通信原理課程設(shè)計數(shù)字通信系統(tǒng)課程設(shè)計

1、目錄摘要i1 ami編譯碼系統(tǒng)設(shè)計方案選擇11.1 ami編碼原理11.2 方案設(shè)計比較12系統(tǒng)電路模塊設(shè)計32.1m序列發(fā)生器的設(shè)計32.2編碼電路的設(shè)計42.3譯碼電路的設(shè)計63完整電路及仿真93.1ami編譯碼系統(tǒng)全圖93.2 7位m序列的ami編譯碼系統(tǒng)的仿真93.3 全1碼的ami編譯碼系統(tǒng)仿真104硬件的焊接和調(diào)試114.1 ami系統(tǒng)的pcb114.2 硬件電路的調(diào)試115心得體會12參考文獻13摘要在基帶信號傳輸系統(tǒng)中，典型碼型有ami、hdb3、cmi碼，使數(shù)字信息變換為適合于給定信道傳輸。ami碼是一種三元碼，全稱是傳號交替反轉(zhuǎn)碼，主要由專用集成電路及與外圍中小規(guī)模集成芯片

2、來實現(xiàn)。本次課設(shè)通過對ami碼的編碼規(guī)則的理解和模數(shù)電知識的應(yīng)用，用分立元器件設(shè)計電路實現(xiàn)ami碼的編碼和譯碼電路，最后用multisim10.0對電路進行仿真，制作調(diào)試pcb電路板，從而完成系統(tǒng)設(shè)計。關(guān)鍵詞：ami；multisim10.0；編譯碼；pcb1 ami編譯碼系統(tǒng)設(shè)計方案選擇在現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中，常常用“0”和“1”表示二進制信號。數(shù)字基帶信號是數(shù)字信息的電脈沖表示不同形式的基帶信號具有不同的頻譜結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計數(shù)字基帶信號碼型，以使數(shù)字信息變換為適合于給定信道傳輸特性的頻譜結(jié)構(gòu)。1.1 ami編碼原理ami碼的全稱是傳號交替反轉(zhuǎn)碼，其編碼規(guī)則是將消息碼的信號“1”(空號)傳號交替

3、的變換為“+1”和“-1”，而“0”空號保持不變。如下表所示：表1-1消息碼0111010100110011am碼0-1+1-10+10-100+1-100+1-1ami碼的對應(yīng)波形是具有正、負、零三種電平的脈沖序列。它可以看成單極性波形的變形，即“0”仍對應(yīng)零電平，而“1”交替對應(yīng)正、負電平。ami的優(yōu)點：沒有直流成分，且高、低頻分量少，能量集中在頻率為1/2碼速處；編譯碼電路簡單，且可以利用傳號極性交替這一規(guī)律觀察誤碼情況；如果他是ami-rz波形，接收后只要全波整流，就可變?yōu)閱螛O性rz波形，從中可以提取位定時分量。鑒于上述優(yōu)點，ami碼成為較常用的傳輸碼型之一。ami碼的缺點：當(dāng)原信碼出

4、現(xiàn)長連串“0”時，信號電平長時間不跳變，造成提取定時信號的困難。1.2 方案設(shè)計比較方案一：利用cd22103完成編譯碼及外圍電路構(gòu)成同步提取及電壓極性轉(zhuǎn)換電路cd22103主要由發(fā)送編碼和接收譯碼兩部分組成，工作速率為50kb/s10mb/s。在發(fā)送部分；當(dāng)腳接低電平時，編成ami碼。接收部分：在譯碼時鐘crx的上升沿作用下，將ami碼譯成nrz碼。nrz碼由移位寄存器和異或門搭建的m序列發(fā)生器產(chǎn)生硬件電路主要基于集成芯片cd22103外加少量外圍芯片來實現(xiàn)該方案電路簡單，位同步提取容易。但是該芯片只具有編譯碼的功能，使用時需另配同步提取及電壓極性轉(zhuǎn)換電路，在市場上cd22103專用芯片很難

5、購買，限制在本次課設(shè)中的使用。電路圖如圖所示：圖1.2 采用cd22103的ami編碼電路方案二：采用d觸發(fā)器，jk觸發(fā)器，門電路，運放等分立元器件構(gòu)成m序列發(fā)生器，ami編碼器，ami譯碼器。本方案思路清晰，可以深入理解電路原理。本次課設(shè)選用方案二。方案三：基于fpga的統(tǒng)一位置判斷和極性判斷的的ami編碼器，可以將誤碼檢測和位同步提取電路融入譯碼器芯片。消耗資源少，外圍電路簡單，但fpga較貴，不宜平常使用。2 系統(tǒng)電路模塊設(shè)計2.1m序列發(fā)生器的設(shè)計m序列發(fā)生器的電路圖如下所示：圖2.1.1 m序列發(fā)生器電路圖m序列發(fā)生器由3個d觸發(fā)器級聯(lián)和若干門電路構(gòu)成的帶線性反饋移位寄存器和一個時鐘

6、信號源組成。假設(shè)從左到右的3個d觸發(fā)器的分別成為。若移位寄存器的初始狀態(tài)=(111)，移位一次后，移位寄存器輸出1，然后信號和信號相或產(chǎn)生一個新的輸入信號1，并產(chǎn)生一個新的輸入信號=(011)。同理，下一次移位后新的狀態(tài)為=(101)，第三次移位后的狀態(tài)為=(010)，第四次移位后的狀態(tài)為=(001),第五次移位后的狀態(tài)為=(100)，第六次移位后的狀態(tài)為=(110)，第七次移位后的狀態(tài)為=（111）。通過七次移位，移位寄存器又返回到了初始狀態(tài)，這樣就產(chǎn)生了一個周期為7的序列，序列為1110100。m序列波形如下：圖2.1.2 m序列發(fā)生器輸出波形2.2編碼電路的設(shè)計編碼電路電路圖如下所示：圖

7、2.2.1 編碼電路圖ami編碼電路由一個jk觸發(fā)器構(gòu)成的t觸發(fā)器，其中t觸發(fā)器逢1跳變，逢0保持；一級運放構(gòu)成差分減法電路；基本rc低通濾波電路；末級運放構(gòu)成的同向放大器電路。與門u8a的一端與m序列發(fā)生器的輸出端相連，另一端和與時鐘脈沖源相連，構(gòu)成非歸零碼-歸零碼轉(zhuǎn)換器。m序列及其轉(zhuǎn)換的單極性歸零碼的波形如下所示：圖2.2.2 m序列和單極性歸零碼jk觸發(fā)器的輸入端與輸出端q的波形如下所示:圖2.2.3 jk觸發(fā)器的輸入端與輸出端q的波形jk觸發(fā)器的jk端和與門u8a的輸出端相接，時鐘信號端通過非門u7a和時鐘脈沖源相連，jk觸發(fā)器的q端口和q端口分別和與門u8b，u8c的一端相接，兩個與

8、門u8b，u8c的另一端都和非歸零碼-歸零碼轉(zhuǎn)換器的輸出端相接，具體功能如下表所示：表2-2 編碼電路的真值表(u8為與門)u8b(in)11110100u8b(in)21010010u8b(out) 1010000u8c(in)11110100u8c(in)20101100u8c(out)0100100差分相減1-110-100每個電路的實際輸出波形如下所示：(1)單極性歸零碼與u8b與門輸出端的波形如下圖所示：圖2.2.4 單極性歸零碼與u8b與門輸出端的波形(2)單極性歸零碼與u8c與門輸出端的波形如下圖所示：圖2.2.5 單極性歸零碼“1”信號轉(zhuǎn)換為交替的“1”、“0”(3)差分相減后

9、的波形，即ami碼為，如下圖所示：圖2.2.6 ami碼2.3譯碼電路的設(shè)計 譯碼電路其實就是編碼電路的逆過程。首先將ami碼還原成單極性歸零碼。將ami碼流通過兩個二極管分別去掉負電平部分和正電平部分分別送入求差電路的兩個輸入端求差還原出原來的單極性歸零碼。ami碼轉(zhuǎn)換為單極性歸零碼波形如下：圖2.3.1 ami碼轉(zhuǎn)換為單極性歸零碼一部分輸入一個自同步電路，直接從信息碼元中提取碼元定時信息。自同步電路由電阻和電容構(gòu)成的低通濾波電路和由運放和電阻電容組成的微分電路以及一個運放組成的放大電路組成。碼元定時信息送入抽樣判決器進行抽樣判決后得到一個比原脈沖延時一個碼元的信號脈沖,抽樣判決電路由一個d

10、觸發(fā)器組成，抽樣判決器的定時脈沖選擇4000hz。(1)單極性歸零碼通過自同步得到碼元定時信息波形如下：圖2.3.2 自同步的輸入和定時信息(1)抽樣脈沖與定時信息：圖2.3.3 4k的抽樣脈沖與提取的定時信息另一部分通過同相放大電路放大后輸入一個d觸發(fā)器的d口，在由抽樣判決器產(chǎn)生的信號脈沖的作用下還原為原來的m序列。將單極性歸零碼轉(zhuǎn)換為原來的m序列波形如下：圖2.3.5單極性歸零碼轉(zhuǎn)換為原來的m序列波形總的譯碼電路電路圖如下:圖2.3.6 譯碼電路電路圖3 總電路及仿真3.1ami編譯碼系統(tǒng)全圖圖3.1 ami編譯碼系統(tǒng)總圖3.2 7位m序列的ami編譯碼系統(tǒng)的仿真將示波器的兩個探頭分別接到

11、m序列的輸出端和編碼電路的輸出端，按下ewb工具欄右上角的i/o開關(guān)，得到的仿真波形如下：圖3.2.1 仿真波形1將示波器的兩個探頭分別接到m序列發(fā)生器的輸出端和譯碼電路的輸出端。按下ewb工具欄右上角的i/o開關(guān)，得到的仿真波形如下：圖3.2.2 原m序列與譯碼輸出的m序列將示波器的兩個探頭分別接到ami編碼電路和譯碼電路的輸出端。按下ewb工具欄右上角的i/o開關(guān)，得到的仿真波形如下：圖3.2.3 編碼輸出與譯碼輸出3.3 全1碼的ami編譯碼系統(tǒng)仿真將開關(guān)切換到電源端，使ami編碼端輸入系統(tǒng)為高電平，則編碼輸出如下所示：圖3.3.1 全1碼的編碼輸出 4 硬件的焊接和調(diào)試4.1 ami系

12、統(tǒng)的pcb此次制作用到了74hc74芯片4個，74ls00芯片1個，74ls08芯片1個，74ls27芯片一個，ua741芯片6個及若干電阻電容。基于模塊化的思想，我們將硬件分為3部分來制作，m序列發(fā)生器、編碼電路，譯碼電路，使用altium designer制作的pcb，如下圖所示：圖4.1 ami的系統(tǒng)pcb圖4.2 硬件電路的調(diào)試在調(diào)試前檢查導(dǎo)線的連接，發(fā)現(xiàn)有斷線，因為在轉(zhuǎn)印過程中，墨未能完全覆蓋導(dǎo)線，導(dǎo)致某些導(dǎo)線斷裂；調(diào)試m序列時，發(fā)現(xiàn)時鐘信號的幅度不夠，未能得到m序列，后來加大幅度才得出m序列；在調(diào)試編譯碼電路時每一級信號衰減嚴(yán)重，不能很好地傳入下一級，只能加同向放大器進行補償。5

13、心得體會本次課設(shè)由分立元器件構(gòu)成的ami電路基礎(chǔ)知識主要是數(shù)電，模電知識；如運放構(gòu)成的差分電路，觸發(fā)器構(gòu)成的分頻電路和移位寄存器。需要重新翻看模電數(shù)電，在學(xué)習(xí)ami時，只知道它的特點和編碼原則和用編譯碼芯片完成編碼，并未對實際的分立電路做過分析。此次電路分析，需要我們綜合運用通信原理等課程的知識，從而對以前模電和數(shù)電的基礎(chǔ)電路的應(yīng)用有了一個新的認識。在這次課程設(shè)計中，學(xué)會了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計電路和調(diào)試電路。動手能力得到很大的提高。從中發(fā)現(xiàn)并不能很好的熟練運用以前學(xué)過的電路知識，局限于以前所學(xué)的電路的應(yīng)用，限制了自己的思維，并未很好的應(yīng)用。在以后學(xué)習(xí)中要加強對電路應(yīng)用范圍的拓展。但由于電路比較簡單，可以找到基本電路進行改進。在進行參數(shù)計算時，定型分析、定量計算，元器件選擇等手段結(jié)合起來，掌握工程設(shè)計的步驟和方法。通過這種綜合訓(xùn)練，可以掌握電路設(shè)計的基本方法，培養(yǎng)分析解決電路問題的能力，為以后畢業(yè)設(shè)計和從事電子實驗實際工作打下基礎(chǔ)。認識到理論與實踐的區(qū)別，從實踐中再次學(xué)習(xí)原理，反饋到理論知識中加以認真，不要理論與實踐相分離，實際的調(diào)試是與理論知識相結(jié)合的，不是孤立的；只有從本質(zhì)上理解了原理，才能更好的應(yīng)用于實踐。每次課設(shè)都提升了團隊的凝聚力，提高相互合作的能力，在每次課設(shè)，提升了自己對各種仿真軟件