数字信号源实验

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1、实验一实验一 数字信号源实验数字信号源实验班级：09 电信一班 姓名：叶晓伟 学号：20094081007 实验目的实验目的 1. 了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号 波形特点。 2. 了解 NRZ、FS、BS 的波形对应关系。 3. 了解 NRZ 码的帧结构特点。 实验内容实验内容 1. 用示波器观察单极性非归零码（NRZ） 、FS、BS 信号。 2. 用示波器观察 NRZ 码与 FS 的对应波形。 3. 用示波器观察 NRZ、BS、FS 的输出波形，并分析帧结构。 4. 对 CPLD/FPGA 进行编程，自行设计 8 位、16 位伪随机码发 生器。 实验原理实验原理 本实验

2、使用数字信源模块。 1. 数字信源 本模块是整个实验系统的发终端，其原理方框图如图 1-1 及实验箱面膜所示。本单元产生 NRZ 信号，信号码速率约为 170.5KB，帧结构如图 1-2 所示。帧长为 24 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 16 位为 2 路数据信号，每路 8 位。此 NRZ 信号为集中插 入帧同步码时分复用信号。发光二极管亮状态表示 1 码，熄 状态表示 0 码。 本模块有以下测试点及输入输出点： CLK 时钟信号测试点 BS 信源位同步信号输出点/测试点 FS 信源帧同步信号输出点/测试点 NRZ NRZ 信

3、号输出点/测试点 图 1-3 为数字信源模块的电原理示意图(整个电路在实验 系统中实际通过 FPGA 芯片来实现)。图 1-1 中各单元与图 1-3 中的元器件对应关系如下： 晶振 晶体 分频器 计数器 并行码产生器 K3、K2、K1：8 位手动开关，从 左到右依次与帧同步码、数据 1、数据 2 相对应；发光二极管 左起分别与一帧中的 24 位代码相对应 八选一 8 位数据选择器 三选一 8 位数据选择器 倒相器 非门 抽样 D 触发器 下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。 （1）分频器 分频器一进行 13 分频，输出信号频率为 341kHz。在这里， 分频器一是一个 4 位二进制

4、加计数器，预置在 3 状态。 分频器二完成2、4、8、16 运算，输出 BS、S1、S2、S3 等 4 个信号。BS 为位同步信号，频率为 170.5kHz。S1、S2、S3 为 3 个选通信号，频率分别为 BS 信号 频率的 1/2、1/4 和 1/8。在这里分频器二是一个 4 位二进制 加/减计数器，当 CPD= PL =1、MR=0 时，可在 Q0、Q1、Q2 及 Q3 端分别输出上述 4 个信号。 分频器三是一个二一十进制加计数器，预置在 7 状态， 完成3 运算，在 Q0 和 Q1 端分别输出选通信号 S4、S5，这 两个信号的频率相等、等于 S3 信号频率的 1/3。 分频器输出的

5、 S1、S2、S3、S4、S5 等 5 个信号的波形如 图 1-4（a）和 1-4（b）所示。 （2）八选一 采用 8 路数据选择器，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。三个 8 路 数据选择器的地址信号输入端并连在一起并分别接 S1、S2、S3 信号，它们的 8 个数据信号输入端分别 K1、K2、K3 输出的 8 个并行信号连接。由表 1-1 可以分析出 它们输出信号都是码速率为 170.5KB、以 8 位为周期的串行信 号。（3）三选一 三选一电路原理同八选一电路原理。S4、S5 信号分别输入到 数据选择器的地址端，三个 8 路数据选择器输出

6、的 3 路串行 信号分别输入到三选一电路的数据端，输出端即是一个码速 率为 170.5KB 的 2 路时分复用信号，此信号为单极性不归零 信号（NRZ） 。图 1-4 分频器输出信号波形 （4）倒相与抽样 图 1-1 中的 NRZ 信号的脉冲上升沿或下降沿比 BS 信号的下降 沿稍有点迟后。在实验二的数字调制单元中，有一个将绝对 码变为相对码的电路，要求输入的绝对码信号的上升沿及下 降沿与输入的位同步信号的上升沿对齐，而这两个信号由数字信源提供。倒相与抽样电路就是为了满足这一要求而设计 的，它们使 NRZ-OUT 及 BS-OUT 信号满足码变换电路的要求。FS 信号可用作示波器的外同步信号，

7、以便观察 2DPSK 等信号。FS 信号、NRZ-OUT 信号之间的相位关系如图 1-5 所示，图中 NRZ-OUT 的无定义位为 0，帧同步码为 1110010，数据 1 为 11110000，数据 2 为 00001111。FS 信号的低电平、高电平分 别为 4 位和 8 位数字信号时间，其上升沿比 NRZ-OUT 码第一 位起始时间超前一个码元。 实验步骤实验步骤 1. 熟悉信源模块的工作原理。 2. 打开交流电源开关及该模块电源开关，用示波器观察数字 信源模块上的各种信号波形。 用 FS 作为示波器的外同步信号，进行下列观察： (1) 示波器的两个通道探头分别接 NRZ 和 BS，对照

8、发光二极 管的发光状态，判断数字信源单元是否已正常工作（1 码 对应的发光管亮，0 码对应的发光管熄） ； 相关波形图如下(a)(2) 用 K1 产生代码1110010（为任意代码，1110010 为 7 位帧同步码） ，K2、K3 产生任意信息代码，观察本实验给定的 集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和 NRZ 码特点。 3. 在掌握本实验电路原理的前提下，自行设计出一个 8 位及 16 位伪随机码产生电路，下载到 CPLDFPGA 中，用示波器观 察输出波形。 （具体设计方法这里不细述，有例程参考。 ） 实验报告要求实验报告要求 根据实验观察和纪录回答：不归零码和归零码的特点是什 么？答: 不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始， 需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步；归零 码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系， 因而归零码在信道上占用的频带较宽。 实验仪器及用具实验仪器及用具 RC-TX-IV 型实验系统，20MHz 示波器总结总结 经过本次实验让我，了解单极性码、双极性码、归零码、 不归零码等基带信号波形特点。 以及 NRZ、FS、BS 的波形对 应关系。