【正文】 只要識(shí)別器不連續(xù)出現(xiàn)三次漏識(shí)別，則247。24信號(hào)的下降沿稍有延遲。判決器U53有6個(gè)輸入端。 移位寄存器 U50、U51：四位移位寄存器74175 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)。 觀察數(shù)字環(huán)的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。 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。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。M0為計(jì)數(shù)中斷方式，M1為單穩(wěn)方式，M2為分頻方式。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）。 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。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。另外，當(dāng)LPF中有噪聲時(shí)，CM中還會(huì)出現(xiàn)噪聲脈沖。 整形2 U34:B：反相器74HC04 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)： 3．用示波器觀察眼圖。 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)。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）。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”。 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)。這兩種情況下，環(huán)路都將處于失鎖狀態(tài)。2 U27：D觸發(fā)器7474 2. 觀察環(huán)路的捕捉帶和同步帶。接通電源，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱電源開(kāi)關(guān)。但不管是那種關(guān)系，上述結(jié)論總是成立的。 碼變換 U18：雙D觸發(fā)器74LS74；U19：異或門(mén)74LS86 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）。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）。 用示波器觀察HDB3編譯單元的各種波形。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。這種信號(hào)的功率譜也在圖19中給出。 HDB3編譯碼器 U10：HDB3編譯碼集成電路CD22103A 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）。74161是一個(gè)4位二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，預(yù)置在3狀態(tài)。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。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)。3. 數(shù)字調(diào)制單元，產(chǎn)生2DPSK及2ASK信號(hào)。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音信號(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。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)。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)。 BSOUT 信源位同步信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)（2個(gè)） 16運(yùn)算，輸出BS、SSS3等4個(gè)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。 限幅放大器 U15：運(yùn)放LM318CD22103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)。編碼輸出比輸入碼延遲4個(gè)時(shí)鐘周期。 （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。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 。 CAR 2DPSK信號(hào)載波測(cè)試點(diǎn) 射隨器 V3：三極管9013將晶振信號(hào)進(jìn)行2分頻、濾波后。 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。 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）。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)： 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。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。 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。 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。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。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。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。 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： MU的波形接近圖43所示的理論波形，略有區(qū)別。 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。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開(kāi)關(guān)K7置于N端。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。 晶振 CRY3：晶體；U39：7404 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）。在G1輸出的寬度為N 0的正脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，8254A1一定有（也只有）一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)輸入，此負(fù)脈沖經(jīng)G4倒相后與G1輸出的正脈沖相與后給8254B0的G端送一個(gè)觸發(fā)信號(hào)u4。圖56 鎖相環(huán)程序流程 顯然，收發(fā)時(shí)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(hào)的相位抖動(dòng)范圍越小。 觀察位同步器的快速捕捉現(xiàn)象、位同步信號(hào)相位抖動(dòng)大小及同步保持時(shí)間與環(huán)路固有頻差的關(guān)系。幀同步模塊的原理框圖如圖61所示，電原理圖如圖62所示（見(jiàn)附錄），其內(nèi)部只使用+5V電壓。 與門(mén)2 U56:C：與門(mén)4708 當(dāng)U52輸入端為1的個(gè)數(shù)（即U53的IN2IN1IN0） 大于或等于判決門(mén)限于L2L1L0，識(shí)別器就會(huì)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。3電路的輸出信號(hào)使?fàn)顟B(tài)觸發(fā)器置“0”，從而關(guān)閉與門(mén)3，同步器無(wú)輸出信號(hào)，此時(shí)Q的高電平把判決器的門(mén)限置為7（P3燈亮）、且關(guān)閉或門(mén)、打開(kāi)與門(mén)1，同步器處于捕捉態(tài)。當(dāng)然，同步保護(hù)器中的247。但假識(shí)別信號(hào)與單穩(wěn)輸出信號(hào)不同步，故與門(mén)與門(mén)4不輸出假識(shí)別信號(hào)，從而使假識(shí)別信號(hào)不影響247。當(dāng)識(shí)別器輸出一個(gè)GAL脈沖信號(hào)時(shí)（即捕獲到一組正確的幀同步碼），在GAL信號(hào)和同步保護(hù)器的作用下，247。 觸發(fā)器 U55：JK觸發(fā)器4027圖61 幀同步模塊原理框圖 從總體上看，本模塊可分為巴克碼識(shí)別器及同步保護(hù)兩部分。24 24分頻器輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn) 若將AMI碼或HDB3碼整流后作為數(shù)字環(huán)位同步器的輸入信號(hào)，能否提取出位同步信號(hào)？為什么？對(duì)這兩種碼的信息代碼中連“1”個(gè)數(shù)有無(wú)限制？對(duì)AMI碼的信息代碼中連“0”個(gè)數(shù)有無(wú)限制？對(duì)HDB3碼的信息代碼中連“0”個(gè)數(shù)有無(wú)限制？為什么？試提出一種新的環(huán)路濾波器算法，使環(huán)路具有更好的抗噪能力。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(hào)的相位抖動(dòng)與固有頻差無(wú)關(guān)，但隨信息碼連“1”、連“0”的個(gè)數(shù)增多而增大。O為環(huán)路鎖定狀態(tài)下數(shù)控振蕩器的輸出信號(hào)?？刹捎迷S多種軟件算法，一種簡(jiǎn)單有效的方法是對(duì)一組N0作平均處理。 脈沖展寬器 U47：?jiǎn)畏€(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，數(shù)字鎖相環(huán)包括數(shù)字鑒相器、量化器、數(shù)字環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩器等單元。三、 基本原理 可用窄帶帶通濾波器，鎖相環(huán)來(lái)提取位同步信號(hào)。（3）示波器的CH1接Vc，調(diào)節(jié)電位器R39，使Vc為L(zhǎng)PF的中值（當(dāng)BK中“1”與“0”等概時(shí)LPF的中值為0電平），此即為抽樣判決器的最佳門(mén)限。 單穩(wěn)單穩(wěn)2分別被設(shè)置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器一起共同對(duì)TTL電平的2FSK信號(hào)進(jìn)行微分、整流處理。因?yàn)榇藭r(shí)LPF信號(hào)的正電平或負(fù)電平非常接近0電平，抽樣脈沖（位同步信號(hào)）稍不理想就會(huì)造成誤碼。 碼反變換器 U32:B：雙D觸發(fā)器7474；U33:A：異或門(mén)7486 2FSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： LPF 低通、運(yùn)放輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn) 5. 設(shè)VCO固有振蕩頻率f0 不變，環(huán)路輸入信號(hào)頻率可以改變，試擬訂測(cè)量環(huán)路同步帶及捕捉帶的步驟。 ud差拍頻率低但幅度大，而CAR和CAROUT的頻率高但幅度很小，用示波器觀察這些信號(hào)時(shí)應(yīng)注意幅度旋鈕和頻率旋鈕的調(diào)整。根據(jù)上述特點(diǎn)可判斷環(huán)路的工作狀態(tài)，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）觀察鎖定狀態(tài)與失鎖狀態(tài)打開(kāi)電源后用示波器觀察ud，若ud為直流，則調(diào)節(jié)載波同步模塊上的可變電容C34，ud隨C34減小而減小，隨C34增大而增大（為什么？請(qǐng)思考），這說(shuō)明環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。U28:A被設(shè)置為上升沿觸發(fā)，U28:B為下降沿觸發(fā)，故改變U28:A輸出信號(hào)的寬度即可改變U28:B輸出信號(hào)的相位，從而改變相干載波的相位。實(shí)驗(yàn)一中的電荷泵鎖相環(huán)4046的性能與模擬環(huán)相似，所以它可以將一個(gè)周期不恒定的信號(hào)變?yōu)橐粋€(gè)等周期信號(hào)。我們稱此為環(huán)路的鎖定狀態(tài)。 鑒相器 U23：模擬乘法器MC1496；U24：運(yùn)放UA741 總結(jié)2DPSK信號(hào)的相位變化與信息代碼(即絕對(duì)碼)之間的關(guān)系以及2DPSK信號(hào)的相位變化與相對(duì)碼之間的關(guān)系（即2PSK的相位變化與信息代碼之間的關(guān)系）?？梢?jiàn)，2ASK、2PSK（2DPSK）的功率譜是數(shù)字基帶信號(hào)m(t)功率譜的線性搬移，故常稱2ASK、2PSK（2DPSK）為線性調(diào)制信號(hào)。相同時(shí)2PSK信號(hào)相位不變，可簡(jiǎn)稱為“異變同不變”。2（A） U8：雙D觸發(fā)器74LS74 了解2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的頻譜與數(shù)字基帶信號(hào)頻譜之間的關(guān)系。 （5）具有環(huán)回功能四、 實(shí)驗(yàn)步驟 本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元和HDB3編譯碼單元。當(dāng)鎖相環(huán)的自然諧振頻率足夠小時(shí)，對(duì)輸入的電壓信號(hào)可等效為窄帶帶通濾波器（關(guān)于鎖相環(huán)的基本原理將在實(shí)驗(yàn)三中介紹）。 設(shè)信息碼為0000 0110 0001 0000 0，則NRZ碼、AMI碼，HDB3碼如圖18所示。 BSR 鎖相環(huán)輸出的位同步信號(hào) 分頻器輸出的SSSSS5等5個(gè)信號(hào)的波形如圖14（a）、（b）所示。 八選一 UUU7：8位數(shù)據(jù)選擇器4512 用示波器觀察從HDB3碼中和從AMI碼中提取位同步信號(hào)的電路中有關(guān)波形。用上述前8個(gè)單元可構(gòu)成一個(gè)理想信道2DPSK或者2FSK通信系統(tǒng)，用8單元可構(gòu)成一個(gè)理想信道數(shù)字基帶通信系統(tǒng)。TX3B型通信原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由下面十一個(gè)單元構(gòu)成，其印刷電路板布局圖見(jiàn)后。通 信 系 統(tǒng) 實(shí) 驗(yàn)通信教研室 編青島科技大學(xué)電子信息工程系二ＯＯ三年十二月目 錄實(shí)驗(yàn)箱使用簡(jiǎn)介 1實(shí)驗(yàn)一 數(shù)字基帶信號(hào) 5實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字調(diào)制 14實(shí)驗(yàn)三 模擬鎖相環(huán)與載波同步 18實(shí)驗(yàn)四 數(shù)字解調(diào)與眼圖 23實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字鎖相環(huán)與位同步 28實(shí)驗(yàn)六 幀同步 34實(shí)驗(yàn)七 時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng) 38實(shí)驗(yàn)八 時(shí)分復(fù)用2DPSK、2FSK通信系統(tǒng) 43實(shí)驗(yàn)九 PCM編譯碼 45實(shí)驗(yàn)十 時(shí)分復(fù)用通話與抽樣定理 53附錄 通信原理實(shí)驗(yàn)各單元電路原理圖 5564 / 64實(shí)驗(yàn)箱使用簡(jiǎn)介為配合《通信原理》課程的理論教學(xué)，我們采購(gòu)了華中科技大學(xué)(原華中理工大學(xué))研制的TX5通信原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。目前ΔM應(yīng)用不廣泛且無(wú)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，故本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中沒(méi)有考慮。