【正文】 四個(gè)8254計(jì)數(shù)器及一些門(mén)電路構(gòu)成，其原理框圖如圖54所示，圖中已注明了各個(gè)計(jì)數(shù)器的工作方式和計(jì)數(shù)常數(shù)。圖53 數(shù)字鑒相器量化器把相位誤差變?yōu)槎噙M(jìn)制數(shù)字信號(hào)，它由工作于M0方式、計(jì)數(shù)常數(shù)為N0的8254 B2完成（N0為量化級(jí)數(shù)，此處N0=52）。 數(shù)字鎖相環(huán)是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，主要器件是單片機(jī)89C51及可編程計(jì)數(shù)器8254。 晶振 CRY3：晶體；U39：7404 實(shí)驗(yàn)三中的模擬環(huán)也可以提取位同步信號(hào)，它要求輸入準(zhǔn)周期正弦信號(hào)。實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字鎖相環(huán)與位同步一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 掌握數(shù)字鎖相環(huán)工作原理以及觸發(fā)式數(shù)字鎖相環(huán)的快速捕獲原理。（5）斷開(kāi)、接通電源若干次，使發(fā)端CAR信號(hào)與載波同步CAROUT信號(hào)的相位關(guān)系出現(xiàn)跳變，重新進(jìn)行步驟（4）中的觀察。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開(kāi)關(guān)K7置于N端。 圖44為2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器各點(diǎn)波形示意圖，圖中設(shè)“1”碼載頻等于碼速率的兩倍，“0”碼載頻等于碼速率。實(shí)際通信系統(tǒng)中的2DPSK相干解調(diào)器（或差分相干解調(diào)器）不需要調(diào)節(jié)判決電平。 MU的波形接近圖43所示的理論波形，略有區(qū)別。 單穩(wěn)單穩(wěn)2 U35：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器74123 AKOUT 解調(diào)輸出信號(hào)的輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)（3個(gè)） 2DPSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： CM 比較器輸出信號(hào)的輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn) 2FSK信號(hào)的解調(diào)方法有：包絡(luò)括檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過(guò)零檢測(cè)法等。2. 掌握2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)原理。反復(fù)斷開(kāi)、接通電源可以發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)信號(hào)有時(shí)同相、有時(shí)反相。 失鎖時(shí)，CAR和CAROUT頻率不相等，但當(dāng)頻差較大時(shí)，在鑒相器輸出端電容的作用下，ud幅度較小。記環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)時(shí)鑒相器輸出電壓為ud2；繼續(xù)減小C34，使ud減小到鎖定狀態(tài)下的最小值ud3；再繼續(xù)減小C34，ud變?yōu)榻涣鳎ㄏ聦捝险闹芷谛盘?hào)），環(huán)路再次失鎖。若有頻率計(jì)則可分別測(cè)量CAR和CAROUT頻率。 3. 用示波器觀察載波同步模塊鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)，測(cè)量環(huán)路的同步帶、捕捉帶。在鎖定狀態(tài)下微調(diào)C34也會(huì)改變輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位關(guān)系（為什么，請(qǐng)思考）。 鎖相環(huán)對(duì)輸入電壓信號(hào)和噪聲相當(dāng)于一個(gè)帶通濾波器，我們可以選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)路參數(shù)使帶通濾波器帶寬足夠小。對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行平方處理后得，此信號(hào)中只含有直流和2ωc頻率成分，理論上對(duì)此信號(hào)再進(jìn)行隔直流和二分頻處理就可得到相干載波。所以當(dāng)ui(t)是調(diào)角信號(hào)時(shí)，環(huán)路對(duì)ui(t)等效為一個(gè)帶通濾波器，離ωi較遠(yuǎn)的頻率成分將被環(huán)路濾掉。當(dāng)|Δωo|ΔωP時(shí)，環(huán)路可以進(jìn)入鎖定狀態(tài)。鎖相環(huán)路是一個(gè)相位負(fù)反饋系統(tǒng)，PD檢測(cè)ui(t)與uo(t)之間的相位誤差并進(jìn)行運(yùn)算形成誤差電壓ud(t)，LF用來(lái)濾除乘法器輸出的高頻分量（包括和頻及其他的高頻噪聲）形成控制電壓uc(t)，在uc(t)的作用下、uo(t)的相位向ui(t)的相位靠近。 壓控振蕩器 CRY2：晶體；NN4：三極管3DG6圖31 載波同步方框圖 本模塊上有以下測(cè)試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)： 2. 掌握用平方環(huán)法從2DPSK信號(hào)中提取相干載波的原理及模擬鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)方法。 示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK；觀察這兩個(gè)信號(hào)與AK的關(guān)系（注意“1”碼與“0”碼對(duì)應(yīng)的2FSK信號(hào)幅度可能不相等，這對(duì)傳輸信息是沒(méi)有影響的）。 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中m(t)是一個(gè)周期信號(hào)，故m(t)有離散譜，因而2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK也具有離散譜。 2DPSK通信系統(tǒng)可以克服上述2PSK系統(tǒng)的相位模糊現(xiàn)象，故實(shí)際通信中采用2DPSK而不用2PSK（多進(jìn)制下亦如此，采用多進(jìn)制差分相位調(diào)制MDPSK），此問(wèn)題將在數(shù)字解調(diào)實(shí)驗(yàn)中再詳細(xì)介紹。碼元為“0”時(shí)，2DPSK信號(hào)的相位不變，可簡(jiǎn)稱(chēng)為“1變0不變”。 射隨器 V3：三極管9013將晶振信號(hào)進(jìn)行2分頻、濾波后。2（B） U9：雙D觸發(fā)器74LS74 CAR 2DPSK信號(hào)載波測(cè)試點(diǎn) 用示波器觀察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號(hào)波形。5. 根據(jù)公式， 計(jì)算環(huán)路自然諧振頻率ωn，阻尼系數(shù)ζ和等效噪聲帶寬BL 。 （2）將KKK3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000態(tài)，觀察并記錄對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。接好電源線，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。編碼輸出比輸入碼延遲4個(gè)時(shí)鐘周期。 譯碼時(shí)，需將AMI或HDB3碼變換成兩路單極性信號(hào)分別送到CD22103的第1第13腳，此任務(wù)由雙/單變換電路來(lái)完成。CD22103編碼輸出兩路并行信號(hào)+HOUT和HOUT，它們都是半占空比的正脈沖信號(hào)，分別與AMI或HDB3碼的正極性信號(hào)及負(fù)極性信號(hào)相對(duì)應(yīng)。在通信的終端需將它們譯碼為NRZ碼才能送給數(shù)字終端機(jī)或數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。 限幅放大器 U15：運(yùn)放LM318 BPF 帶通濾波器輸出信號(hào)FS信號(hào)、NRZOUT信號(hào)之間的相位關(guān)系如圖15所示，圖中NRZOUT的無(wú)定義位為0，幀同步碼為1110010，數(shù)據(jù)1為11110000，數(shù)據(jù)2為00001111。UU6和U7的地址信號(hào)輸入端A、B、C并連在一起并分別接SSS3信號(hào)，它們的8個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端x0 ~ x7分別KKK3輸出的8個(gè)并行信號(hào)連接。16運(yùn)算，輸出BS、SSS3等4個(gè)信號(hào)。 倒相器 U20：非門(mén)74HC04 BSOUT 信源位同步信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)（2個(gè)） 三、 基本原理 本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源模塊和HDB3編譯碼模塊。實(shí)驗(yàn)一 數(shù)字基帶信號(hào)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶信號(hào)波形特點(diǎn)。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以獲得數(shù)字通信時(shí)分復(fù)用技術(shù)及傳輸技術(shù)的感性認(rèn)識(shí)、鞏固課堂上所學(xué)的理論知識(shí)。8. 幀同步單元該單元從信源的NRZ信號(hào)或從2DPSK解調(diào)單元（或2FSK解調(diào)單元）解調(diào)輸出的NRZ信號(hào)中提取幀同步信號(hào)。本單元還產(chǎn)生了M序列信號(hào)。對(duì)普通語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行編碼而產(chǎn)生的PCM信號(hào)是隨機(jī)信號(hào)，不適于用示波器觀察信號(hào)傳輸過(guò)程中的變化。《通信原理》課程主要介紹傳輸及復(fù)用技術(shù)。在收端CP為位同步信號(hào)，F(xiàn)S為幀同步信號(hào)，F(xiàn)F2為兩個(gè)路同步信號(hào)，SRA、SRB為兩個(gè)PCM譯碼器輸出的模擬話(huà)音信號(hào)。由兩路實(shí)際的話(huà)音信號(hào)(或兩路正弦信號(hào))形成的PCM時(shí)分復(fù)用信號(hào)則不再經(jīng)過(guò)調(diào)制、解調(diào)而直接送給PCM譯碼器，實(shí)驗(yàn)者可以觀察到PCM話(huà)音（或正弦信號(hào)）波形、量化噪聲、過(guò)載噪聲，從而理解PCM編譯碼原理。3. 數(shù)字調(diào)制單元，產(chǎn)生2DPSK及2ASK信號(hào)。幀結(jié)構(gòu)類(lèi)似于PCM基群信號(hào)，但只傳輸兩路數(shù)字音頻信號(hào)，其中一路信號(hào)放在第2個(gè)時(shí)隙，另一路可放在第7任何一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，第0個(gè)時(shí)隙中有7位幀同步碼，其余29個(gè)時(shí)隙為全0碼。TX5型實(shí)驗(yàn)設(shè)備所需三輸出直流穩(wěn)壓電源（+5V、3A，+12V、12V、）已內(nèi)置，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需將交流220V通過(guò)電源線接到實(shí)驗(yàn)箱左側(cè)的插座內(nèi)。 掌握集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。幀長(zhǎng)為24位，其中首位無(wú)定義，第2位到第8位是幀同步碼（7位巴克碼1110010），另外16位為2路數(shù)據(jù)信號(hào)，每路8位。 晶振 CRY：晶體；U1：反相器740474161是一個(gè)4位二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，預(yù)置在3狀態(tài)。74193是一個(gè)4位二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器，當(dāng)CPD= PL =時(shí)，可在Q0、2及Q3端分別輸出上述4個(gè)信號(hào)。SS5信號(hào)分別輸入到U8的地址端A和B，UUU7輸出的3路串行信號(hào)分別輸入到U8的數(shù)據(jù)端xx0、x1，此信號(hào)為單極性不歸零信號(hào)（NRZ）。本模塊內(nèi)部使用+5V和5V電壓，其中5V電壓由12V電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器7905變換得到。 HDB3編譯碼器 U10：HDB3編譯碼集成電路CD22103A AMI碼的編碼規(guī)律是：信息代碼1變?yōu)閹в蟹?hào)的1碼即+1或1，1的符號(hào)交替反轉(zhuǎn)；信息代碼0的為0碼。這種信號(hào)的功率譜也在圖19中給出。整流后的DET信號(hào)含有位同步信號(hào)頻率離散譜。HDB3碼及經(jīng)過(guò)隨機(jī)化處理的AMI碼常被用在PCM一、二、三次群的接口設(shè)備中。 （2）HDB3碼經(jīng)邏輯組合后從CKR端輸出，供時(shí)鐘提取等外部電路使用； （3）可在不斷業(yè)務(wù)的情況下進(jìn)行誤碼監(jiān)測(cè)，檢測(cè)出的誤碼脈沖從ERR端輸出，其脈寬等于收時(shí)鐘的一個(gè)周期，可用此進(jìn)行誤碼計(jì)數(shù)。 用示波器觀察HDB3編譯單元的各種波形。 HDB3單元的NRZ信號(hào)（譯碼輸出）滯后于信源模塊的NRZOUT信號(hào)（編碼輸入）8個(gè)碼元。一般將信源代碼置成只有1個(gè)“1”碼的狀態(tài)來(lái)觀察譯碼輸出）。實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字調(diào)制一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握絕對(duì)碼、相對(duì)碼概念及它們之間的變換關(guān)系。信源模塊向調(diào)制模塊提供數(shù)字基帶信號(hào)（NRZ碼）和位同步信號(hào)BS（已在實(shí)驗(yàn)電路板上連通，不必手工接線）。 2FSK 2FSK信號(hào)測(cè)試點(diǎn)/輸出點(diǎn)，VPP 碼變換 U18：雙D觸發(fā)器74LS74；U19：異或門(mén)74LS86 2PSK、2DPSK波形與信息代碼的關(guān)系如圖23所示。但不管是那種關(guān)系，上述結(jié)論總是成立的。 2FSK信號(hào)（相位不連續(xù)2FSK）可看成是AK與調(diào)制不同載頻信號(hào)形成的兩個(gè)2ASK信號(hào)相加。接通電源，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱電源開(kāi)關(guān)。 設(shè)相對(duì)碼為全全0或1001 1010，求絕對(duì)碼。 2. 觀察環(huán)路的捕捉帶和同步帶。 Ud 鑒相器輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn) 2 U27：D觸發(fā)器7474 圖34 模擬環(huán)數(shù)學(xué)模型 當(dāng)時(shí)，令Kd=Ud為PD的線性化鑒相靈敏度、單位為V/rad，則環(huán)路線性化數(shù)學(xué)模型如圖35所示。這兩種情況下，環(huán)路都將處于失鎖狀態(tài)。ωn越小，環(huán)路的低通特性截止頻率越小、等效帶通濾波器的帶寬越窄；ζ越大，環(huán)路穩(wěn)定性越好。 平方電路不理想，其輸出信號(hào)幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)變化，不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二倍頻正弦信號(hào)。當(dāng)固有頻差為0時(shí)，模擬環(huán)輸出信號(hào)的相位超前輸入相位90176。實(shí)際電路也決定了相干載波可能有兩個(gè)相反的相位，因二分頻器的初始狀態(tài)可以為“0”也可以是“1”。本環(huán)路輸入信號(hào)頻率等于2DPSK載頻的兩倍，即等于調(diào)制單元CAR信號(hào)頻率的兩倍。失鎖時(shí)ud的最大值和最小值就是鎖定狀態(tài)下ud的變化范圍（對(duì)應(yīng)于環(huán)路的同步范圍）。設(shè)VCO的靈敏度為K0(HZ/V)，則環(huán)路同步帶ΔfH及捕捉帶ΔfP分別為：ΔfH =K0ΔV1/2 ，ΔfP =K0ΔV2/2 。 環(huán)路鎖定時(shí)，ud不是一個(gè)純凈的直流信號(hào)，在直流電平上疊加有一個(gè)很小的交流信號(hào)。3. 由公式及計(jì)算環(huán)路參數(shù)ωn和ζ，式中 Kd=6 V/rad，Ko=2π18 rad/，R25=2104 W，R68=5103 W，C11=106 F 。3．用示波器觀察眼圖。圖41為兩個(gè)解調(diào)器的原理方框圖，其電原理圖如圖42所示（見(jiàn)附錄）。 BSIN 位同步信號(hào)輸入點(diǎn) 2FSK解調(diào)模塊上有以下測(cè)試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)： 運(yùn)放 U30：運(yùn)算放大器UA741 整形2 U34:B：反相器74HC04在實(shí)際的2DPSK通信系統(tǒng)中，抽樣判決器輸入信號(hào)是一個(gè)均值為0且正負(fù)對(duì)稱(chēng)的信號(hào)，因此最佳判決電平為0。另外，當(dāng)LPF中有噪聲時(shí)，CM中還會(huì)出現(xiàn)噪聲脈沖?？砂演斎胄盘?hào)進(jìn)行硬限幅處理。圖44 2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器各點(diǎn)波形示意圖四、 實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元、數(shù)字調(diào)制單元、載波同步單元、2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元，它們之間的信號(hào)連結(jié)方式如圖45所示,其中實(shí)線是指已在電路板上布好的,虛線是實(shí)驗(yàn)中要連接的。MU與BK同相或反相，其波形應(yīng)接近圖43所示的理論波形。 4. 2FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開(kāi)關(guān)K7還原置于N端。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 觀察數(shù)字環(huán)的失鎖狀態(tài)、鎖定狀態(tài)。位同步模塊原理框圖如圖51所示，電原理圖如圖52所示（見(jiàn)附錄）。 量化器 U45：可編程計(jì)數(shù)器8254 M0為計(jì)數(shù)中斷方式，M1為單穩(wěn)方式，M2為分頻方式。一個(gè)ui脈沖使8254A2產(chǎn)生一個(gè)寬度為N0的負(fù)脈沖，倒相后變?yōu)檎}沖送到89C51的端，而89C51的外中斷1被設(shè)置為負(fù)跳變中斷申請(qǐng)方式。若環(huán)路處于鎖定狀態(tài)，則N’d=N0/2，由式（51）及式（52）得Nd=N0/2。8254B0輸出的負(fù)脈沖的后沿重新啟動(dòng)8254A1，使它重新作247。 控制器的作用是保證每次對(duì)8254B2進(jìn)行讀操作之前鑒相器只輸出一個(gè)正脈沖，它由或門(mén)7432（U5:B）及16分頻器74190（U13）組成。 對(duì)于NRZ碼來(lái)說(shuō)，允許其連“1”、連“0”的個(gè)數(shù)決定于數(shù)字環(huán)的同步保持時(shí)間tc。 觀察數(shù)字環(huán)的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 數(shù)字環(huán)位同步器輸入NRZ碼連“1”或連“0”個(gè)數(shù)增加時(shí)，提取的位同步信號(hào)相位抖動(dòng)增大，試解釋此現(xiàn)象。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 觀察幀同步碼無(wú)錯(cuò)誤時(shí)幀同步器的維持態(tài)。 BSIN 位同步信號(hào)輸入點(diǎn)（2個(gè)） 移位寄存器 U50、U51：四位移位寄存器74175 或門(mén) U58:A：或門(mén)4071 判決器U53有6個(gè)輸入端。24信號(hào)及幀同步器最終輸出的幀同步信號(hào)FSOUT，F(xiàn)SOUT的上升沿稍遲后于GAL的上升沿。24信號(hào)的下降沿稍有延遲。24分頻器輸出與GAL信號(hào)同頻同相的的周期信號(hào)（見(jiàn)圖63）。只要識(shí)別器不連續(xù)出現(xiàn)三次漏識(shí)別，則247。本同步器中捕捉態(tài)下的高門(mén)限屬于后方保護(hù)措施之一，它可以減少假同步概率，當(dāng)然還可以采取其它