通信原理硬件課程設(shè)計

1、本word文檔可編輯可修改 通信原理課程設(shè)計報告課程名稱 A/D轉(zhuǎn)換 的仿真實現(xiàn)（硬件部分）專班學(xué)姓業(yè)級號名通信 工程XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX指導(dǎo)教師2018年 1月 20日關(guān)注我 實時更新 最新資料 前言經(jīng)過幾天通信原理實驗 的學(xué)習(xí)讓我受益菲淺。在通信原理實驗課即將結(jié)束之時，我對在這 4天 的學(xué)習(xí)進(jìn)行了總結(jié)，取之長補之短，在今后 的學(xué)習(xí)和 工作中有所受用。這次通信原理實驗，不僅是對已學(xué) 的通信原理知識 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，開始對數(shù)字基帶信號 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)與補充，在不斷 的時間投入與深入 的沉淀中，體會到學(xué)習(xí) 的另一番樂趣。通過這次通信原理實驗，我有認(rèn)真地去翻閱思考通信原理 的知識，認(rèn)真地去上機調(diào)試每個硬件模塊，用心地去編寫調(diào)試Matlab程序，也認(rèn)真地寫下這份實驗報告，我相信這份用心與耐心是經(jīng)得起考驗 的，希望能得到老師 的肯定與優(yōu)秀。 硬件實驗部分一、實驗?zāi)?的通信原理實驗是針對通信 工程專業(yè)學(xué)生 的實踐教學(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，增強動手能力，提高學(xué)生對通信系統(tǒng) 的仿真技能。在強調(diào)基本原理 的同時，更突出設(shè)計過程 的鍛煉，強化學(xué)生 的實踐創(chuàng)新能力。二、實驗基本要求：1、培養(yǎng)學(xué)生根

3、據(jù)需要選學(xué)參考書，查閱手冊，圖表和文獻(xiàn)資料 的自學(xué)能力，通過獨立思考深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會自己分析解決問題 的方法。2、通過對硬件電路 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)計方法。3、掌握常用儀表 的正確使用方法，學(xué)會對電路 的實驗調(diào)試和相關(guān)指標(biāo)測試方法，提高動手能力。4、通過對通信系統(tǒng) 的仿真模型 的建立及其分析，掌握使用仿真軟件對實際通信系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真 的初步技能。5、提高和挖掘?qū)W生對所學(xué)專業(yè)知識 的應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識， 培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生 的團隊合作精神和科研開發(fā)精神。三、實驗內(nèi)容實驗五數(shù)字鎖相環(huán)與位同步一、實驗?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 的原理及對信息代碼 的要求。3.掌握位同步器 的同步建立時間、同步保持時間、位同步信號同步抖動等概念。二、實驗內(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 的相位抖動現(xiàn)象及相位抖動大小與固有頻差、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。實驗一中用模數(shù)混合鎖相環(huán)（電荷泵鎖相環(huán)）提取位同步信號，它要求輸入信號是一個準(zhǔn)周期數(shù)字信號。實驗三中 的模擬環(huán)也可以提取位同步信號，它要求輸入準(zhǔn)周期正弦信號。本實驗使用數(shù)字鎖相環(huán)提取

5、位同步信號，它不要求輸入信號一定是周期信號或準(zhǔn)周期信號，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 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)，此實驗系統(tǒng)中 的位同步提取模塊用 的是觸發(fā)器型數(shù)字環(huán)，它具有捕捉時間短、抗噪能力強等特點。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及輸入輸出點：S-IN基帶信號輸入點 /測試點（ 2個）位同步信號輸出點 /測試點（ 3個）圖 5-1中各單元

6、與電路板上元器件 的對應(yīng)關(guān)系如下：BS-OUT晶振CRY3：晶體； U39：7404U48：或門 7432；U41：計數(shù)器 74190U40：D觸發(fā)器 7474控制器鑒相器量化器U45：可編程計數(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)是一個單片機系統(tǒng)，主要器件是單片機數(shù)字鎖相環(huán)包括數(shù)字鑒相器、量化89C51及可編程計數(shù)器 8254。環(huán)路中使用了兩片 8254，共六個計數(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，每個入端 G和輸出端 O。8254芯片還有時鐘輸入端C、門控信號輸數(shù)字鑒相器電原理圖及波形圖如圖5-3（a）、圖 5-3（b）所示。輸出信號寬度正比 于信號 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，它由 工作于 M0方式、計數(shù)常數(shù)為 N 的 82540為高電平時 8254BB2完成（ N0為量化級數(shù)，此處 N=52）。 u0 d作為 8254B 的門控信號， u2d2進(jìn)行減計數(shù)， ud為低電平時禁止計數(shù)，計數(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間間隔）0 d，N N，讀數(shù)結(jié)束后再給 8254B2寫入計數(shù)常數(shù) N0。讀數(shù)時刻由 8254A2控制，它 工作在 M模式，計數(shù)常1數(shù)為 N，u作為門控信號。一個 u脈沖使 8254A產(chǎn)生一個寬度為 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 的前沿處于同一時刻，所以可以確2d保中斷申請后對 8254B讀數(shù)時它已停止計數(shù)。2數(shù)字環(huán)路濾波器由軟件完成。可采用許多種軟件算法，一種簡單有效 的方法是對一組N作平均處理。設(shè)無噪聲時環(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 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 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 8254計數(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計數(shù)器 的 工作方式和計數(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，軟件使8254B和 8254B輸出高電平，從而使 8254A處于計數(shù) 工作狀0 1

11、1態(tài)、8254B處于停止計數(shù)狀態(tài)， G處于開啟狀態(tài)， 8254A輸出一個周期為 N 的周期信號。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 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 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口輸出一個正脈沖 u，d0d01.42在 u作用下， 8254A輸出一個寬度為 N 的負(fù)脈沖，倒相后變?yōu)檎}沖u送給與門 G。G

12、220032 的另一個輸入信號 u來自 8254A。在 G輸出 的寬度為 N 的正脈沖持續(xù)時間內(nèi)， 8254A11110一定有（也只有）一個負(fù)脈沖信號輸入，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端送一個觸發(fā)信號 u。在 u 的作用下， 8254B輸出一個寬度為 N-2 的負(fù)04400脈沖。在這段時間內(nèi)， 8254A停止計數(shù) 工作， 8254B進(jìn)行減計數(shù)且在此時間內(nèi) 的最后一1 1個時鐘周期輸出一個負(fù)脈沖。8254B0輸出 的負(fù)脈沖 的后沿重新啟動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，不管失鎖時相位誤差多少（不會大于振蕩器 的輸出信號。由圖N），只要對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)，從而實現(xiàn)快速捕捉。程序流程如圖 5-6所示，輸入信號 u使 IE1置“ 1”，且使 8254B計數(shù)，對 IE1進(jìn)行位i 2操作時又使之置“ 0”。由于量化誤差，故當(dāng)Nd為 N02，N/21或 N/21時，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)，不對數(shù)控振蕩器進(jìn)行調(diào)整。程序中令均運算，若發(fā)現(xiàn)環(huán)路失鎖，則對數(shù)控振蕩器進(jìn)行一次調(diào)整?？刂破?的作用是保證每次對8254B進(jìn)行讀操作之前鑒相器只輸出一個正脈沖，它由或2門 7432（U5:B）及 16分頻器 7

14、4190（U13）組成。 N ON2N ONOuiNONddu1u2u3N Ou41u5N -2C8254B開始計數(shù)0ON /2 + N d- 1N -3C8254B開始計數(shù)1u6NON +1ONONOuO1uO圖 5-5捕獲過程波形當(dāng)數(shù)字環(huán)輸入信號 的碼速率與數(shù)控振蕩器 的固有頻率完全相同時，環(huán)路鎖定后輸入信號與反饋信號（即位同步信號） 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）。輸入信號碼速率決定于發(fā)送端 的時鐘頻率，數(shù)控振蕩器固有頻率決定于位同步器 的時鐘頻率和數(shù)控振蕩器固有分頻比。由于時鐘信號頻率穩(wěn)定度是有限 的，

15、故這兩個時鐘信號 的頻率不可能完全相同，因此鎖相環(huán)輸入信號碼速率與數(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)位同步器是一個離散同步器，只有當(dāng)輸入信號 的電平發(fā)生跳變時才可能對輸入信號 的相位和反饋信號 的相位進(jìn)行比較從而調(diào)整反饋信號 的相位，在兩次相位調(diào)整 的時間間隔內(nèi)，反饋信號 的相位相對開始初始化于輸入信號 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 的相位是抖動 的，即使輸入信號無噪聲也是如此。LOOPN / 2o是m=16,IE1=0LOOP1NdN / 2 1 ?oN / 2 1o置 8254B 工作方式 ,2計數(shù)常數(shù) ,P1.

16、7=0否否Nc1 N oN d2IE1=1?顯然，收發(fā)時鐘頻率穩(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 的相位抖動范圍越小。反之，對同步信號 的相位抖動要求越嚴(yán)格，則收發(fā)時鐘 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 ,計數(shù)常數(shù)是否讀數(shù)大于 N ?0否P1.4口輸出一個正脈沖累加運算累加了 m次 ?LOOP位同步信號抖動范圍還與數(shù)字位同步器輸入信號 的連“ 1”或“ 0”個數(shù)有關(guān)，連“ 1”或“0”個數(shù)越多，兩次相位調(diào)整之間 的時間間是圖 5-6鎖相環(huán)程序流程隔越長，位同步信號 的相位抖動越大。 對于 NRZ碼來說，允許

17、其連“ 1”、連“ 0” 的個數(shù)決定于數(shù)字環(huán) 的同步保持時間t。t cc與收發(fā)時鐘頻率穩(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：位同步器輸入信號斷開后，收發(fā)位同步信號相位誤差不超過 的時間。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 的相位抖動與固有頻差無關(guān)，但隨信息碼連“ 1”、連“ 0” 的個數(shù)增多而增大。四、實驗步驟本實驗使用數(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用信號連線連接到位同步單元 的 S-IN點，接通實驗箱電源

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 BS-OUT信號位同步單元上 的可變電容上升沿位于 NRZ-OUT信號 的碼元中間且在很小范圍內(nèi)抖動；很大，可能超出一個碼元寬度范圍，變得模糊混亂。3、觀察位同步信號抖動范圍與位同步器輸入信號連“失鎖時， BS-OUT 的相位抖動1”或連“ 0”個數(shù) 的關(guān)系。調(diào)節(jié)可變電容使環(huán)路鎖定且BS-OUT信號相位抖動范圍最小（即固有頻

19、差最小），增大 NRZ-OUT信號 的連“ 0”或連“ 1”個數(shù)，觀察 BS-OUT信號 的相位抖動變化情況。4、觀察位同步器 的快速捕捉現(xiàn)象、位同步信號相位抖動大小及同步保持時間與環(huán)路固有頻差 的關(guān)系。先使 BS-OUT信號 的相位抖動最小，按一下復(fù)位鍵，觀察 NRZ-OUT與 BS-OUT信號 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相位抖動增大時按一下復(fù)位鍵，觀察況并與固有頻差最小時進(jìn)行定性比較。NRZ-OUT信號與 BS-OUT信號 的相位關(guān)變化快慢

20、情五、實驗結(jié)果無抖動有抖動 連 0連 1六、實驗結(jié)果分析1、這個實驗中可對 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”個數(shù)增加時，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 的控制信號平均周期增大，即需要經(jīng)過更長 的時間才對 DCO 的相位調(diào)整一次。而 DCO輸出 的位同步信號重復(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 DCO不進(jìn)行相位 的調(diào)整時，其輸出信號 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)時間間隔越長這

21、種偏差越大，即位同步信號相位抖動越大。3、固有頻差越大， DCO輸出位同步信號與環(huán)路輸入信號之間 的相位誤差增大 的越快，而環(huán)路對 DCO 的相位調(diào)節(jié)時間間隔，平均值是不變 的（當(dāng)輸入信號一定時），故當(dāng)固有頻差增大時，位同步信號 的同步抖動范圍增大。實驗六幀同步一、實驗?zāi)?的1.2.掌握巴克碼識別原理。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、實驗內(nèi)容1.2.觀察幀同步碼無錯誤時幀同步器 的維持態(tài)。觀察幀同步碼有一位錯誤時幀同步器 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。本實驗系統(tǒng)中幀同步識別碼為中插入到每幀 的第 2至第 8個碼元位置上。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及輸入輸出點：7位巴克碼，集6-1所示，電原S-INBS-INGAL24TH數(shù)字基帶信號輸入點（ 2個）位同步信號輸入點（ 2個）巴克碼識別器輸出信號測試點24分頻器輸出信號測試點判決門限電平測試點FS幀同步信號測試點圖 6-1中各單元與電路板上元器件 的對應(yīng)關(guān)系如下：24分頻器移位寄存器相加器U60、U61：計數(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別器及同步保護(hù)兩部分。巴

24、克碼識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，移位時鐘信號是位同步信號。當(dāng)入移位寄存器時， 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 1。若 Y YY =10006012210時，表示輸入端有 4個 1，依此類推， Y Y Y 的不同狀態(tài)表示了 U52輸入端為 1 的個數(shù)。210判決器 U53有 6個輸入端。 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發(fā)光二極管指示燈、L、L一一對應(yīng)，燈亮對應(yīng)0P1、P2、P3與判決門限控制電壓相1，燈熄對應(yīng) 0。判決電平測試點對應(yīng)，即從左到右與L21TH就是 L0信號，它與最右邊 的指示燈P3狀態(tài)相對應(yīng)。當(dāng) L2 1 0L L =111時門限為 7，三個燈全亮， TH為高電平；當(dāng) L21 0L L =110時門限為 6，P1和 P2亮，而 P3熄， TH為低電平。當(dāng) U52輸入端為 1 的個數(shù)（即 U53 的 IN2IN1IN0）大于或等于判決門限于L L L，識別

26、器2 1 0就會輸出一個脈沖信號。當(dāng)基帶信號里 的幀同步碼無錯誤時（七位全對）入給移位寄存器，識別器就會有幀同步識別信號，把位同步信號和數(shù)字基帶信號輸GAL輸出，各種信號波形及時序關(guān)系如圖 6-3所示， GAL信號 的上升沿與最后一位幀同步碼 的結(jié)束時刻對齊。圖中還給出了24信號及幀同步器最終輸出 的幀同步信號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信號是將位同步信號進(jìn)行幀同步器信號波形24分頻得到 的，其周期與幀同步信號 的周期相同（因為一幀 24位是確定 的），但其相位不一定符合要求。當(dāng)識別器輸出一個，在 GAL信號和

27、同步保護(hù)器 的作用下， 24電路置零，從而使輸出 的 24信號下降沿與 GAL信號 的上升沿對齊。 24信號再送給后級 的單穩(wěn)GAL脈沖信號時（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 的上升沿比24信號 的下降沿稍有延遲。FS是由同步保護(hù)器中 的與門 3對單穩(wěn)輸出 的信號及狀態(tài)同步器最終輸出 的幀同步信號觸發(fā)器 的 Q端輸出信號進(jìn)行“與”運算得到 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)無基帶信號輸入（或雖有基帶信號輸入但相加器輸出低于門限值）時，識別器沒有輸出（即輸出為 0），與門 1關(guān)閉、與門 2打開，單穩(wěn)輸出信號通過與門3電路，3電路 的輸出信號

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，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 Q 的高電平把判決器 的門限置為于捕捉態(tài)。只要識別器輸出一個GAL信號（因為判決門限比較高，這個GAL信號是正確 的幀同步信號 的概率很高），與門 4就可以輸出一個置零脈沖使24分頻器置零， 24分頻器輸出與 GAL信號同頻同相 的 的周期信號（見圖 6-3）。識別器輸出 的 GAL脈沖信號通過與門 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 FS-OUT，同時使判決器門限降為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，因為判決門限較

29、低，故識別器 的漏識別概率減小，假識別概率增加。但假識別信號與單穩(wěn)輸出信號不同步，故與門1、與門 4不輸出假識別信號，從而使假識別信號不影響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。實驗中可根據(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，識別器也可能出現(xiàn)漏識別。識別 的概率更小。只要識別器不連續(xù)出現(xiàn)三次漏識別，則持狀態(tài)保持不變。若識別器連續(xù)出現(xiàn)三次漏識別，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，維3電路輸出一個脈沖信號，使維不難看出，若識別器第一次輸出 的脈沖信號為假識

30、別信號（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)入錯誤 的同步維持狀態(tài)，由于本實驗系統(tǒng)是連續(xù)傳輸以一幀為周期 的周期信號，所以此狀態(tài)將維持下去，但在實際 的信息傳輸中不會連續(xù)傳送這種周期信號，因此連續(xù)幾幀都輸出假識別信號 的概率極小，所以這種錯誤 的同步維持狀態(tài)存在 的時間是短暫 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 的識別器 的漏識別概率也越大。 在維持態(tài)下對同步信號 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，避免識別器偶爾出現(xiàn) 的漏識別造成幀同步器丟失幀同步信號即減少漏同步概率。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、實驗步驟本實驗使用數(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用信號連線分別與幀同步單元 的 S-IN、BS-IN對應(yīng)相連，接通實驗箱電源。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）中錯一位，重新觀察上述信號，此時 GAL、24、TH、FS應(yīng)不變。使信源幀同步碼再錯一位重作上述觀察。（此時同步器應(yīng)轉(zhuǎn)入捕捉態(tài)，僅 24波形不變，請根據(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，此時斷開電源，再接通電源，可看到 24波形 的下降沿已不再對準(zhǔn)第一個數(shù)據(jù)位（相位隨機）信號可見 TH為高電平， FS無輸出。將信源 K1從剛才錯兩位狀態(tài)還原為僅錯一位狀態(tài)，觀察 24信號相位是否變化。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信號相位是否變化。分析同步態(tài) 的過程。4、觀察識別器假識別現(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，觀察識別器假識別現(xiàn)象，理解同步保護(hù)電路 的保護(hù)作用。 五、實驗結(jié)果步驟 4 CH2接 GAL接 FSGAL接除以 24接 TH接 FS錯兩位接 GAL錯兩位除以 24 錯兩位 TH錯兩位 FS錯兩位斷開電源，接通電源除以 24波形返回錯一位除以 24六、實驗結(jié)果分析1、同步保護(hù)電路假識別信號與或門輸出信號不同步，與門 1輸出中無假識別信號。因而，假識別信號不能通過與門 4，所以單穩(wěn)輸出信號僅與負(fù)同步碼對應(yīng) 的識別信號有關(guān)，而與假識別無關(guān)，這樣假識別信號就不能形成假同步信號。2、同步器由同步態(tài)轉(zhuǎn)為捕捉態(tài)時 24信號相位判決器無輸入，與門 4無輸出

35、，故 24分頻電路無復(fù)位脈沖，其輸出 的 24分頻信號相位保持不變。 實驗七時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)一、實驗?zāi)?的1.2.掌握時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng) 的基本原理及數(shù)字信號傳輸過程。掌握位同步信號抖動、幀同步信號錯位對數(shù)字信號傳輸 的影響。3.掌握位同步信號、幀同步信號在數(shù)字分接中 的作用。二、實驗內(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理想信道時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)，使系統(tǒng)正常 工作。2.3.觀察位同步信號抖動對數(shù)字信號傳輸 的影響。觀察幀同步信號錯位對數(shù)字信號傳輸 的影響。4.用示波器觀察分接后 的數(shù)據(jù)信號、用于數(shù)據(jù)分接 的幀同步信號、位同步信號。三、基本原理

36、本實驗要使用數(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、位同步信號和幀同步信號，把兩路數(shù)據(jù)信號從時分復(fù)用信號中分離出來，輸出兩路串行數(shù)據(jù)信號和兩個8位 的并行數(shù)據(jù)信號。兩個并行信號驅(qū)動 16個發(fā)光二極管，左邊 88個發(fā)光二極管顯示第二路數(shù)據(jù)，二極管亮狀態(tài)表個發(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”。兩個串行數(shù)據(jù)信號碼速率為數(shù)字源輸出信號碼速率 的1/3。在數(shù)字終端模塊中，有以下測試點及輸入輸出點：S-INSDBDFDD1B1F1時分復(fù)用基帶信號輸入點抽樣判后 的時分復(fù)用信號測試點延遲后

37、的位同步信號測試點整形后 的幀同步信號測試點分接后 的第一路數(shù)字信號測試點第一路位同步信號測試點第一路幀同步信號測試點分接后 的第二路數(shù)字信號測試點第二路位同步信號測試點第二路幀同步信號測試點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 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、U70：八級移位寄存器 40944017串/并變換并/串變換U66、U71：八級移位寄存器 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個單元可使串 /并變換器和并 /串變換器 的輸入信號 SD、位同步信號及幀同步信號滿足正確 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個碼元周期，得到 FD-7、FD-15、FD-8（即F1）和 FD-16（即 F2）等 4個幀同步信號。在

39、 FD-7及 BD 的作用下， U65（4094）將第一路串行信號變成第一路 8位并行信號，在 FD-15和 BD作用下， U70（4094）將第二路串行信號變成第二路 8位并行信號。在 F1及 B1 的作用下， U66（ 4014）將第一路并行信號變?yōu)榇行盘?D1，在 F2及 B2 的作用下， U71（ 4014）將第二路并行信號變?yōu)榇行盘?D2。B1和 B2 的頻率為位同步信號 BS頻率 的 1/3，D1信號、 D2信號 的碼速率為信源輸出信號碼速率 的 1/3。U65、U70輸出 的并行信號送給顯示單元。根據(jù)數(shù)字信源和數(shù)字終端對應(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和幀同步信號，還要求幀同步信號因而送給移位寄存 的寬度為一個碼元周期且其上升沿應(yīng)與第一路數(shù)據(jù) 的起始時刻對齊，器 U67 的幀同步信號也必須符合上述要求。但幀同步模塊提供 的幀同步信號脈沖寬度大于兩個碼元 的寬度，且?guī)矫}沖 的上升沿超前于數(shù)字信源輸出 的基帶信號第一路數(shù)據(jù) 的起始時刻約半個碼元（幀同步脈沖上升沿略遲后于位同步信號 的上升沿，而位同步信 號上升沿位于位同步器輸入信號 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 的幀同步信號送到移位寄存器終端模塊將幀同步器提取 的幀同步信號送到單穩(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碼元寬度，然后用位同步信號BD對單穩(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，對位同步信號及幀同步信號 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 的幀同步信號和位同步信號才能正確分接出時分復(fù)用 的各路信號。2.時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)圖 7-5為時分復(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頻帶，收濾器可以濾除一部分噪聲，同時與發(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和幀同步信號。m (t)D (t)1發(fā)送濾波接收濾1碼型變復(fù)接器識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時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng) 本實驗中復(fù)接路數(shù) N=2，信道是理想 的、即相當(dāng)于將發(fā)濾波器輸出信號無失真地傳輸?shù)绞諡V波器。為簡化實驗設(shè)備，收、發(fā)濾波器也被省略掉。本實驗 的主要目 的是掌握位同步信號及幀同步信號在數(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、實驗步驟本次實驗使用數(shù)字信源、位同步、幀同步、數(shù)字終端這四個單元。它們 的信號連接關(guān)系如圖 7-6所示，其中實線表示實驗板上已經(jīng)布好，虛線表示實驗中要手 工連接 的信號線（共四根）。1.復(fù)習(xí)位同步、幀同步 的實驗內(nèi)容并熟悉數(shù)字終端單元 工作原理，按照圖 7-6將這四個模塊連在一起，接通實驗箱電源。NRZ-OUTS-IN數(shù)字信源數(shù)字終端