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1、武汉理工大学通信原理课程设计说明书11 课程设计的目的这次课程设计的任务是完成一个数字通信信源的设计与验证。信源指标要求：信源长度为 32 位，发出信号前 8 位为群同步码，后 24 位为数字信源；信源速率为 256bit/s。采用模块化设计方法进行系统设计。最后必须进行系统仿真和硬件设计。 通过这次设计主要达到以下目的：(1) 加强对通信原理理论知识的理解，了解数字通信的基本过程，熟悉信源的原理以及在通信系统中的作用;(2) 在掌握通信电路知识的基础之上，提高模拟与数字电路的设计能力，提高通信电路设计能力，掌握通信电路的调试方法;(3) 熟悉掌握与本次设计相关的芯片知识，了解其相关的资料;(
2、4) 提高查阅资料的能力。武汉理工大学通信原理课程设计说明书22 理论知识介绍数字通信传输的信号是“离散”或数字的，这使得数字通信系统有许多不同于模拟系统的特点。数字通信系统的基本框图如下：信息源加密器编码器调制器信 道解调器译码器解密器受信者噪声源图 2.1 数字通信系统基本方框图从中可以看出数字通信系统的终端为信息源，在通信系统中具有重要的作用。数字基带信号源广泛应用于各种数字通信场合,用来实现信道的复用,有效传输数字信息。数字信号源是整个数字信号传输系统的发终端,其逻辑功能包括：(1) 接收来自信号输入的信息,预设置所传输的信号和信号所伴随的标志; (2)对输入的频率进行分频; (3)对
3、输入的并行信号转换成串行输出信号。由于数字通信系统传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号单元，即码元，因而在接收端必须按与发送端相同的节拍进行接收，否则，会因收发节拍不一致而导致接收性能变差。此外，为了表述消息的内容，基带信号都是按消息内容进行编组的，因此，编组的规律在收发之间也必须一致。在数字通信中，称节拍一致为“位同步” ，称编组一致为“帧同步” 。在时分复用通信系统中，为了正确地传输信息，必须在信息码流中插入一定数量的帧同步码，它可以是一组特定的码组，也可以是特定宽度的脉冲，可以集中插入，也可以分散插入。集中式插入法也称为连贯式插入法，即在每帧数据开头集中插入特定码型的帧同步码组，这种帧
4、同步法只适用于同步通信系统，需要位同步信号才能实现。适合做帧同步码的特殊码组很多，对帧同步码组的要求是它们的自相关函数尽可能尖锐，便于从随机数字信息序列中识别出这些帧同步码组，从而准确定位一帧数据的起始时刻。由于这些特殊码组 是一个非周期序列或有123,.,nx武汉理工大学通信原理课程设计说明书3限序列，在求它的自相关函数时，除了在时延 j0 的情况下，序列中的全部元素都参加相关运算外，在 j0 的情况下，序列中只有部分元素参加相关运算，其表示式为jnijixR1)(通常把这种非周期序列的自相关函数称为局部自相关函数。对同步码组的另一个要求是识别器应该尽量简单。目前，一种常用的帧同步码组是巴克
5、码。本系统产生NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号,信号码速率为256KB, 按实际要求,帧结构如图2.2所示,帧长为32位,其中首位无定义,第2位到第8位是帧同步码(7 位巴克码1110010) ,另外24位为3路数据信号,每路8位。图 2.2 帧结构武汉理工大学通信原理课程设计说明书43 信源的设计本信号源系统由分频器,并行码产生器,多路选择器等几部分组成,其原理方框图如图 3.1 所示,并行码产生器产生 4 路并行码,每路八位,其中可将第一路并行码设置为1110010,作为帧同步码,另外两路为两路数字信息. 分频器产生 32 个时序,这里我们选取晶振频率为 4MHZ,经过分频器分频后
6、产生不同频率的信S1,S2,S3,S4,S5, 作为多路选择器的地址选通信号 ,通过八选一选择器后将八位并行码转换为串行码,然后经过四选一选择器将四路串行码转换为一路以 32 位为周期的串行信号。NRZ晶振分频器并 行 码 产 生 器八选一 八选一 八选一 八选一四 选 一图 3.1 原理方框图3.1 分频器在设计中,我们采用单片机 80C52，利用其输入输出端口 P1 和定时/ 计数器且主要是借助汇编语言程序设计来实现分频的功能。单片机采用内部部振荡的方式，晶体振荡频率为 4MHz，其内部振荡接线方式如图 3.2 所示。其中电容， 起稳定振荡频率、快速起振的作用。c12汇编程序如下：ORG
7、0000HLOOP: MOV P1,#00HNEXT: MOV TMOD,#00H武汉理工大学通信原理课程设计说明书5MOV TH1,#0CHMOV TL1,#77HSETB TR1AGA: JBC TF1,SHISJMP AGASHI: INC P1MOV A,P1CJNE A,#20H,NEXTSJMP LOOPEND首先使定时/计数器方式控制寄存器 TMOD 为#00H，即使定时/ 计数器 1 工作在方式 0，为定时功能，为 13 位计数方式。向计数 1 寄存器的 TH1、TL2 放入计数初值。将 TR1 置位，使计数器 1 启动工作。当到了预置定时时间时，TF1产生中断，P1 加一，P
8、1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5 分别输出频率为128Hz、64Hz、32Hz、16Hz、8Hz 的方波。即满足频率要求。图 3.2 内部振荡电路3.2 八选一选择器采用 8 路数据选择器 74LS151，它内含了 8 路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器，其真值表如表 1-1 所示。U1、U2、U3 和 U4 的地址信号输入端A、B、 C 并连在一起并分别接单片机的 P1.1、P1.2 、P1.3 端口，它们的 8 个数据信号输入端 x0 x7 分别由 4 个拨码开关 K1、K2 、K3 、K4 输出的 8 个并武汉理工大学通信原理课程设计说明书6行信号连接。由表 1-1 可
9、以分析出 U1、U2、U3 和 U4 输出信号都是码速率为256bits 、以 8 位为周期的串行信号。图 3.3 A、B、C 输入波形3.3 四选一四选一电路原理同八选一电路原理。P1.4、P1.5 信号分别输入到 U5 的地址端 A 和 B，地址 C 接地。U1、U2、U3 和 U4 输出的 4 路串行信号分别输入到U8 的数据端 x0、x1、x2、x3，U5 的输出端即是一个码速率为 256bits 的 4路时分复用信号，此信号为单极性不归零信号（NRZ） 。武汉理工大学通信原理课程设计说明书74 芯片介绍本次设计原理图中有两个主要芯片，包括单片机 80C52 和选择器74LS151。
10、4.1 74LS151数据选择器的功能为从多路输入中选择一路输出。根据输入端的个数分为四选一、八选一等等。其功能相当于一个单刀多掷开关。74LS151 为八选一数据选择器。其芯片的基本管脚图 4.1。图 4.1 74LS151 管脚图S0、S1、S2 为地址输入端，提供信息一选择哪一位输出。I0、I1、I2 、I3、I4、I5 、I6、I7 为输 8 位入端。Z 为输出端，它为由地址端选择的输入端的其中之一。真值表如表 4.1。表 4.1 74LS151 真值表武汉理工大学通信原理课程设计说明书8从表 中可看到，被选择的 输入端xn 为由 地址端A、B、 C 组合的二进制的 值，即n=（CBA
11、 ，在） 10芯片工作 时， 为E低电平 0。如果 为高电平，输入无效，输出 Z 始终为低电平。E4.2 单片机 80C52单片机是在一块芯片中集成了 CPU、RAM 、ROM 、定时计数器和多功能 IO 等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又成为MCU。80C52 包括下列几个部件： 一个 8 位 CPU； 一个片内振荡器及时钟电路 4KB ROM 程序存储器； 128 B RAM 数据存储器； 可寻址 64KB 外部数据存储器和 64KB 外部程序存储空间的控制电路； 32 条可编程的 IO 线（4 个 8 为并行 IO 端口） ； 两个 16 位的定时计数器； 一个可编程全双工
12、串行口； 5 个中断源、两个优先级嵌套中断结构。计算机对外设进行数据操作时，外设的数据是不能直接接到 CPU 的数据线上的，必须经过接口，单片机内部有 P1、P2 、P3、P4 四个 8 位双向 IO 端口，一般外设可以直接连接于这几个口线上，无需另加接口芯片。其中 P1 口为可编程的输入输出口线。单片机有 2 个定时计数器，为可编程的定时计数器，它是硬件定时，又能很容易地通过软件来确定和改变它的定时值，通过初始化编程，能够满足武汉理工大学通信原理课程设计说明书9各种不同的定时和计数要求。定时计数器 T1 由寄存器 TH1、TL1 组成，定时计数器 T0 由寄存器TH0、 TL0 组成，在特殊
13、功能寄存器中占用地址 8AH8DH。它们用于存放定时或计数的初始值。此外，内部还有一个 8 位的方式寄存器 TMOD 和一个 8 位的控制寄存器 TCON，用于选择和控制定时计数器的工作。其方式字如下所示：表 4.2 TMOD 方式控制字GATE C TM1 M2 GATE C TM1 M2门控开关定时计数 方式选择 门控开关定时计数 方式选择表 4.3 TCON 方式控制字TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE1 IT1T1 请求有无T1 工作有无T0 请求有无T0 工作有无请求1INT有无方式I下沿低电平请求1INT有无方式I下沿低电平TMOD 中 M1M0=00 时，定时计
14、数器工作在方式 0。为 13 位定时计数方式，由 TH 提供高 8 位、TL 提供低 5 位的计数初值（TL 的高 3 位无效） 。工作于定时方式时，定时时间为：t=（ -初始值）*时钟周期 *12213武汉理工大学通信原理课程设计说明书105 Proteus 仿真设计和仿真软件 Proteus VSM 是一个很有用的工具，它可以帮助学生和专业人士提高他们的模拟和数字电路的设计能力。它允许对电路设计采用图形环境，在这种环境中，你可以使用一个特定符号来代替元器件，并完成不会对真实电路造成任何损害的电路仿真操作。它可以仿真仪表以及可描述在仿真过程中所获得的信号的图表。最主要的是，它可以仿真目前流行
15、的单片机，如 PICS, ATMEL-AVR,MOTOROLA, 8051 等。（1） 在桌面双击 ISIS 图标后进入画仿真图界面。（2） 点击 Pick Devices 按钮，（该按钮位于工作区左边的面板中，就是那个P按钮），这是会打开标题为Pick Devices 的对话框。在Category 列表框中 (位于左边) 找到Simulator Primitives,这是会Results 中列出该类的所有元件（如果该类有太多元件，你利用Sub-Category列表框过滤）如图5.1所示。然后单击 Pick Devices 对话框的OK 按钮结束添加元件。武汉理工大学通信原理课程设计说明书11
16、图5.1 选择元件（3）选择好所有元件，按照原理图的设计，直接在界面山进行连线，画好原理图。检查无误，可以看到原理图如下图5.3所示。武汉理工大学通信原理课程设计说明书12X0413X2231X415514X613712A1B10C9E7Y5Y6U174HC15X0413X2231X415514X613712A1B10C9E7Y5Y6U274HC15X0413X2231X415514X613712A1B10C9E7Y5Y6U374HC15X0413X2231X415514X613712A1B10C9E7Y5Y6U74HC15XTAL218XTAL119ALE3031PSN29RST9P0./AD0390.1/138P0.2/AD2370.3/336P0.4/AD4350.
