實驗三 AMI

1、實驗三 AMI/HDB3碼型變換預(yù)習(xí)報告一、 實驗原理1 AMI碼AMI碼的全稱是傳號交替反轉(zhuǎn)碼。這是一種將消息代碼0（空號）和1（傳號）按如下規(guī)則進(jìn)行編碼的碼：代碼的0仍變換為傳輸碼的0，而把代碼中的1交替地變換為傳輸碼的+1、1、+1、1由于AMI碼的傳號交替反轉(zhuǎn)，故由它決定的基帶信號將出現(xiàn)正負(fù)脈沖交替，而0電位保持不變的規(guī)律。由此看出，這種基帶信號無直流成分，且只有很小的低頻成分，因而它特別適宜在不允許這些成分通過的信道中傳輸。由AMI碼的編碼規(guī)則看出，它已從一個二進(jìn)制符號序列變成了一個三進(jìn)制符號序列，即把一個二進(jìn)制符號變換成一個三進(jìn)制符號。把一個二進(jìn)制符號變換成一個三進(jìn)制符號所構(gòu)成的碼

2、稱為1B/1T碼型。 AMI碼除有上述特點外，還有編譯碼電路簡單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點，它是一種基本的線路碼，并得到廣泛采用。但是，AMI碼有一個重要缺點，即接收端從該信號中來獲取定時信息時，由于它可能出現(xiàn)長的連0串，因而會造成提取定時信號的困難。2 HDB3碼HDB3碼是一種有代表性的改進(jìn)AMI碼，它保持了AMI碼的優(yōu)點，同時也克服了其缺點。HDB3碼的全稱是三階高密度雙極性碼。它的編碼原理是這樣的：先把消息代碼變換成AMI碼，然后去檢查AMI碼的連0串情況，當(dāng)沒有4個以上連0串時，則這時的AMI碼就是HDB3碼；當(dāng)出現(xiàn)4個以上連0串時，則將每4個連0小段的第4個0變換成與其前一非0符號（

3、1或1）同極性的符號。顯然，這樣做可能破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”的規(guī)律。這個符號就稱為破壞符號，用V符號表示（即+1記為+V, 記為V）。為使附加V符號后的序列不破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”造成的無直流特性，還必須保證相鄰V符號也應(yīng)極性交替。這一點，當(dāng)相鄰符號之間有奇數(shù)個非符號時，則是能得到保證的；當(dāng)有偶數(shù)個非0符號時，則就得不到保證，這時再將該小段的第1個0變換成+B或B符號的極性與前一非0符號的相反，并讓后面的非0符號從V符號開始再交替變化。 雖然HDB3碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡單。從上述原理看出，每一個破壞符號V總是與前一非0符號同極性（包括B在內(nèi)）。這就是說，從收到的符號序列中可以容易地

4、找到破壞點V于是也斷定V符號及其前面的3個符號必是連0符號，從而恢復(fù)4個連0碼，再將所有1變成+1后便得到原消息代碼。HDB3碼是CCITT推薦使用的線路編碼之一。HDB3碼的特點是明顯的，它除了保持AMI碼的優(yōu)點外，還增加了使連0串減少到至多3個的優(yōu)點，這對于定時信號的恢復(fù)是十分有利的。AMI/HDB3頻譜示意圖參見圖4.3.1。二、實驗?zāi)康?. 了解二進(jìn)制單極性碼變換為AMI/HDB3碼的編碼規(guī)則2. 熟悉HDB3碼的基本特征3. 熟悉HDB3碼的編譯碼器工作原理和實現(xiàn)方法4. 根據(jù)測量和分析結(jié)果，畫出電路關(guān)鍵部位的波形三、 回答預(yù)習(xí)問題 1、 簡述HDB3碼的特點及其編碼、譯碼的規(guī)則。特

5、點： 傳號交替反轉(zhuǎn)； 使連0串減少到至多3個的優(yōu)點，這對于定時信號的恢復(fù)是十分有利的。編碼： 先把消息代碼變換成AMI碼，然后去檢查AMI碼的連0串情況，當(dāng)沒有4個以上連0串時，則這時的AMI碼就是HDB3碼；當(dāng)出現(xiàn)4個以上連0串時，則將每4個連0小段的第4個0變換成與其前一非0符號（1或1）同極性的符號。顯然，這樣做可能破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”的規(guī)律。這個符號就稱為破壞符號，用V符號表示（即+1記為+V, 記為V）。為使附加V符號后的序列不破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”造成的無直流特性，還必須保證相鄰V符號也應(yīng)極性交替。這一點，當(dāng)相鄰符號之間有奇數(shù)個非符號時，則是能得到保證的；當(dāng)有偶數(shù)個非0符號時，則就得

6、不到保證，這時再將該小段的第1個0變換成+B或B符號的極性與前一非0符號的相反，并讓后面的非0符號從V符號開始再交替變化。譯碼： 每一個破壞符號V總是與前一非0符號同極性（包括B在內(nèi)）。這就是說，從收到的符號序列中可以容易地找到破壞點V于是也斷定V符號及其前面的3個符號必是連0符號，從而恢復(fù)4個連0碼，再將所有1變成+1后便得到原消息代碼2、 分析HDB3碼型變換模塊、CMI編碼模塊和鎖相環(huán)模塊的電路工作原理，說明主要元器件的作用。HDB3碼型變換模塊： 輸入的碼流進(jìn)入UD01的1腳，在2腳時鐘信號的推動下輸入UD01的編碼單元，HDB3與AMI由跳線開關(guān)KD03選擇。編碼之后的結(jié)果在UD01

7、的14（TPD03）、15（TPD04）腳輸出。輸出信號在電路上直接返回到UD01的11、13腳，由UD01內(nèi)部譯碼單元進(jìn)行譯碼。通常譯碼之后TPD07與TPD01的波形應(yīng)一致，但由于當(dāng)前的輸出HDB3碼字可能與前4個碼字有關(guān)，因而HDB3的編譯碼時延較大。運算放大器UD02A構(gòu)成一個差分放大器，用來將線路輸出的HDB3碼變換為雙極性碼輸出（TPD05）。運算放大器UD02B構(gòu)成一個相加器，用來將線路輸出的HDB3碼變換為單極性碼輸出（TPD08）。CMI編碼模塊CMI編碼模塊組成框圖如圖2.43所示。所有電路功能單元都集成在一片現(xiàn)場可編程門陣列（EMP7032）UX01（EMP7032）芯片

8、內(nèi)。各部分電路功能工作原理及作用如下：1、 CMI編碼器由1編碼器（1狀態(tài)記憶）、0編碼器（時鐘）、輸出選擇器組成：(1) 1編碼器：因為在CMI編碼規(guī)則中，要求在輸入碼為1時，交替出現(xiàn)00、11碼，因而在電路中必須設(shè)置一狀態(tài)來確認(rèn)上一次輸入比特為1時的編碼狀態(tài)。這一機(jī)制是通過一個D觸發(fā)器來實現(xiàn)，每次當(dāng)輸入碼流中出現(xiàn)1碼時，D觸發(fā)器進(jìn)行一次狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，從而完成對1碼編碼狀態(tài)的記憶。同時，D觸發(fā)器的Q輸出端也將作為輸入比特為1時的編碼輸出（測試點TPX03）。(2) 0編碼器：當(dāng)輸入碼流為0時，則以其時鐘信號作輸出以代表01碼。(3) 輸出選擇器：由輸入碼流緩沖器的輸出Q用于選擇是1編碼器輸出還是

9、0編碼器輸出。輸入碼經(jīng)過編碼之后在測試點TPX05上可測量出CMI的編碼輸出結(jié)果。2、 M序列產(chǎn)生器1：M序列產(chǎn)生器1受跳線開關(guān)KX01控制產(chǎn)生對應(yīng)的特殊碼序列（111100010011010或1110010）。當(dāng)跳線開關(guān)KX01設(shè)置在位置時，CMI編碼器輸入為M序列產(chǎn)生器1輸出數(shù)據(jù)，此時可以用示波器觀測CMI編碼輸出信號，驗證CMI編碼規(guī)則。3、 錯碼發(fā)生器：為驗證CMI編譯碼器系統(tǒng)具有檢測錯碼能力，在CMI編碼器每隔105個bit人為插入1位錯碼。插入錯碼時，將跳線開關(guān)KX03設(shè)置在E_EN（錯碼使能）位置，否則設(shè)置在NO_N（不加錯碼）位置。4. m序列產(chǎn)生器2：為觀測CMI譯碼器的失步

10、功能，可以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)據(jù)送入CMI譯碼 器，使其無法同步。跳線開關(guān)KX04設(shè)置在2_3位置時，CMI編碼器將選擇m序列產(chǎn)生器2數(shù)據(jù)輸出。正常工作時，跳線開關(guān)KX04設(shè)置在1_2位置。鎖相環(huán)模塊 該模塊主要由UP01（MC4046）、UP02（74LS161）、UP04（74LS74）、環(huán)路濾波器和UP03輸入帶通濾波器（256KHz）組成。在UP01內(nèi)部有一個振蕩器與一個高速鑒相器組成。該模擬鎖相環(huán)模塊的框圖見圖2.16。HDB3碼流經(jīng)單極性變換后送入由UP03構(gòu)成的中心頻率為256KHz有源帶通濾波器，經(jīng)UP04A和UP04B四分頻后進(jìn)入UP01的鑒相輸入端A；UP01腳4的VCO輸出信號51

11、2KHz經(jīng)UP02進(jìn)行八分頻送入UP01的鑒相輸入端B。UP01鑒相之后的信號經(jīng)環(huán)路濾波送入UP01的壓控振蕩器輸入端。3、 寫出本實驗中各模塊電路中所有跳線開關(guān)和電位器的功能和作用。 HDB3碼型變換模塊跳線開關(guān)KD01用于輸入編碼信號選擇：當(dāng)KD01設(shè)置在Dt位置時（左端），輸入編碼信號來自復(fù)接模塊的TDM幀信號；當(dāng)KD01設(shè)置在M位置時（右端），輸入編碼信號來自本地的m序列，用于編碼信號觀測。本地的m序列格式受CMI編碼模塊跳線開關(guān)KX02控制：KX02設(shè)置在1_2位置（左端），為15位周期m序列（111100010011010）；KX02設(shè)置在2_3位置（右端），為7位周期m序列（11

12、10010）。跳線開關(guān)KD02用于選擇將雙極性碼或單極性碼送到位同步提取鎖相環(huán)提取收時鐘：當(dāng)KD02設(shè)置在1_2位置（左端），輸出為雙極性碼；當(dāng)KD02設(shè)置2_3位置（右端），輸出為單極性碼。跳線開關(guān)KD03用于AMI或HDB3方式選擇：當(dāng)KD03設(shè)置在HDB3狀態(tài)時（左端），UD01完成HDB3編譯碼系統(tǒng)；當(dāng)KD03設(shè)置在AMI狀態(tài)時（右端），UD01完成AMI編譯碼系統(tǒng)。 CMI編碼模塊 當(dāng)跳線開關(guān)KX01設(shè)置在位置時，CMI編碼器輸入為M序列產(chǎn)生器1輸出數(shù)據(jù)，此時可以用示波器觀測CMI編碼輸出信號，驗證CMI編碼規(guī)則。 插入錯碼時，將跳線開關(guān)KX03設(shè)置在E_EN（錯碼使能）位置，否則設(shè)

13、置在NO_N（不加錯碼）位置。 跳線開關(guān)KX04設(shè)置在2_3位置時，CMI編碼器將選擇m序列產(chǎn)生器2數(shù)據(jù)輸出。正常工作時，跳線開關(guān)KX04設(shè)置在1_2位置。 鎖相環(huán)模塊 跳線開關(guān)KP02是用于選擇輸入信號：當(dāng)KP02置于1_2時（HDB3：左端），輸入信號來自HDB3編碼模塊的HDB3碼信號；當(dāng)KP021置于2_3時（TEST：右端）選擇外部的測試信號（J007輸入），此信號用于測量該模擬鎖相環(huán)模塊的性能4、 寫出各模塊電路中各個測試點信號的含義，以及有關(guān)信號之間的關(guān)系。HDB3碼型變換模塊1. TPD01：編碼輸入數(shù)據(jù)（256Kbps）1、 TPD02：256KHz編碼輸入時鐘（256KHz

14、）2、 TPD03：HDB3輸出+3、 TPD04：HDB3輸出4、 TPD05：HDB3輸出（雙極性碼）5、 TPD06：譯碼輸入時鐘（256KHz）6、 TPD07：譯碼輸出數(shù)據(jù)（256Kbps） 8. TPD08： HDB3輸出（單極性碼）CMI編碼模塊1 TPX01：輸入數(shù)據(jù)2 TPX02：256KHz輸入時鐘3 TPX03：1狀態(tài)記憶輸出4 TPX04：256KHz輸出時鐘5 TPX05：CMI編碼輸出6 TPX06：加錯輸出指示鎖相環(huán)模塊1、 TPP01：輸入信號經(jīng)256KHz帶通濾波器的輸出2、 TPP02：輸入信號隔離放大器輸出3、 TPP03：鑒相器A輸入信號4、 TPP04

15、： VCO輸出信號5、 TPP05：鑒相器B輸入信號6、 TPP06：環(huán)路濾波器輸出7、 TPP07：鎖定指示檢測5、 根據(jù)實驗內(nèi)容，設(shè)計詳細(xì)的實驗步驟。四、實驗內(nèi)容深刻理解電路組成和實驗原理，正確設(shè)置跳線開關(guān)，完成以下實驗內(nèi)容，記錄實驗數(shù)據(jù)、實驗現(xiàn)象和實驗信號波形（標(biāo)明頻率、幅度、脈沖寬度）。1、 AMI/HDB3碼編碼規(guī)則驗證設(shè)置AMI/HDB3編譯碼模塊的跳線開關(guān)，以m序列為輸入信號，輸出單極性碼。分別在AMI碼和HDB3碼方式下，以7位周期、15位周期、全0碼，全1碼的m序列為輸入信號，在示波器上同時觀測編碼輸入數(shù)據(jù)、輸出雙極性編碼數(shù)據(jù)及單極性編碼數(shù)據(jù)。觀測和分析輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)是否

16、滿足相應(yīng)的編碼關(guān)系，畫出不同情形下相應(yīng)的一個m序列周期的測試波形。步驟：（1） 首先將輸入信號選擇跳線開關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端）、單/雙極性碼輸出選擇開關(guān)設(shè)置KD02設(shè)置在2_3位置（右端）、AMI/HDB3編碼開關(guān)KD03設(shè)置在AMI位置（右端），使該模塊工作在AMI碼方式。 （2） 將CMI編碼模塊內(nèi)的M序列類型選擇跳線開關(guān)KX02設(shè)置在2_3位置（右端），產(chǎn)生7位周期m序列。用示波器同時觀測輸入數(shù)據(jù)TPD01和AMI輸出雙極性編碼數(shù)據(jù)TPD05波形及單極性編碼數(shù)據(jù)TPD08波形，觀測時用TPD01同步。分析觀測輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)關(guān)系是否滿足AMI編碼關(guān)

17、系，畫下一個M序列周期的測試波形。 （3）  將CMI編碼模塊內(nèi)的M序列類型選擇跳線開關(guān)KX02設(shè)置在1_2位置（左端），產(chǎn)生15位周期m序列。重復(fù)上述測試步驟，記錄測試結(jié)果。 （4）將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān)KD01撥除，將示波器探頭從TPD01測試點移去，使輸入數(shù)據(jù)端口懸空產(chǎn)生全1碼。重復(fù)上述測試步驟，記錄測試結(jié)果。  （5）將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān)KD01撥除，用一短路線一端接地，另一端十分小心地插入測試孔TPD01，使輸入數(shù)據(jù)為全0碼（或采用將示波器探頭接入TPD01測試點上，使數(shù)據(jù)端口不懸空，則輸入數(shù)據(jù)亦為全0碼）。重復(fù)上述測試步驟，記錄測試結(jié)果。2、 AMI

18、/HDB3碼譯碼和時延測量設(shè)置AMI/HDB3編譯碼模塊和模擬鎖相環(huán)模塊的跳線開關(guān)，以m序列為輸入信號，模擬鎖相環(huán)的輸入信號為HDB3碼信號。分別在AMI碼和HDB3碼方式下，以7位周期和15位周期）的m序列為輸入信號，在示波器上同時觀測編碼輸入數(shù)據(jù)和譯碼輸出數(shù)據(jù)，記錄測試結(jié)果，畫出測試波形，并分析譯碼數(shù)據(jù)是否正確及編碼和譯碼的數(shù)據(jù)時延。步驟 ：（1） 將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端）；將CMI編碼模塊內(nèi)的M序列類型選擇跳線開關(guān)KX02設(shè)置在1_2位置（左端），產(chǎn)生15位周期m序列；將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號選擇跳線開關(guān)KP02設(shè)置在HDB3位置（左端）。 （2） 用示波器同時觀測輸入數(shù)據(jù)TPD01和AMI譯碼 輸出數(shù)據(jù)TPD07波形，觀測時用TPD01同步。觀測AMI譯碼輸出數(shù)據(jù)是否滿正確，畫下測試波形。問：AMI編碼和譯碼的的數(shù)據(jù)時延是多少？ （3）  將CMI編碼模塊內(nèi)的M序列類型選擇跳線開關(guān)KX02設(shè)置在2_3位置（右端），產(chǎn)生7位周期m序列。重復(fù)上譯步驟測量，記錄測試結(jié)果。問：此時AMI編碼和譯碼的的數(shù)據(jù)時延是多少？3、 AMI/HDB3編碼信號中同步時鐘分量定性觀測設(shè)置AMI/H