【正文】 ................................................. 30 VHDL 語言仿真 ................................................... 30 第五章 PROTEL 軟件繪制電路圖簡(jiǎn)介 ...................................... 33 PROTEL軟件簡(jiǎn)介 .................................................. 33 電路圖繪制 ...................................................... 33 第六章 結(jié)論與展望 .................................................... 36 參考文獻(xiàn) ............................................................. 37 致謝 ................................................................. 38 附錄 ................................................................. 39 摘要 在電信領(lǐng)域，曼徹斯特碼是一種數(shù)據(jù)通訊線性碼，它的每一個(gè)數(shù)據(jù)比特都是由至少一次電壓轉(zhuǎn)換的形式所表示的 。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示 了謝意。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制， 部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。每一個(gè)比特都準(zhǔn)確的在一預(yù)先定義時(shí)間時(shí)期的時(shí)間中被傳送。 提出了曼徹斯特編解碼方案，重點(diǎn) 運(yùn)用 VHDL語言 對(duì)同步信號(hào)提取電路進(jìn)行了 硬件仿真 。進(jìn)入 90年代，成像測(cè)井技術(shù)獲得了較大的發(fā)展，測(cè)井系統(tǒng)中需要傳送的數(shù)據(jù)信息量越來越大，為此必須解決數(shù)據(jù)的高速傳輸與正確接收兩個(gè)問題，如相關(guān)編碼技術(shù)、纜芯多路復(fù)用技術(shù)、基帶均衡技術(shù)等用以提高數(shù)據(jù)傳輸速率和降低誤碼率 .在測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，由于曼徹斯特碼既能提供足夠的定時(shí)分量，又無直流漂移，編碼過程相對(duì)簡(jiǎn)單，因而曼徹斯特（ Manchester）碼是測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸中常用的編碼方式之一。但每一個(gè)碼元都被調(diào)成兩個(gè)電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的 1/2。 本文的主要工作就是研究曼徹斯特碼編碼器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。在該方式中需要使用 VHDL語言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真 。 第五章介紹了 利用 PROTEL的 電路圖繪制。每一個(gè)比特都準(zhǔn)確的在一預(yù)先定義時(shí)間時(shí)期的時(shí)間中被傳送。每一個(gè)比特都準(zhǔn)確的在一預(yù)先定義時(shí)間時(shí)期的時(shí)間中被傳送。 以下是在不同 P值情況下 的功率譜仿真圖。從圖中可以看到有線譜資源，表明有可提取的位定時(shí)信息。 曼徹斯特碼所要考慮的一件事就 是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的同步問題，初看起來它可能是半比特周期的錯(cuò)誤將導(dǎo)致接收機(jī)終端得到相反的輸出，但是進(jìn)一步考慮表明了典型數(shù)據(jù)在這個(gè)情況下將導(dǎo)致違例碼。在這項(xiàng)技術(shù)中 ,在電纜上被傳送的真實(shí)二元數(shù)據(jù)不是以一連串的邏輯序列 1 或者 0 來表示的 (這項(xiàng)技術(shù)也是一種不歸零碼 NRZ）。把邏輯 0 表示為 0到 1 的跳變 .兩種定義已經(jīng)并存很多年 . 以太網(wǎng)藍(lán)皮書和美國(guó)電氣及電子工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEEE (10 Mbps)描繪了邏輯 0 被發(fā)送成是 0到 1 的跳變，邏輯 1 表示成 1到 0的跳變。曼徹斯特編碼信號(hào)包含頻繁的電平跳變 ,這使得它可以允許接收器運(yùn)用數(shù)字鎖相環(huán)曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計(jì) 第二章 曼徹斯特碼原理及其編碼規(guī)則 提取精確的時(shí)鐘信號(hào)并且實(shí)現(xiàn)每個(gè)比特的定時(shí)和正確解碼。這就是作為電平頻繁跳變的代價(jià)，對(duì)于一個(gè) 10 Mbps 局域網(wǎng) ,信號(hào)頻譜值在 5 和 20 MHz 之間。 令牌總線標(biāo)準(zhǔn)采用了此種傳輸技術(shù) 。這種方案采用一種最初 為 FDDI（光纖分布式 數(shù)據(jù) 接口）系統(tǒng)開發(fā)的 4B/5B 編碼。 吉比特以太網(wǎng)使用五電平值和 8b/10b 編碼方案，在有限的電纜帶寬下更有效率，在 100 MHz 的帶寬以內(nèi)提供 1Gbps 的數(shù)據(jù)速率。曼徹斯特編碼串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N重要的編碼方式。使用 CPLD可大大簡(jiǎn)化這一過程。用戶可以根據(jù)原理圖或硬件描述語言自由地設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，然后通過軟件仿真，事先驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。解碼電路模塊用則是將接收到的曼徹斯特碼整形后利用同步時(shí)鐘提取電路模塊提供的同步信號(hào)把它轉(zhuǎn)換成原碼輸出。因此要用一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器，在時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)，選擇原碼作為曼徹斯特編碼的信號(hào)，而時(shí)鐘信號(hào) 為低電平時(shí)， 選擇原碼的反碼作為曼徹斯特編碼信號(hào)即可。例如： 1”的寬度與一般的寬度不同，導(dǎo)致之后的編碼全部出錯(cuò)，顯然編碼是錯(cuò)誤的。很明顯，原碼就是在時(shí)鐘的前半周期 (高電平的時(shí)候 )保持曼徹斯特的碼不變，而時(shí)鐘后半周期，維持前半周期的電平不變，就恢復(fù)出原碼了 12,31。另外只需要構(gòu)建一個(gè)占空 比為 1/2，且頻率大于兩倍于信號(hào)速率的時(shí)鐘。時(shí)鐘信號(hào) 產(chǎn)生很多時(shí)候多是采用集成電路定時(shí)器 555 產(chǎn)生 ， 作定時(shí)器時(shí)，定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)。因此電路的輸出波形為矩形脈沖，脈沖的占空比隨頻率的變化而變化。 具體實(shí)際應(yīng)用中采用了比較常用性價(jià)比高的 石英晶體正弦波振蕩電路 。 壓電效應(yīng) 若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。它的諧振頻率與晶片的切割方 式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。 曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計(jì) 第三章 曼徹斯特編解碼方案 二 、石英晶體振蕩器的主要參數(shù) 標(biāo)稱頻率大都標(biāo)明在晶振外殼上。可見當(dāng)頻率低于串聯(lián)諧振頻率 fs或者頻率高于并聯(lián)揩振頻率 fd時(shí)，石英晶體呈容性。 在工程應(yīng)用中，例如在實(shí)驗(yàn)用的低頻及高頻信號(hào)產(chǎn)生電路中，往往要求正弦波振蕩電路的振蕩頻率有一定的穩(wěn)定度，有時(shí)要求振蕩頻率十分穩(wěn)定，如通訊系統(tǒng)中的射頻振蕩電路、數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)鐘產(chǎn)生電路等。 影響 LC振蕩電路振蕩頻率無的因素主要是 LC 并聯(lián)諧振回路的 Q值，可以證明，Q值愈大，頻率穩(wěn)定度愈高。 石英晶體振蕩電路之所以具有極高的頻率穩(wěn)定度，主要是由于采用了具有極高 Q值的石英晶體元件 。等效電路中的 C。 下 圖為石英晶體的符號(hào)、等效電路和電抗特性。 因此，利用石英晶體的頻率特性可構(gòu)成兩種不同 類型的頻率高度穩(wěn)定的正弦波振蕩電路： 當(dāng)石英晶體發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，它呈純阻性，相移是 0。 圖 并聯(lián)型 石英晶體正弦波振蕩電路 占空比調(diào)整電路 占空比調(diào)整電路 采用一個(gè) D觸發(fā)器，將其反向輸出端接至其輸入端 D 管腳，時(shí)鐘源輸出端接入其 CP 管腳，從而構(gòu)成一個(gè)二分頻電路實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)整，將原來由石英晶體震蕩電路產(chǎn)生的占空比隨頻率變化而變化的時(shí)鐘信號(hào)調(diào)整其占空比為 50%。 解碼電路 解碼電路中，由于 同步時(shí)鐘信號(hào)已經(jīng)有專門的模塊電路恢復(fù)出來，因此直接利用，解碼電路模塊 所需要 做 的只是在 時(shí)鐘信號(hào)為高電平（前半時(shí)鐘周期）時(shí)，直接晶振872U ? AU A 9 63 7 AC L K3D2SD4CD1Q5Q6U ? A7 4L S 7 4C L K3D2SD4CD1Q5Q6U ? A7 4L S 7 4I 0 A6I 1 A51 2A41 3A3EA1ZA7I 0 B10I 1 B11I 2 B12I 2 C13EB15ZB9S014S127 4L S 1 53C2C1 C31 00 0 P F2 0P F5 P F編 碼 輸 入+ 5V曼 碼 輸 出編 碼 電 路晶 振 定 時(shí)I C 1 I C 2I C 3占 空 比 調(diào) 整I C 4同 步編 碼+ 5V晶振872U ? AU A 9 63 7 AC L K3D2SD4CD1Q5Q6U ? A7 4L S 7 4C L K3D2SD4CD1Q5Q6U ? A7 4L S 7 4I0 A6I1 A51 2A41 3A3EA1ZA7I0 B10I1 B11I2 B12I2 C13EB15ZB9S014S127 4L S 1 53C2C1 C31 00 0 P F2 0P F5 P F編 碼 輸 入+ 5V曼 碼 輸 出編 碼 電 路晶 振 定 時(shí)IC 1 IC 2IC 3占 空 比 調(diào) 整IC 4同 步編 碼+ 5V曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計(jì) 第三章 曼徹斯特編解碼方案 把此時(shí)曼徹斯特碼電平值作為曼徹斯特碼譯碼的信號(hào)，而時(shí)鐘信號(hào)為低電平（后半時(shí)鐘周期 ）時(shí)，保持前半時(shí)鐘周期的曼徹斯特碼電平值即可。數(shù)字通信的這些優(yōu)越性體現(xiàn)在諸多方面，以下是一些容易理解的數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)。 4. 易于加密 。這些方面的指標(biāo)是通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，但同時(shí)，這方面的理論和技術(shù)也是通信領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。另外，發(fā)送的數(shù)字信號(hào)序列常常是編組的，收端必須知道這些編組的頭尾，否則無法恢復(fù)原始信息。 在數(shù)字通信中，任何消息都是一連串信號(hào)碼元序列，所以接收時(shí)需要知道每個(gè)碼元的起止時(shí)刻，才能在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻進(jìn)行取樣判決。所提取的位同步信息是頻率等于碼速率的定時(shí)脈沖，相位則根據(jù)判決時(shí)信號(hào)波形決定，可能在碼元中間，也可能在碼元中止時(shí)刻或其他時(shí)刻。這兩種方法稱為插入導(dǎo)頻法和直接法。即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時(shí)鐘脈沖，接收端按照這一時(shí)鐘脈沖頻率和時(shí)序鎖定接收端的接收頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的過程中始終與發(fā)送端保持同步。 同步信號(hào)提取電路是整個(gè)電路中最關(guān)鍵也是最復(fù)雜的部分，它的成功與否直接影響整個(gè)電路的正常工作，任何一點(diǎn)同步信號(hào)提取電路的誤差都可能導(dǎo)致最終的解碼輸出誤碼。 下圖所示為一最簡(jiǎn)單的電壓比較器， UR為參考電壓，加在運(yùn)放的同相輸入端，輸入電壓 ui加在反相輸入端。 圖 為(a)圖比較器的傳輸特性。當(dāng) Ui＞ 0時(shí)，輸出 UO＝ (UZ+UD)，當(dāng)Ui＜ 0時(shí)， UO＝ +(UZ+UD)。而對(duì)恒定部分則沒有輸出。 曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計(jì) 第三章 曼徹斯特編解碼方案 圖 。而流過電容 C的電流則隨著充電電壓的上升而下 降。變壓器次級(jí)線圈中間需要引出一個(gè)抽頭，把次組線圈分成兩個(gè)對(duì)稱的繞組，從而引出大小相等但極性相反的兩個(gè)電壓 e2a 、 e2b ，構(gòu)成 e2a 、 D Rfz與 e2b 、 D2 、 Rfz ，兩個(gè)通電回路。 224 2 2 2 2 0 . 6 733VVS ??? ? ? （ ） 單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而 全波整流電路中 有直流分量流過。 路的工作原理可分析如下。其電流通路可用圖 （ a）中實(shí)線箭頭表示。 綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個(gè)二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。 圖 橋式整流電路的工作波形圖 窄帶濾波電路 為了從尖鋒脈沖中提取同步時(shí)鐘信號(hào)，需要一個(gè)帶寬非常窄的濾波電路進(jìn)行濾波， 顯然一般的帶通濾波器并不能滿足要求。概況地說，音片、音叉濾波器適用于 20KHZ 以下；圓片、棒狀濾波器適用于 600KHZ 以下；陶瓷 濾波器、晶體濾波器適用以上所有的頻率，但晶體濾波器的 Q 值遠(yuǎn)較陶瓷濾波器高，能實(shí)現(xiàn)更窄的帶寬。這種串聯(lián)晶體的選擇放大器叫做有源晶體濾波器，然而它的阻帶衰減特性差。 圖 有源晶體濾波電路 有源晶體濾波器因消除了 oC 對(duì)阻帶特性的影響 ,而獲得了好的濾波特性。在串有晶體的選擇放大器中，晶體諧振器的有效 ? 值為