數(shù)字信源課程設(shè)計(jì)

1、1 課程設(shè)計(jì)的目的這次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成一個數(shù)字通信信源的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。信源指標(biāo)要求：信源長度為32位，發(fā)出信號前8位為群同步碼，后24位為數(shù)字信源；信源速率為256bit/s。采用模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。最后必須進(jìn)行系統(tǒng)仿真和硬件設(shè)計(jì)。通過這次設(shè)計(jì)主要達(dá)到以下目的：(1 加強(qiáng)對通信原理理論知識的理解，了解數(shù)字通信的基本過程，熟悉信源的原理以及在通信系統(tǒng)中的作用;(2 在掌握通信電路知識的基礎(chǔ)之上，提高模擬與數(shù)字電路的設(shè)計(jì)能力，提高通信電路設(shè)計(jì)能力，掌握通信電路的調(diào)試方法;(3 熟悉掌握與本次設(shè)計(jì)相關(guān)的芯片知識，了解其相關(guān)的資料; (4 提高查閱資料的能力。2 理論知識介紹數(shù)字通信傳輸?shù)男?/p>

2、號是“離散”或數(shù)字的，這使得數(shù)字通信系統(tǒng)有許多不同于模擬系統(tǒng)的特點(diǎn)。數(shù)字通信系統(tǒng)的基本框圖如下： 圖2.1 數(shù)字通信系統(tǒng)基本方框圖從中可以看出數(shù)字通信系統(tǒng)的終端為信息源，在通信系統(tǒng)中具有重要的作用。數(shù)字基帶信號源廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字通信場合, 用來實(shí)現(xiàn)信道的復(fù)用, 有效傳輸數(shù)字信息。數(shù)字信號源是整個數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)的發(fā)終端, 其邏輯功能包括：(1 接收來自信號輸入的信息, 預(yù)設(shè)置所傳輸?shù)男盘柡托盘査殡S的標(biāo)志; (2對輸入的頻率進(jìn)行分頻;(3對輸入的并行信號轉(zhuǎn)換成串行輸出信號。由于數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖且粋€接一個按節(jié)拍傳送的數(shù)字信號單元，即碼元，因而在接收端必須按與發(fā)送端相同的節(jié)拍進(jìn)行接收，否則，

3、會因收發(fā)節(jié)拍不一致而導(dǎo)致接收性能變差。此外，為了表述消息的內(nèi)容，基帶信號都是按消息內(nèi)容進(jìn)行編組的，因此，編組的規(guī)律在收發(fā)之間也必須一致。在數(shù)字通信中，稱節(jié)拍一致為“位同步”，稱編組一致為“幀同步”。在時分復(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定數(shù)量的幀同步碼，它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖，可以集中插入，也可以分散插入。集中式插入法也稱為連貫式插入法，即在每幀數(shù)據(jù)開頭集中插入特定碼型的幀同步碼組，這種幀同步法只適用于同步通信系統(tǒng)，需要位同步信號才能實(shí)現(xiàn)。適合做幀同步碼的特殊碼組很多，對幀同步碼組的要求是它們的自相關(guān)函數(shù)盡可能尖銳，便于從隨機(jī)數(shù)字信息序列中識別

4、出這些幀同步碼組，從而準(zhǔn)確定位一幀數(shù)據(jù)的起始時刻。由于這些特殊碼組123, , ,., n x x x x 是一個非周期序列或有限序列，在求它的自相關(guān)函數(shù)時，除了在時延j 0的情況下，序列中的全部元素都參加相關(guān)運(yùn)算外，在j 0的情況下，序列中只有部分元素參加相關(guān)運(yùn)算，其表示式為-=+=j n i j i i x x j R 1(通常把這種非周期序列的自相關(guān)函數(shù)稱為局部自相關(guān)函數(shù)。對同步碼組的另一個要求是識別器應(yīng)該盡量簡單。目前，一種常用的幀同步碼組是巴克碼。本系統(tǒng)產(chǎn)生NRZ 信號為集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號, 信號碼速率為256KB, 按實(shí)際要求, 幀結(jié)構(gòu)如圖2.2所示, 幀長為32位, 其

5、中首位無定義, 第2位到第8位是幀同步碼(7 位巴克碼1110010 ,另外24位為3路數(shù)據(jù)信號, 每路8位。 圖2.2 幀結(jié)構(gòu)3 信源的設(shè)計(jì)本信號源系統(tǒng)由分頻器, 并行碼產(chǎn)生器, 多路選擇器等幾部分組成, 其原理方框圖如圖3.1所示, 并行碼產(chǎn)生器產(chǎn)生4路并行碼, 每路八位, 其中可將第一路并行碼設(shè)置為×1110010, 作為幀同步碼, 另外兩路為兩路數(shù)字信息. 分頻器產(chǎn)生32個時序, 這里我們選取晶振頻率為4MHZ, 經(jīng)過分頻器分頻后產(chǎn)生不同頻率的信S1,S2,S3,S4,S5, 作為多路選擇器的地址選通信號, 通過八選一選擇器后將八位并行碼轉(zhuǎn)換為串行碼, 然后經(jīng)過四選一選擇器將

6、四路串行碼轉(zhuǎn)換為一路以32位為周期的串行信號。 圖3.1 原理方框圖3.1 分頻器在設(shè)計(jì)中, 我們采用單片機(jī)80C52，利用其輸入輸出端口P1和定時/計(jì)數(shù)器且主要是借助匯編語言程序設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)分頻的功能。單片機(jī)采用內(nèi)部部振蕩的方式，晶體振蕩頻率為4MHz ，其內(nèi)部振蕩接線方式如圖3.2所示。其中電容c 1，c 2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。匯編程序如下：ORG 0000HLOOP: MOV P1,#00H NEXT: MOV TMOD,#00HMOV TH1,#0CH MOV TL1,#77H SETB TR1 AGA: JBC TF1,SHI SJMP AGA SHI: INC P1 MO

7、V A,P1CJNE A,#20H,NEXT SJMP LOOP END首先使定時/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器TMOD 為#00H，即使定時/計(jì)數(shù)器1工作在方式0，為定時功能，為13位計(jì)數(shù)方式。向計(jì)數(shù)1寄存器的TH 1、TL2放入計(jì)數(shù)初值。將TR1置位，使計(jì)數(shù)器1啟動工作。當(dāng)?shù)搅祟A(yù)置定時時間時，TF1產(chǎn)生中斷，P1加一，P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5分別輸出頻率為128Hz 、64Hz 、32Hz 、16Hz 、8Hz 的方波。即滿足頻率要求。 圖3.2 內(nèi)部振蕩電路3.2 八選一選擇器采用8路數(shù)據(jù)選擇器74LS151，它內(nèi)含了8路傳輸數(shù)據(jù)開關(guān)、地址譯碼器和三態(tài)驅(qū)動器，其真值表如表

8、1-1所示。U1、U2、U3和U4的地址信號輸入端A 、B 、C 并連在一起并分別接單片機(jī)的P1.1、P1.2、P1.3端口，它們的8個數(shù)據(jù)信號輸入端x0 x7分別由4個撥碼開關(guān)K1、K2、K3、K4輸出的8個并行信號連接。由表1-1可以分析出U1、U2、U3和U4 輸出信號都是碼速率為256bit s 、以8位為周期的串行信號。 圖3.3 A、B 、C 輸入波形3.3 四選一四選一電路原理同八選一電路原理。P1.4、P1.5信號分別輸入到U5的地址端A 和B ，地址C 接地。U1、U2、U3和U4輸出的4路串行信號分別輸入到U8的數(shù)據(jù)端x0、x1、x2、x3，U5的輸出端即是一個碼速率為25

9、6bit s 的4路時分復(fù)用信號，此信號為單極性不歸零信號（NRZ ）。4 芯片介紹本次設(shè)計(jì)原理圖中有兩個主要芯片，包括單片機(jī)80C52和選擇器74LS151。4.1 74LS151數(shù)據(jù)選擇器的功能為從多路輸入中選擇一路輸出。根據(jù)輸入端的個數(shù)分為四選一、八選一等等。其功能相當(dāng)于一個單刀多擲開關(guān)。74LS151為八選一數(shù)據(jù)選擇器。其芯片的基本管腳圖4.1。 圖4.1 74LS151管腳圖S0、S1、S2為地址輸入端，提供信息一選擇哪一位輸出。I0、I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7為輸8位入端。Z 為輸出端，它為由地址端選擇的輸入端的其中之一。真值表如表4.1。表4.1 74LS151真值

10、表 從表中可看到，被選擇的輸入端xn 為由地址端A 、B 、C 組合的二進(jìn)制的值，即n=（CBA ）10，在芯片工作時，E 為低電平0。如果E 為高電平，輸入無效，輸出Z 始終為低電平。4.2 單片機(jī)80C52單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU 、RAM 、ROM 、定時計(jì)數(shù)器和多功能I O 等計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路，又成為MCU 。80C52包括下列幾個部件： 一個8位CPU ； 一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路 4KB ROM程序存儲器； 128 B RAM數(shù)據(jù)存儲器； 可尋址64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器和64KB 外部程序存儲空間的控制電路； 32條可編程的I O 線（4個8為并行

11、I O 端口）； 兩個16位的定時計(jì)數(shù)器； 一個可編程全雙工串行口； 5個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)對外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時，外設(shè)的數(shù)據(jù)是不能直接接到CPU 的數(shù)據(jù)線上的，必須經(jīng)過接口，單片機(jī)內(nèi)部有P1、P2、P3、P4四個8位雙向I O 端口，一般外設(shè)可以直接連接于這幾個口線上，無需另加接口芯片。其中P1口為可編程的輸入輸出口線。單片機(jī)有2個定時計(jì)數(shù)器，為可編程的定時計(jì)數(shù)器，它是硬件定時，又能很容易地通過軟件來確定和改變它的定時值，通過初始化編程，能夠滿足各種不同的定時和計(jì)數(shù)要求。定時計(jì)數(shù)器T1由寄存器TH1、TL1組成，定時計(jì)數(shù)器T0由寄存器TH0、TL0組成，在特殊功能寄存器中占

12、用地址8A H 8DH 。它們用于存放定時或計(jì)數(shù)的初始值。此外，內(nèi)部還有一個8位的方式寄存器TMOD 和一個8位的控制寄存器TCON ，用于選擇和控制定時計(jì)數(shù)器的工作。其方式字如下所示： 表4.3 TCON方式控制字 TMOD 中M1M0=00時，定時計(jì)數(shù)器工作在方式0。為13位定時計(jì)數(shù)方式，由TH 提供高8位、TL 提供低5位的計(jì)數(shù)初值（TL 的高3位無效）。工作于定時方式時，定時時間為：t=（213-初始值）*時鐘周期*125 Proteus仿真設(shè)計(jì)和仿真軟件Proteus VSM是一個很有用的工具，它可以幫助學(xué)生和專業(yè)人士提高他們的模擬和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)能力。它允許對電路設(shè)計(jì)采用圖形環(huán)境，

13、在這種環(huán)境中，你可以使用一個特定符號來代替元器件，并完成不會對真實(shí)電路造成任何損害的電路仿真操作。它可以仿真儀表以及可描述在仿真過程中所獲得的信號的圖表。最主要的是，它可以仿真目前流行的單片機(jī)，如PICS, ATMEL-A VR,MOTOROLA, 8051 等。（1） 在桌面雙擊ISIS 圖標(biāo)后進(jìn)入畫仿真圖界面。（2） 點(diǎn)擊 Pick Devices 按鈕，（該按鈕位于工作區(qū)左邊的面板中，就是那個P 按鈕），這是會打開標(biāo)題為Pick Devices 的對話框。在Category列表框中 (位于左邊 找到Simulator Primitives,這是會Results中列出該類的所有元件（如果該

14、類有太多元件，你利用Sub-Category列表框過濾）如圖5.1所示。然后單擊 Pick Devices 對話框的OK 按鈕結(jié)束添加元件。 圖5.1 選擇元件（3）選擇好所有元件，按照原理圖的設(shè)計(jì)，直接在界面山進(jìn)行連線，畫好原理圖。檢查無誤，可以看到原理圖如下圖5.3所示。 圖5.2 設(shè)計(jì)原理圖（4）在單片機(jī)中燒上開始編的匯編程序。然后在Proteus 上運(yùn)行，可以看到最后U5輸出32位的串行碼如下所示。 圖5.3 輸出結(jié)果從圖中可以看到前八位為6 硬件設(shè)計(jì)6.1 器件準(zhǔn)備在仿真成功之后便開始實(shí)物的制作，首先選擇元件。元件列表如下; 再準(zhǔn)備20W 電烙鐵一把，最好是可調(diào)溫的，尖嘴鉗一把，螺絲

15、刀一把，焊錫絲和松香水若干。調(diào)試需要穩(wěn)壓電源一臺，高頻示波器一臺，導(dǎo)線若干。6.2 裝配焊接按照電路圖焊接，注意各節(jié)點(diǎn)不要連錯。焊接時應(yīng)注意，在焊接某些元器件時，動作要麻利，以防過長時間加熱把器件燙壞。芯片要使用管腳座，先焊上管腳座，焊好后在安上芯片。布線時，應(yīng)當(dāng)做到盡量使線不重疊，多走直角。6.3 調(diào)試電路板焊好電子元件后，要仔細(xì)檢查電路板有無焊錯的地方，特別要注意各個焊接點(diǎn)是否虛焊，短路等等。然后先將程序燒到單片機(jī)上，確定單片機(jī)上的程序無誤后，再將單片機(jī)安裝在焊好的板子上。接好相應(yīng)的電源為5V ，設(shè)置好撥碼開關(guān)。觀察U5輸出的波形是否與設(shè)置的撥碼開關(guān)相對應(yīng)。在調(diào)試過程中，出現(xiàn)了一些問題，通

16、過對電路圖原理的應(yīng)用，查找問題。首先單片機(jī)的使能端沒有接高電平，單片機(jī)不能正常工作，接上高電平后才可以正常工作。在電路圖中接上了發(fā)光二極管，但仿真時沒有用發(fā)光二極管，最后發(fā)光二極管沒有發(fā)光，查找資料發(fā)現(xiàn)，二極管多余的，沒有用處。7 心得體會通信原理是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程。大量的實(shí)踐有助于進(jìn)一步理解和鞏固理論知識，還有助于提高分析和解決問題的能力。這次通信原理課程設(shè)計(jì)歷時四天，在整整四天的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。課程設(shè)計(jì)需要很好的思維能力，動手能力，語言表達(dá)能力，并且更重要的是

17、要有較大的耐心。它培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力，這次課程設(shè)計(jì)主要是自己去查看資料，自學(xué)后再去設(shè)計(jì)。培養(yǎng)了一個人遇到問題獨(dú)立思考的能力，也需要我們在遇到某些自己難以一個人解決問題時，與同學(xué)之間互相交流，培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作能力。總的來說，這次通信原理課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，讓我學(xué)會怎樣去接觸和學(xué)習(xí)一項(xiàng)新的知識，怎樣克服困難去完成一項(xiàng)任務(wù)。并且讓我懂得課本知識與實(shí)踐的區(qū)別，在學(xué)習(xí)課本知識之余，要多鍛煉自己的動手能力。其次，以前對于通信原理的一些知識點(diǎn)還處于一知半解的狀態(tài)上，但是經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，我對于數(shù)字信源在數(shù)字通信中的作用，數(shù)字信源的基本工作原理，其組成模塊等等都有了更進(jìn)一步的掌握。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但任何事情難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問題