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基本原理
本实验使用数字信源模块和HDB3编译码模块。
1、数字信源
本模块是整个实验系统的发终端,模块内部只使用+5V电压,其原理方框图如图1-1所示,电原理图如图1-3所示(见附录)。
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,实验电路中数据码用红色发光二极管指示,帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示。
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晶振信号测试点
BS-OUT信源位同步信号输出点/测试点(2个)
FS信源帧同步信号输出点/测试点
NRZ-OUT(AK)NRZ信号(绝对码)输出点/测试点(4个)
图1-1中各单元与电路板上元器件对应关系如下:
晶振CRY:
晶体;
U1:
反相器7404
分频器U2:
计数器74161;
U3:
计数器74193;
U4:
计数器40160
并行码产生器K1、K2、K3:
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
图1-1数字信源方框图
图1-2帧结构
FS信号可用作示波器的外同步信号,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。
图1-5FS、NRZ-OUT波形
2.HDB3编译码
原理框图如图1-6所示。
本模块内部使用+5V和-5V电压,其中-5V电压由-12V电源经三端稳压器7905变换得到。
本单元有以下信号测试点:
NRZ译码器输出信号
BS-R锁相环输出的位同步信号
(AMI)HDB3编码器输出信号
BPF带通滤波器输出信号
DET(AMI)HDB3整流输出信号
图1-6HDB3编译码方框图
本模块上的开关K4用于选择码型,K4位于左边A(AMI端)选择AMI码,位于右边H(HDB3端)选择HDB3码。
图1-6中各单元与电路板上元器件的对应关系如下:
HDB3编译码器U10:
HDB3编译码集成电路CD22103A
单/双极性变换器U11:
模拟开关4052
双/单极性变换器U12:
非门74HC04
相加器U17:
或门74LS32
带通滤波器U13、U14:
运放UA741
限幅放大器U15:
运放LM318
锁相环U16:
集成锁相环CD4046
下面简单介绍AMI、HDB3码编码规律。
AMI码的编码规律是:
信息代码1变为带有符号的1码即+1或-1,1的符号交替反转;
信息代码0的为0码。
AMI码对应的波形是占空比为0.5的双极性归零码,即脉冲宽度τ与码元宽度(码元周期、码元间隔)TS的关系是τ=0.5TS。
HDB3码的编码规律是:
4个连0信息码用取代节000V或B00V代替,当两个相邻V码中间有奇数个信息1码时取代节为000V,有偶数个信息1码(包括0个信息1码)时取代节为B00V,其它的信息0码仍为0码;
信息码的1码变为带有符号的1码即+1或-1;
HDB3码中1、B的符号符合交替反转原则,而V的符号破坏这种符号交替反转原则,但相邻V码的符号又是交替反转的;
HDB3码是占空比为0.5的双极性归零码。
设信息码为00000110000100000,则NRZ码、AMI码,HDB3码如图1-8所示。
分析表明,AMI码及HDB3码的功率谱如图1-9所示,它不含有离散谱fS成份(fS=1/TS,等于位同步信号频率)。
在通信的终端需将它们译码为NRZ码才能送给数字终端机或数模转换电路。
在做译码时必须提供位同步信号。
工程上,一般将AMI或HDB3码数字信号进行整流处理,得到占空比为0.5的单极性归零码(RZ|τ=0.5TS)。
这种信号的功率谱也在图1-9中给出。
由于整流后的AMI、HDB3码中含有离散谱fS,故可用一个窄带滤波器得到频率为fS的正弦波,整形处理后即可得到位同步信号。
图1-8NRZ、AMI、HDB3关系图
图1-9AMI、HDB3、RZ|τ=0.5TS频谱
可以用CD22103集成电路进行AMI或HDB3编译码。
当它的第3脚(HDB3/AMI)接+5V时为HDB3编译码器,接地时为AMI编译码器。
编码时,需输入NRZ码及位同步信号,它们来自数字信源单元,已在电路板上连好。
CD22103编码输出两路并行信号+H-OUT和-H-OUT,它们都是半占空比的正脉冲信号,分别与AMI或HDB3码的正极性信号及负极性信号相对应。
这两路信号经单/双极性变换后得到AMI码或HDB3。
译码时,需将AMI或HDB3码变换成两路单极性信号分别送到CD22103的第11、第13脚,此任务由双/单变换电路来完成。
当信息代码连0个数太多时,从AMI码中较难于提取稳定的位同步信号,而HDB3中连0个数最多为3,这对提取高质量的位同信号是有利的。
这也是HDB3码优于AMI码之处。
HDB3码及经过随机化处理的AMI码常被用在PCM一、二、三次群的接口设备中。
在实用的HDB3编译码电路中,发端的单/双极性变换器一般由变压器完成;
收端的双/单极性变换电路一般由变压器、自动门限控制和整流电路完成,本实验目的是掌握HDB3编码规则,及位同步提取方法,故对极性变换电路作了简化处理,不一定符合实用要求。
二、实验过程记录:
实验步骤及结果:
实验步骤:
本实验使用数字信源单元和HDB3编译码单元。
1、熟悉数字信源单元和HDB3编译码单元的工作原理。
接好电源线,打开电源开关。
2、用示波器观察数字信源单元上的各种信号波形。
用信源单元的FS作为示波器的外同步信号,示波器探头的地端接在实验板任何位置的GND点均可,进行下列观察:
(1)示波器的两个通道探头分别接信源单元的NRZ-OUT和BS-OUT,对照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);
(2)用开关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、用示波器观察HDB3编译单元的各种波形。
仍用信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号。
(1)示波器的两个探头CH1和CH2分别接信源单元的NRZ-OUT和HDB3单元的AMI-HDB3,将信源单元的K1、K2、K3每一位都置1,观察全1码对应的AMI码(开关K4置于左方AMI端)和HDB3码(开关K4置于右方HDB3端)。
再将K1、K2、K3置为全0,观察全0码对应的AMI码和HDB3码。
观察时应注意AMI、HDB3码的码元都是占空比为0.5的双极性归零矩形脉冲。
编码输出AMI-HDB3比信源输入NRZ-OUT延迟了4个码元。
(2)将K1、K2、K3置于011100100000110000100000态,观察并记录对应的AMI码和HDB3码。
(3)将K1、K2、K3置于任意状态,K4先置左方(AMI)端再置右方(HDB3)端,CH1接信源单元的NRZ-OUT,CH2依次接HDB3单元的DET、BPF、BS-R和NRZ,观察这些信号波形。
观察时应注意:
HDB3单元的NRZ信号(译码输出)滞后于信源模块的NRZ-OUT信号(编码输入)8个码元。
DET是占空比等于0.5的单极性归零码。
BPF信号是一个幅度和周期都不恒定的准正弦信号,BS-R是一个周期基本恒定(等于一个码元周期)的TTL电平信号。
信源代码连0个数越多,越难于从AMI码中提取位同步信号(或者说要求带通滤波的Q值越高,因而越难于实现),而HDB3码则不存在这种问题。
本实验中若24位信源代码中连零很多时,则难以从AMI码中得到一个符合要求的稳定的位同步信号,因此不能完成正确的译码(由于分离参数的影响,各实验系统的现象可能略有不同。
一般将信源代码置成只有1个“1”码的状态来观察译码输出)。
若24位信源代码全为“0”码,则更不可能从AMI信号(亦是全0信号)得到正确的位同步信号。
实验结果:
1、检测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)
2、用示波器观察HDB3编译码单元的各种波形
(1)、将信源单元的K1、K2、K3每一位都置1对应的AMI码和HDB3码
即消息码为111111*********111111111对应的AMI码(+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1
+1-1+1-1):
(实验波形)(理论波形图)
消息码为111111*********111111111对应的HDB3码(+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1
(2)、将信源单元的K1、K2、K3每一位都置0对应的AMI码和HDB3码
即消息码为000000000000000000000000对应的AMI码(000000000000000000000000):
(实验波形)(理论波形)
消息码为000000000000000000000000对应的HDB3码(1001-100-1+100+1-100-1+1-100-1):
(3)、将信源单元的K1、K2、K3置011100100000110000100000对应的AMI码和HDB3码
AMI码(0+1-1+100-100000+1-10000+100000):
HDB3码(0+1-1+100-100000+1-10000+100000):
(实验波形)
(4)、将信源单元的K1、K2、K3置111100001111000011110000K4置H端,对应的CH2接AMI-D、HDB3-D、BPF、BS-R、NRZ端口对应的波形:
接AMI-D时波形:
(实验波形)
接HDB3—D时波形:
接BPF时波形:
接BS-R时波形:
接NRZ时波形:
三、实验小结:
本次实验通过示波器验证AMI、HDB3码在不同的消息码情况下,示波器显示出的波形与理论波形是否一致,通过实验可知,示波器显示波形完全符合理论波形;
将K1、K2、K3置于任意状态,K4先置(HDB3)端,CH1接信源单元的NRZ-OUT,CH2依次接HDB3单元的DET、BPF、BS-R和NRZ,观察这些信号波形。
实验报告成绩(百分制)__________实验指导教师签字:
__________
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