duì)應(yīng) 0。判決電平測試點(diǎn)對(duì)應(yīng)，即從左到右與L21TH就是 L0信號(hào)，它與最右邊 的指示燈P3狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。當(dāng) L2 1 0L L =111時(shí)門限為 7，三個(gè)燈全亮， TH為高電平；當(dāng) L21 0L L =110時(shí)門限為 6，P1和 P2亮，而 P3熄， TH為低電平。當(dāng) U52輸入端為 1 的個(gè)數(shù)（即 U53 的 IN2IN1IN0）大于或等于判決門限于L L L，識(shí)別

26、器2 1 0就會(huì)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。當(dāng)基帶信號(hào)里 的幀同步碼無錯(cuò)誤時(shí)（七位全對(duì)）入給移位寄存器，識(shí)別器就會(huì)有幀同步識(shí)別信號(hào)，把位同步信號(hào)和數(shù)字基帶信號(hào)輸GAL輸出，各種信號(hào)波形及時(shí)序關(guān)系如圖 6-3所示， GAL信號(hào) 的上升沿與最后一位幀同步碼 的結(jié)束時(shí)刻對(duì)齊。圖中還給出了24信號(hào)及幀同步器最終輸出 的幀同步信號(hào)FS-OUT，F(xiàn)S-OUT 的上升沿稍遲后于 GAL 的上升沿。 S-INGAL 24FS-OUT圖 6-324信號(hào)是將位同步信號(hào)進(jìn)行幀同步器信號(hào)波形24分頻得到 的，其周期與幀同步信號(hào) 的周期相同（因?yàn)橐粠?24位是確定 的），但其相位不一定符合要求。當(dāng)識(shí)別器輸出一個(gè)，在 GAL信號(hào)和

27、同步保護(hù)器 的作用下， 24電路置零，從而使輸出 的 24信號(hào)下降沿與 GAL信號(hào) 的上升沿對(duì)齊。 24信號(hào)再送給后級(jí) 的單穩(wěn)GAL脈沖信號(hào)時(shí)（即捕獲到一組正確 的幀同步碼）電路，單穩(wěn)設(shè)置為下降沿觸發(fā)，其輸出信號(hào) 的上升沿比24信號(hào) 的下降沿稍有延遲。FS是由同步保護(hù)器中 的與門 3對(duì)單穩(wěn)輸出 的信號(hào)及狀態(tài)同步器最終輸出 的幀同步信號(hào)觸發(fā)器 的 Q端輸出信號(hào)進(jìn)行“與”運(yùn)算得到 的。電路中同步保護(hù)器 的作用是減小假同步和漏同步。當(dāng)無基帶信號(hào)輸入（或雖有基帶信號(hào)輸入但相加器輸出低于門限值）時(shí)，識(shí)別器沒有輸出（即輸出為 0），與門 1關(guān)閉、與門 2打開，單穩(wěn)輸出信號(hào)通過與門3電路，3電路 的輸出信號(hào)

28、使?fàn)顟B(tài)觸發(fā)器置 “0”，從而關(guān)閉與門 3，同步器無輸出信號(hào)，7（ P3燈亮）、且關(guān)閉或門、打開與門 1，同步器處2后輸入到此時(shí) Q 的高電平把判決器 的門限置為于捕捉態(tài)。只要識(shí)別器輸出一個(gè)GAL信號(hào)（因?yàn)榕袥Q門限比較高，這個(gè)GAL信號(hào)是正確 的幀同步信號(hào) 的概率很高），與門 4就可以輸出一個(gè)置零脈沖使24分頻器置零， 24分頻器輸出與 GAL信號(hào)同頻同相 的 的周期信號(hào)（見圖 6-3）。識(shí)別器輸出 的 GAL脈沖信號(hào)通過與門 1后使?fàn)顟B(tài)觸發(fā)器置“ 1”，從而打開與門 3，輸出幀同步信號(hào) FS-OUT，同時(shí)使判決器門限降為6（P3燈熄）、打開或門、同步器進(jìn)入維持狀態(tài)。在維持狀態(tài)下，因?yàn)榕袥Q門限較

29、低，故識(shí)別器 的漏識(shí)別概率減小，假識(shí)別概率增加。但假識(shí)別信號(hào)與單穩(wěn)輸出信號(hào)不同步，故與門1、與門 4不輸出假識(shí)別信號(hào)，從而使假識(shí)別信號(hào)不影響24電路 的 工作狀態(tài)，與門 3輸出 的仍是正確 的幀同步信號(hào)。實(shí)驗(yàn)中可根據(jù)判決門限指示燈P3判斷同步器處于何種狀態(tài)，P3亮為捕捉態(tài)， P3熄為同步態(tài)。在維持狀態(tài)下，識(shí)別器也可能出現(xiàn)漏識(shí)別。識(shí)別 的概率更小。只要識(shí)別器不連續(xù)出現(xiàn)三次漏識(shí)別，則持狀態(tài)保持不變。若識(shí)別器連續(xù)出現(xiàn)三次漏識(shí)別，則持狀態(tài)變?yōu)椴蹲綉B(tài)，重新捕捉幀同步碼。但由于漏識(shí)別概率比較小，連續(xù)幾幀出現(xiàn)漏3電路不輸出脈沖信號(hào)，維3電路輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，使維不難看出，若識(shí)別器第一次輸出 的脈沖信號(hào)為假識(shí)

30、別信號(hào)（即首次捕獲到 的是信息數(shù)據(jù)中與幀同步碼完全相同 的碼元序列），則系統(tǒng)將進(jìn)入錯(cuò)誤 的同步維持狀態(tài)，由于本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是連續(xù)傳輸以一幀為周期 的周期信號(hào)，所以此狀態(tài)將維持下去，但在實(shí)際 的信息傳輸中不會(huì)連續(xù)傳送這種周期信號(hào)，因此連續(xù)幾幀都輸出假識(shí)別信號(hào) 的概率極小，所以這種錯(cuò)誤 的同步維持狀態(tài)存在 的時(shí)間是短暫 的。當(dāng)然，同步保護(hù)器中 的 3電路 的分頻比也可以設(shè)置為其它值，此值越大，在維持狀態(tài)下允許 的識(shí)別器 的漏識(shí)別概率也越大。 在維持態(tài)下對(duì)同步信號(hào) 的保護(hù)措施稱為前方保護(hù)，在捕捉態(tài)下 的同步保護(hù)措施稱為后方保護(hù)。本同步器中捕捉態(tài)下 的高門限屬于后方保護(hù)措施之一，它可以減少假同步概率，當(dāng)然

31、還可以采取其它電路措施進(jìn)行后方保護(hù)。低門限及3電路屬于前方保護(hù)，它可以保護(hù)已建立起來 的幀同步信號(hào)，避免識(shí)別器偶爾出現(xiàn) 的漏識(shí)別造成幀同步器丟失幀同步信號(hào)即減少漏同步概率。同步器中 的其它保護(hù)電路用來減少維持態(tài)下 的假同步概率。四、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元及幀同步單元。1、熟悉幀同步單元 的 工作原理，將信源單元 的NRZ-OUT、BS-OUT用信號(hào)連線分別與幀同步單元 的 S-IN、BS-IN對(duì)應(yīng)相連，接通實(shí)驗(yàn)箱電源。2、觀察同步器 的維持態(tài)（同步態(tài)）將數(shù)字信源單元 的 K1（左邊 的 8位微動(dòng)開關(guān)）置于 111 0010狀態(tài) (110010為幀同步碼，是無定義位，可任意置“1”或置“

32、 0”)，K2置為 1000 0000狀態(tài)、 K3則置為全0狀態(tài)，示波器 CH1接信源單元 的 NRZ-OUT，CH2分別接幀同步單元 的 GAL、 24、 TH及 FS，觀察并紀(jì)錄上述信號(hào)波形以及與 NRZ-OUT 的相位關(guān)系（注意： TH為 0電平，幀同步模塊 的 P3指示燈熄， P1、P2亮，表示識(shí)別門限為 6）。使信源 的幀同步碼（注意是K1 的第 2位到第 8位）中錯(cuò)一位，重新觀察上述信號(hào)，此時(shí) GAL、24、TH、FS應(yīng)不變。使信源幀同步碼再錯(cuò)一位重作上述觀察。（此時(shí)同步器應(yīng)轉(zhuǎn)入捕捉態(tài)，僅 24波形不變，請(qǐng)根據(jù)原理框圖分析思考此過程）。3、觀察同步器 的捕捉態(tài)（失步態(tài)）上步中電路已

33、經(jīng)由同步態(tài)變?yōu)椴蹲綉B(tài)，示波器仍觀察 24信號(hào)，此時(shí)斷開電源，再接通電源，可看到 24波形 的下降沿已不再對(duì)準(zhǔn)第一個(gè)數(shù)據(jù)位（相位隨機(jī)）信號(hào)可見 TH為高電平， FS無輸出。將信源 K1從剛才錯(cuò)兩位狀態(tài)還原為僅錯(cuò)一位狀態(tài)，觀察 24信號(hào)相位是否變化。再將信源 K1還原為正確 的幀同步碼 (1110010)，觀察24信號(hào)相位變化原因，從而理解同步器從失步態(tài)轉(zhuǎn)為，觀察其他24信號(hào)相位是否變化。分析同步態(tài) 的過程。4、觀察識(shí)別器假識(shí)別現(xiàn)象及同步保護(hù)器 的保護(hù)作用。上步中同步器轉(zhuǎn)為同步狀態(tài)后，使信源單元 的K2或 K3中出現(xiàn) 1110010狀態(tài)（與1110010狀態(tài)有一位不同 的狀態(tài)也可），示波器 CH1

34、接 NRZ-OUT，CH2分別接 GAL和 FS，觀察識(shí)別器假識(shí)別現(xiàn)象，理解同步保護(hù)電路 的保護(hù)作用。 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果步驟 4 CH2接 GAL接 FSGAL接除以 24接 TH接 FS錯(cuò)兩位接 GAL錯(cuò)兩位除以 24 錯(cuò)兩位 TH錯(cuò)兩位 FS錯(cuò)兩位斷開電源，接通電源除以 24波形返回錯(cuò)一位除以 24六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、同步保護(hù)電路假識(shí)別信號(hào)與或門輸出信號(hào)不同步，與門 1輸出中無假識(shí)別信號(hào)。因而，假識(shí)別信號(hào)不能通過與門 4，所以單穩(wěn)輸出信號(hào)僅與負(fù)同步碼對(duì)應(yīng) 的識(shí)別信號(hào)有關(guān)，而與假識(shí)別無關(guān)，這樣假識(shí)別信號(hào)就不能形成假同步信號(hào)。2、同步器由同步態(tài)轉(zhuǎn)為捕捉態(tài)時(shí) 24信號(hào)相位判決器無輸入，與門 4無輸出

35、，故 24分頻電路無復(fù)位脈沖，其輸出 的 24分頻信號(hào)相位保持不變。 實(shí)驗(yàn)七時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?的1.2.掌握時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng) 的基本原理及數(shù)字信號(hào)傳輸過程。掌握位同步信號(hào)抖動(dòng)、幀同步信號(hào)錯(cuò)位對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸 的影響。3.掌握位同步信號(hào)、幀同步信號(hào)在數(shù)字分接中 的作用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.用數(shù)字信源模塊、數(shù)字終端模塊、位同步模塊及幀同步模塊連成一個(gè)理想信道時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)，使系統(tǒng)正常 工作。2.3.觀察位同步信號(hào)抖動(dòng)對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸 的影響。觀察幀同步信號(hào)錯(cuò)位對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸 的影響。4.用示波器觀察分接后 的數(shù)據(jù)信號(hào)、用于數(shù)據(jù)分接 的幀同步信號(hào)、位同步信號(hào)。三、基本原理

36、本實(shí)驗(yàn)要使用數(shù)字終端模塊。1.數(shù)字終端模塊 工作原理：原理框圖如圖 7-1所示，電原理圖如圖 7-2所示 (見附錄 )。它輸入單極性非歸零信號(hào)、位同步信號(hào)和幀同步信號(hào)，把兩路數(shù)據(jù)信號(hào)從時(shí)分復(fù)用信號(hào)中分離出來，輸出兩路串行數(shù)據(jù)信號(hào)和兩個(gè)8位 的并行數(shù)據(jù)信號(hào)。兩個(gè)并行信號(hào)驅(qū)動(dòng) 16個(gè)發(fā)光二極管，左邊 88個(gè)發(fā)光二極管顯示第二路數(shù)據(jù)，二極管亮狀態(tài)表個(gè)發(fā)光二極管顯示第一路數(shù)據(jù)，右邊示“1”，熄滅狀態(tài)表示“ 0”。兩個(gè)串行數(shù)據(jù)信號(hào)碼速率為數(shù)字源輸出信號(hào)碼速率 的1/3。在數(shù)字終端模塊中，有以下測試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：S-INSDBDFDD1B1F1時(shí)分復(fù)用基帶信號(hào)輸入點(diǎn)抽樣判后 的時(shí)分復(fù)用信號(hào)測試點(diǎn)延遲后

37、的位同步信號(hào)測試點(diǎn)整形后 的幀同步信號(hào)測試點(diǎn)分接后 的第一路數(shù)字信號(hào)測試點(diǎn)第一路位同步信號(hào)測試點(diǎn)第一路幀同步信號(hào)測試點(diǎn)分接后 的第二路數(shù)字信號(hào)測試點(diǎn)第二路位同步信號(hào)測試點(diǎn)第二路幀同步信號(hào)測試點(diǎn)D2B2F2 顯示BDBS-IN延遲 1D1并/串變換串/并變換BDF1B1S-INSD-D延遲 2FS-IN整形D2FD串/并變換并/串變換FD-7FD-15FD-8延遲 3F2B2顯示FD-163圖 7-1數(shù)字終端原理方框圖圖 7-1中各單元與電路板上元器件對(duì) 的應(yīng)關(guān)系如下：延遲 1延遲 2U63：單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 4528U62:A：D觸發(fā)器 4013整形U64:A：單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 4528；U6

38、2:B：D觸發(fā)器 4013U67、U68、U69：移位寄存器 40174延遲 33U72：內(nèi)藏譯碼器 的二進(jìn)制寄存器U65、U70：八級(jí)移位寄存器 40944017串/并變換并/串變換U66、U71：八級(jí)移位寄存器 4014(或 4021)三極管 9013；發(fā)光二極管顯示延遲 1、延遲 2、延遲 3、整形及 3等 5個(gè)單元可使串 /并變換器和并 /串變換器 的輸入信號(hào) SD、位同步信號(hào)及幀同步信號(hào)滿足正確 的相位關(guān)系，如圖 7-3所示。移位寄存器 40174把 FD延遲 7、8、15、16個(gè)碼元周期，得到 FD-7、FD-15、FD-8（即F1）和 FD-16（即 F2）等 4個(gè)幀同步信號(hào)。在

39、 FD-7及 BD 的作用下， U65（4094）將第一路串行信號(hào)變成第一路 8位并行信號(hào)，在 FD-15和 BD作用下， U70（4094）將第二路串行信號(hào)變成第二路 8位并行信號(hào)。在 F1及 B1 的作用下， U66（ 4014）將第一路并行信號(hào)變?yōu)榇行盘?hào) D1，在 F2及 B2 的作用下， U71（ 4014）將第二路并行信號(hào)變?yōu)榇行盘?hào) D2。B1和 B2 的頻率為位同步信號(hào) BS頻率 的 1/3，D1信號(hào)、 D2信號(hào) 的碼速率為信源輸出信號(hào)碼速率 的 1/3。U65、U70輸出 的并行信號(hào)送給顯示單元。根據(jù)數(shù)字信源和數(shù)字終端對(duì)應(yīng) 的發(fā)光二極管 的亮熄狀態(tài)，可以判斷數(shù)據(jù)傳輸是否正確。

40、串/并變換及并 /串變換電路都有需要位同步信號(hào)和幀同步信號(hào)，還要求幀同步信號(hào)因而送給移位寄存 的寬度為一個(gè)碼元周期且其上升沿應(yīng)與第一路數(shù)據(jù) 的起始時(shí)刻對(duì)齊，器 U67 的幀同步信號(hào)也必須符合上述要求。但幀同步模塊提供 的幀同步信號(hào)脈沖寬度大于兩個(gè)碼元 的寬度，且?guī)矫}沖 的上升沿超前于數(shù)字信源輸出 的基帶信號(hào)第一路數(shù)據(jù) 的起始時(shí)刻約半個(gè)碼元（幀同步脈沖上升沿略遲后于位同步信號(hào) 的上升沿，而位同步信 號(hào)上升沿位于位同步器輸入信號(hào) 的碼元中間，由幀同步器 工作原理可得到上述結(jié)論），故不能直接將幀同步器提取 的幀同步信號(hào)送到移位寄存器終端模塊將幀同步器提取 的幀同步信號(hào)送到單穩(wěn)U67 的輸入端。U

41、64 的輸入端，單穩(wěn) U64設(shè)為上升沿觸發(fā)狀態(tài)，其輸出脈沖寬度略小于一個(gè)碼元寬度，然后用位同步信號(hào)BD對(duì)單穩(wěn)輸出抽樣后得到 FD，如圖 7-3所示。數(shù)據(jù) 1數(shù)據(jù) 2幀同步SDFDFD-7FD-8 ( F1 )FD-15FD-16 ( F2 )BDB1B2圖 7-3變換后 的信號(hào)波形應(yīng)指出 的是，當(dāng)數(shù)字終端采用其它電路或分接出來 的數(shù)據(jù)有其它要求時(shí)，對(duì)位同步信號(hào)及幀同步信號(hào) 的要求將有所不同，但不管采用什么電路，都需要符合某種相位關(guān)系 的幀同步信號(hào)和位同步信號(hào)才能正確分接出時(shí)分復(fù)用 的各路信號(hào)。2.時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)圖 7-5為時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)原理方框圖。復(fù)接器輸出時(shí)分復(fù)用單極性不

42、歸零碼（NRZ碼），碼型變換器將 NRZ碼變?yōu)檫m于信道傳輸 的傳輸碼（如HDB碼等），發(fā)濾波器3主要用來限制基帶信號(hào)頻帶，收濾器可以濾除一部分噪聲，同時(shí)與發(fā)濾波器、信道一起構(gòu)成無碼間串?dāng)_ 的基帶傳輸特性。復(fù)接器和分接器都需要位同步信號(hào)和幀同步信號(hào)。m (t)D (t)1發(fā)送濾波接收濾1碼型變復(fù)接器識(shí)別器碼型反變換分接器信道D (t)Nm (t)NFSBS換波器器噪幀同位同步幀同位同步器BS聲步器步圖 7-5時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng) 本實(shí)驗(yàn)中復(fù)接路數(shù) N=2，信道是理想 的、即相當(dāng)于將發(fā)濾波器輸出信號(hào)無失真地傳輸?shù)绞諡V波器。為簡化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，收、發(fā)濾波器也被省略掉。本實(shí)驗(yàn) 的主要目 的是掌握位同步信號(hào)及幀同步信號(hào)在數(shù)字基帶傳輸中 的作用，可省略碼型變換和反變換單元。故也四、實(shí)驗(yàn)步驟本次實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源、位同步、幀同步、數(shù)字終端這四個(gè)單元。它們 的信號(hào)連接關(guān)系如圖 7-6所示，其中實(shí)線表示實(shí)驗(yàn)板上已經(jīng)布好，虛線表示實(shí)驗(yàn)中要手 工連接 的信號(hào)線（共四根）。1.復(fù)習(xí)位同步、幀同步 的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并熟悉數(shù)字終端單元 工作原理，按照?qǐng)D 7-6將這四個(gè)模塊連在一起，接通實(shí)驗(yàn)箱電源。NRZ-OUTS-IN數(shù)字信源數(shù)字終端