通信原理實驗大全(完整版)

1、頁眉通 信 實 驗 指 導(dǎo) 書電氣信息工程學(xué)院1 / 38頁眉目錄 一AM 制與解 1 二FM 制與解 5 三ASK 制與解 8 四FSK 制與解 11 五 分復(fù)用數(shù)字基 14 六光 19 七模 相 與 波同步 27 八數(shù)字 相 與位同步 322 / 38頁眉實驗一AM 調(diào)制與解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康睦斫?AM 調(diào)制方法與解調(diào)方法。二、實驗原理本實驗中 AM 調(diào)制方法：原始調(diào)制信號為 1.5V 直流 1KHZ 正弦交流信號，載波為 20KHZ 正弦交流信號，兩者通過相乘器實現(xiàn)調(diào)制過程。本實驗中 AM 解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法） 。三、實驗所需部件調(diào)制板、解調(diào)板、示波器、計算機（數(shù)據(jù)采集設(shè)備

2、）。四、實驗步驟1. 熟悉實驗所需部件。2. 按下圖接線。3. 用示波器（或計算機）分別測出上圖所示的幾個點的波形，并繪制于下面各圖中。4. 結(jié)合上述實驗結(jié)果深入理解 AM 調(diào)制方法與解調(diào)方法。3 / 38頁眉4 / 38頁眉實驗一參考結(jié)果5 / 38頁眉實驗二FM 調(diào)制與解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康睦斫?FM 調(diào)制方法與解調(diào)方法。二、實驗原理本實驗中 FM 調(diào)制方法：原始調(diào)制信號為 2KHZ 正弦交流信號， 讓其通過 V/F （電壓 /頻率轉(zhuǎn)換，即 VCO 壓控振蕩器）實現(xiàn)調(diào)制過程。本實驗中 FM 解調(diào)方法：鑒頻法（電容鑒頻包絡(luò)檢波低通濾波）三、實驗所需部件調(diào)制板、解調(diào)板、示波器、計算機（數(shù)據(jù)采集設(shè)

3、備）。四、實驗步驟1. 熟悉實驗所需部件。2. 按下圖接線。3. 用示波器（或計算機）分別測出上圖所示的幾個點的波形，并繪制于下面各圖中。4. 結(jié)合上述實驗結(jié)果深入理解 FM 調(diào)制方法與解調(diào)方法。6 / 38頁眉7 / 38頁眉實驗二參考結(jié)果8 / 38頁眉實驗三ASK 調(diào)制與解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康睦斫?ASK 調(diào)制方法與解調(diào)方法。二、實驗原理本實驗中 ASK 調(diào)制方法：鍵控法（原始數(shù)字信號采用250HZ 方波信號代替，載波為 2KHZ 正弦交流信號，利用方波信號切換開關(guān)電路實現(xiàn)調(diào)制過程。本實驗中 ASK 解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法） 。三、實驗所需部件調(diào)制板、解調(diào)板、示波器、計算機（數(shù)據(jù)

4、采集設(shè)備）。四、實驗步驟1. 熟悉實驗所需部件。2. 按下圖接線。3. 用示波器（或計算機）分別測出上圖所示的幾個點的波形，并繪制于下面各圖中。4. 結(jié)合上述實驗結(jié)果深入理解 ASK 調(diào)制方法與解調(diào)方法。9 / 38頁眉10 / 38頁眉實驗三參考結(jié)果11 / 38頁眉實驗四FSK 調(diào)制與解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康睦斫?FSK 調(diào)制方法與解調(diào)方法。二、實驗原理本實驗中 FSK 調(diào)制方法：鍵控法（原始數(shù)字信號采用250HZ 方波信號代替，載波分別為 2KHZ 和 1KHZ 正弦交流信號，利用方波信號切換開關(guān)電路實現(xiàn)調(diào)制過程。本實驗中 FSK 解調(diào)方法： PLL 電路 +低通濾波抽樣判決器。三、實驗所需

5、部件調(diào)制板、解調(diào)板、示波器、計算機（數(shù)據(jù)采集設(shè)備）。四、實驗步驟1. 熟悉實驗所需部件。2. 按下圖接線。3. 用示波器（或計算機）分別測出上圖所示的幾個點的波形，并繪制于下面各圖中。4. 結(jié)合上述實驗結(jié)果深入理解 FSK 調(diào)制方法與解調(diào)方法。12 / 38頁眉13 / 38頁眉實驗四參考結(jié)果14 / 38頁眉實驗五時分復(fù)用數(shù)字基帶傳輸一、實驗?zāi)康恼莆諘r分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的基本原理及數(shù)字信號傳輸過程。二、實驗原理本實驗用數(shù)字信源模塊、 數(shù)字終端模塊、 位同步模塊及幀同步模塊連成一個理想信道時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)，使系統(tǒng)正常工作。用示波器觀察分接后的數(shù)據(jù)信號、用于數(shù)據(jù)分接的幀同步信號、位同

6、步信號。三、實驗所需部件調(diào)制板、解調(diào)板、示波器、計算機（數(shù)據(jù)采集設(shè)備）。四、實驗步驟1、熟悉實驗所需部件。2、按下圖接線。3、用示波器（或計算機）分別測出上圖所示的幾個點的波形，并繪制于下面各圖中。15 / 38頁眉16 / 38頁眉4、結(jié)合上述實驗結(jié)果深入理解PCM 調(diào)制方法與解調(diào)方法。17 / 38頁眉實驗五參考結(jié)果18 / 38頁眉19 / 38頁眉實驗六光纖傳輸實驗一、實驗?zāi)康恼莆粘闃佣ɡ恚私鈺r分復(fù)用原理，了解光纖的基本原理及傳輸過程。二、實驗原理本實驗用 PCM 調(diào)制及解調(diào)板、光通信發(fā)射及接收板、光纖通信模塊組成音樂光纖傳輸通信系統(tǒng)，使系統(tǒng)正常工作。用示波器觀察各測試信號。三、實驗

7、所需部件調(diào)制板、解調(diào)板、發(fā)射板、接收板、光纖通信模塊、示波器、計算機（數(shù)據(jù)采集設(shè)備）。四、實驗步驟1、熟悉實驗所需部件。2、按下圖接線。20 / 38頁眉3、用示波器（或計算機）分別測出上圖所示的幾個點的波形，并繪制于下面各圖中。21 / 38頁眉22 / 38頁眉4、結(jié)合上述實驗結(jié)果深入理解光纖傳輸方法。23 / 38頁眉實驗六參考結(jié)果24 / 38頁眉25 / 38頁眉26 / 38頁眉27 / 38頁眉實驗七模擬鎖相環(huán)與載波同步一、實驗?zāi)康恼莆漳M鎖相環(huán)的工作原理，以及環(huán)路的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)、同步帶、捕捉帶等基本概念。掌握用平方環(huán)法從 2DPSK信號中提取相干載波的原理及模擬鎖相環(huán)的設(shè)

8、計方法。了解相干載波相位模糊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。二、實驗原理通信系統(tǒng)中常用平方環(huán)或同相正交環(huán)（科斯塔斯環(huán)） 從 2DPSK信號中提取相干載波。本實驗系統(tǒng)的載波同步提取模塊用平方環(huán)，原理方框圖如圖 7-1 所示。模塊內(nèi)部使用 +5V、+12V、-12V 電壓，所需的 2DPSK輸入信號已在實驗電路板上與數(shù)字調(diào)制單元 2DPSK輸出信號連在一起。2DPSKMUUd環(huán)路濾波器壓控振蕩器平方鑒相器VCO放大 2移相濾波 CAR - OUT整形器器圖 7-1載波同步方框圖本模塊上有以下測試點及輸入輸出點：? MU平方器輸出測試點， VP-P 1V? VCOVCO輸出信號測試點， VP-P0. 2V? Ud鑒

9、相器輸出信號測試點? CAR-OUT相干載波信號輸出點 / 測試點圖 7-1 中各單元與電路板上主要元器件的對應(yīng)關(guān)系如下：? 平方器U25：模擬乘法器 MC1496? 鑒相器U23：模擬乘法器 MC1496；U24：運放 UA741? 環(huán)路濾波器電阻 R25、R68；電容 C11? 壓控振蕩器CRY2：晶體； N3、N4：三極管 3DG6? 放大整形N5、N6： 3DG6； U26:A：74HC04? 2U27： D 觸發(fā)器 7474? 移相器U28：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 7474? 濾波器電感 L2；電容 C30下面介紹模擬鎖相環(huán)原理及平方環(huán)載波同步原理。鎖相環(huán)由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（ LF）

10、及壓控振蕩器（VCO）組成，如圖28 / 38頁眉7-2 所示。ui(t)ud(t)uc(t)uo(t)PDLFVCO圖 7-2鎖相環(huán)方框圖模擬鎖相環(huán)中， PD是一個模擬乘法器， LF 是一個有源或無源低通濾波器。鎖相環(huán)路是一個相位負(fù)反饋系統(tǒng)， PD檢測 ui (t) 與 uo (t) 之間的相位誤差并進(jìn)行運算形成誤差電壓 ud(t) ，LF 用來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。設(shè) ui (t)=U i sin i t+ i (t) ，uo(t)=U ocos i t+

11、 o(t) ，則 ud (t)=U dsin e(t) ， e(t)= i (t)- o(t) ，故模擬鎖相環(huán)的PD是一個正弦 PD。設(shè) uc (t)=u d(t)F(P) ，F(xiàn)(P) 為 LF 的傳輸算子， VCO的壓控靈敏度為 Ko，則環(huán)路的數(shù)學(xué)模型如圖7-3 所示。i(t)+e(t)Udsin( )ud(t)uc(t) Ko+F(P)o(t)-P圖 7-3模擬環(huán)數(shù)學(xué)模型當(dāng)e (t)時，U d sin e (t )U d e，令d =Ud 為 PD的線性化鑒相靈敏度、單6K位為 V/rad ，則環(huán)路線性化數(shù)學(xué)模型如圖7-4 所示。i(t)+ +e(t)F(P)Koo(t)KdP-圖 7-4

12、環(huán)路線性化數(shù)學(xué)模型由上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，可得到以下重要結(jié)論：? 當(dāng) ui (t) 是固定頻率正弦信號 ( i (t) 為常數(shù) ) 時，在環(huán)路的作用下， VCO輸出信號頻率可以由固有振蕩頻率 o （即環(huán)路無輸入信號、環(huán)路對 VCO無控制作用時 VCO的振蕩頻率），變化到輸入信號頻率 i ，此時 o(t) 也是一個常數(shù)， ud(t) 、u (t) 都為直流。我們稱此為環(huán)路的鎖定狀態(tài)。定義o=- 為環(huán)路固有頻差，cio p 表示環(huán)路的捕捉帶， H 表示環(huán)路的同步帶，模擬鎖相環(huán)中p H。當(dāng)| o| P 時，環(huán)路可以進(jìn)入鎖定狀態(tài)。當(dāng)| o| P 時，環(huán)路不能進(jìn)入鎖定狀態(tài)，環(huán)路鎖定后若o 發(fā)生變化2

13、9 / 38頁眉使 | o| H，環(huán)路不能保持鎖定狀態(tài)。這兩種情況下，環(huán)路都將處于失鎖狀態(tài)。失鎖狀態(tài)下 ud(t) 是一個上下不對稱的差拍電壓，當(dāng) i o，ud (t) 是上寬下窄的差拍電壓；反之 ud(t) 是一個下寬上窄的差拍電壓。? 環(huán)路對 i (t) 呈低通特性，即環(huán)路可以將i (t) 中的低頻成分傳遞到輸出端， i (t) 中的高頻成分被環(huán)路濾除?；蛘哒f， o(t) 中只含有 i (t) 的低頻成分， i (t) 中的高頻成分變成了相位誤差 e(t) 。所以當(dāng) ui (t) 是調(diào)角信號時，環(huán)路對ui (t) 等效為一個帶通濾波器，離i 較遠(yuǎn)的頻率成分將被環(huán)路濾掉。? 環(huán)路自然諧振頻率

14、 n 及阻尼系數(shù) ( 具體公式在下文中給出 ) 是兩個重要參數(shù)。 n 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；越大，環(huán)路穩(wěn)定性越好。? 當(dāng)環(huán)路輸入端有噪聲時， i (t) 將發(fā)生抖動， n 越小，環(huán)路濾除噪聲的能力越強。實驗一中的電荷泵鎖相環(huán) 4046 的性能與模擬環(huán)相似，所以它可以將一個周期不恒定的信號變?yōu)橐粋€等周期信號。對 2DPSK信號進(jìn)行平方處理后得S 2 ( t )m 2 ( t ) cos 2c t(1cos 2c t ) / 2 ，此信號中只含有直流和 2c 頻率成分，理論上對此信號再進(jìn)行隔直流和二分頻處理就可得到相干載波。鎖相環(huán)似乎是多余的，當(dāng)然并非如此。實

15、際工程中考慮到下述問題必須用鎖相環(huán)：? 平方電路不理想，其輸出信號幅度隨數(shù)字基帶信號變化，不是一個標(biāo)準(zhǔn)的二倍頻正弦信號。即平方電路輸出信號頻譜中還有其它頻率成分，必須濾除。? 接收機收到的 2DPSK信號中含有噪聲（本實驗系統(tǒng)為理想信道，無噪聲） ，因而平方電路輸出信號中也含有噪聲，必須用一個窄帶濾波器濾除噪聲。? 鎖相環(huán)對輸入電壓信號和噪聲相當(dāng)于一個帶通濾波器，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。對于本模擬環(huán)， n、環(huán)路等效噪聲帶寬BL 及等效帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q的計算公式如下：K d K oR68C11n, BLn(1 42) , Qf on,BL( R25 R68 )C1

16、128式中 fo=4.433 106（HZ），等于載頻的兩倍。設(shè)計環(huán)路時通過測量得到Kd、Ko，一般選值為0.5 1，根據(jù)任務(wù)要求選定n 后即可求得環(huán)路濾波器的元件值。當(dāng)固有頻差為 0 時，模擬環(huán)輸出信號的相位超前輸入相位90 ，必須對除 2 電路輸出信號進(jìn)行移相才能得到相干載波。移相電路由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U28:A 和U28:B 構(gòu)成。 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 輸出信號的寬度即可改變U28:B 輸出信號的相位，從而改變相干載波的相位。此移30 / 38頁眉相電路的移相范圍小于 90 。在鎖定狀態(tài)下微調(diào) C34 也會改變輸出信號與輸入信號的

17、相位關(guān)系（為什么，請思考） ?？蓪ο喔奢d波的相位模糊作如下解釋。在數(shù)學(xué)上對 cos2c t 進(jìn)行除 2 運算的結(jié)果是 cosct 或-cos ct 。實際電路也決定了相干載波可能有兩個相反的相位，因二分頻器的初始狀態(tài)可以為“ 0”也可以是“ 1”。三、實驗所需部件數(shù)字信源單元、數(shù)字調(diào)制單元和載波同步單元。四、實驗步驟環(huán)路鎖定時 ud 為直流、環(huán)路輸入信號頻率等于反饋信號頻率（此鎖相環(huán)中即等于 VCO信號頻率）。環(huán)路失鎖時 ud 為差拍電壓，環(huán)路輸入信號頻率與反饋信號頻率不相等。本環(huán)路輸入信號頻率等于 2DPSK載頻的兩倍，即等于調(diào)制單元 CAR信號頻率的兩倍。環(huán)路鎖定時 VCO信號頻率等于 C

18、AR-OUT信號頻率的兩倍。所以環(huán)路鎖定時調(diào)制單元的 CAR和載波同步單元的 CAR-OUT頻率完全相等。根據(jù)上述特點可判斷環(huán)路的工作狀態(tài)，具體實驗步驟如下：（1）觀察鎖定狀態(tài)與失鎖狀態(tài)打開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？請思考） ，這說明環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。用示波器同時觀察調(diào)制單元的 CAR和載波同步單元的 CAR-OUT，可以看到兩個信號頻率相等。若有頻率計則可分別測量 CAR和 CAR-OUT頻率。在鎖定狀態(tài)下，向某一方向變化 C34，可使 ud 由直流變?yōu)榻涣鳎?CAR和 C

19、AR-OUT頻率不再相等，環(huán)路由鎖定狀態(tài)變?yōu)槭фi。接通電源后 ud 也可能是差拍信號，表示環(huán)路已處于失鎖狀態(tài)。失鎖時 ud 的最大值和最小值就是鎖定狀態(tài)下 ud 的變化范圍（對應(yīng)于環(huán)路的同步范圍） 。環(huán)路處于失鎖狀態(tài)時， CAR和 CAR-OUT頻率不相等。調(diào)節(jié) C34 使 ud 的差拍頻率降低，當(dāng)頻率降低到某一程度時 ud 會突然變成直流，環(huán)路由失鎖狀態(tài)變?yōu)殒i定狀態(tài)。（2）測量同步帶與捕捉帶環(huán)路處于鎖定狀態(tài)后，慢慢增大C34，使 ud 增大到鎖定狀態(tài)下的最大值ud1（此值不大于 +12V）；繼續(xù)增大C34，ud 變?yōu)榻涣鳎ㄉ蠈捪抡闹芷谛盘枺?，環(huán)路失鎖。再反向調(diào)節(jié)減小C34，ud 的頻率逐

20、漸變低，不對稱程度越來越大，直至變?yōu)橹绷鳌Ｓ洯h(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)時鑒相器輸出電壓為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闹芷谛盘枺?，環(huán)路再次失鎖。然后反向增大 C34，記環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)時鑒相器輸出電壓為 ud4。令 V1 =ud1- u d3， V2=ud2- u d4，它們分別為同步范圍內(nèi)及捕捉范圍內(nèi)環(huán)路控制電壓的變化范圍，可以發(fā)現(xiàn) V1 V2。設(shè) VCO的靈敏度為 K0(HZ/V) ，則環(huán)路同步帶 fH及捕捉帶 fP 分別為： fH =K0 V1/2 ， fP =K0 V2 /2 。31

21、/ 38頁眉應(yīng)說明的是，由于VCO是晶體壓控振蕩器，它的頻率變化范圍比較小，調(diào)節(jié)C34 時環(huán)路可能只能從一個方向由鎖定狀態(tài)變化到失鎖狀態(tài)，此時可用fH=K0(u d1-6 ）或fH=K0(6-u d3）、fP=K0(u d2-6 ）或fP =K0(6-u d4）來計算同步帶和捕捉帶，式中 6 為 ud 變化范圍的中值（單位：V）。作上述觀察時應(yīng)注意：? ud 差拍頻率低但幅度大，而 CAR和 CAR-OUT的頻率高但幅度很小，用示波器觀察這些信號時應(yīng)注意幅度旋鈕和頻率旋鈕的調(diào)整。? 失鎖時， CAR和 CAR-OUT頻率不相等，但當(dāng)頻差較大時，在鑒相器輸出端電容的作用下， ud 幅度較小。此時

22、向某一方向改變 C34，可使 ud 幅度逐步變大、頻率逐步減小、最后變?yōu)橹绷?，環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。? 環(huán)路鎖定時， ud 不是一個純凈的直流信號， 在直流電平上疊加有一個很小的交流信號。這種現(xiàn)象是由于環(huán)路輸入信號不是一個純凈的正弦信號所造成的。4. 觀察環(huán)路的捕捉過程先使環(huán)路處于失鎖定狀態(tài)，慢慢調(diào)節(jié) C34，使環(huán)路剛剛進(jìn)入鎖定狀態(tài)后，關(guān)閉電源開關(guān)，然后再打開電源，用示波器觀察 ud，可以發(fā)現(xiàn) ud 由差拍信號變?yōu)橹绷鞯淖兓矐B(tài)過程。 ud 的這種變化表示了環(huán)路的捕捉過程。5. 觀察相干載波相位模糊現(xiàn)象使環(huán)路鎖定，用示波器同時觀察調(diào)制單元的 CAR和載波同步單元的 CAR-OUT信號，調(diào)節(jié)電位器

23、P1 或微調(diào)電容 C34 使兩者成為反相或同相。反復(fù)斷開、接通電源可以發(fā)現(xiàn)這兩個信號有時同相、有時反相。五、實驗報告要求1. 總結(jié)鎖相環(huán)鎖定狀態(tài)及失鎖狀態(tài)的特點。2.設(shè) K0=18 HZ/V ，根據(jù)實驗結(jié)果計算環(huán)路同步帶fH及捕捉帶 fP 。3.由公式 nK d K o及R68C11計算環(huán)路參數(shù) n 和，式中2n(R25R68 )C11Kd =6 V/rad ，Ko=2 18 rad/s.v，R25=2 104，68=5103， 11=2.2 10-6F 。RC（fn = n/2 應(yīng)遠(yuǎn)小于碼速率，應(yīng)大于0.5) 。4. 總結(jié)用平方環(huán)提取相干載波的原理及相位模糊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。5. 設(shè) VCO固

24、有振蕩頻率 f0 不變，環(huán)路輸入信號頻率可以改變，試擬訂測量環(huán)路同步帶及捕捉帶的步驟。32 / 38頁眉實驗八數(shù)字鎖相環(huán)與位同步一、實驗?zāi)康恼莆諗?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。掌握用數(shù)字環(huán)提取位同步信號的原理及對信息代碼的要求。掌握位同步器的同步建立時間、同步保持時間、位同步信號同步抖動等概念。二、實驗原理可用窄帶帶通濾波器， 鎖相環(huán)來提取位同步信號。 實驗一中用模數(shù)混合鎖相環(huán)（電荷泵鎖相環(huán)）提取位同步信號，它要求輸入信號是一個準(zhǔn)周期數(shù)字信號。實驗三中的模擬環(huán)也可以提取位同步信號，它要求輸入準(zhǔn)周期正弦信號。本實驗使用數(shù)字鎖相環(huán)提取位同步信號，它不要求輸入信號一定是周期信號

25、或準(zhǔn)周期信號，其工作頻率低于模數(shù)環(huán)和模擬環(huán)。用于提取位同步信號的數(shù)字環(huán)有超前滯后型數(shù)字環(huán)和觸發(fā)器型數(shù)字環(huán)， 此實驗系統(tǒng)中的位同步提取模塊用的是觸發(fā)器型數(shù)字環(huán)，它具有捕捉時間短、抗噪能力強等特點。位同步模塊原理框圖如圖 8-1 所示。其內(nèi)部僅使用 +5V電壓。晶振控鑒量脈S-INiudNd數(shù)字環(huán)路Nc數(shù)控振BS沖 BS-OUT制u相化濾 波 器蕩器展器器器寬P1.7uo圖 8-1 位同步器方框圖位同步模塊有以下測試點及輸入輸出點：? S-IN基帶信號輸入點 / 測試點（ 2 個）? BS-OUT位同步信號輸出點 / 測試點（ 3 個）圖 8-1 中各單元與電路板上元器件的對應(yīng)關(guān)系如下：? 晶振C

26、RY3：晶體； U39：7404? 控制器U48：或門 7432；U41：計數(shù)器 74190? 鑒相器U40：D 觸發(fā)器 7474? 量化器U45：可編程計數(shù)器8254? 數(shù)字環(huán)路濾波器由軟件完成? 數(shù)控振蕩U46、U45：8254? 脈沖展寬器U47：單穩(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。33 / 38頁眉下面介紹位同步器的工作原理。數(shù)字鎖相環(huán)是一個單片機系統(tǒng)，主要器件是單片機89C51 及可編程計數(shù)器8254。環(huán)路中使用了兩片 8254，共六個計數(shù)器，分別表示為 8254A0、8254A1、8

27、254A、8254B0、8254B1、8254B2。它們分別工作在 M0、M1、M2 三種工作模式。 M0 為計數(shù)中斷方式， M1 為單穩(wěn)方式， M2為分頻方式。除地址線、數(shù)據(jù)線外，每個 8254 芯片還有時鐘輸入端 C、門控信號輸入端 G和輸出端 O。數(shù)字鑒相器電原理圖及波形圖如圖 8-2 （a）、圖 8-2 （ b）所示。輸出信號寬度正比于信號 ui 及 uo 上升沿之間的相位差，最大值為 ui 的碼元寬度。稱此鑒相器為觸發(fā)器型鑒相器，稱包含有觸發(fā)器型鑒相器的數(shù)字環(huán)路為觸發(fā)器型數(shù)字鎖相環(huán)。uduiQR DQRDcp Dcp DuoEcuiuduoEc(a) 電路(b) 波形圖 8-2 數(shù)字

28、鑒相器量化器把相位誤差變?yōu)槎噙M(jìn)制數(shù)字信號，它由工作于M0 方式、計數(shù)常數(shù)為N0的 8254 B2 完成（ N0 為量化級數(shù)，此處 N0=52）。ud 作為 8254B 的門控信號， ud 為高電平時 8254B 進(jìn)行減計數(shù)， ud 為低電平時禁止計數(shù)，計數(shù)結(jié)束后從 8254B2 讀得的數(shù)字為N d= N0-Nd（8-1 ）式中 Nd為 ud 脈沖寬度的量化值（下面用量化值表示脈沖寬度和時間間隔） ，N0Nd，讀數(shù)結(jié)束后再給8254B2 寫入計數(shù)常數(shù) N0。讀數(shù)時刻由 8254A控制，它工作在M1 模式，計數(shù)常數(shù)為N0， ui 作為門控信號。一個ui 脈沖使 8254A產(chǎn)生一個寬度為N0 的負(fù)脈

29、沖，倒相后變?yōu)檎}沖送到89C51的 INT 1 端，而 89C51的外中斷 1 被設(shè)置為負(fù)跳變中斷申請方式。由于8254A 產(chǎn)生的脈沖寬度不小于ud 脈沖寬度且它們的前沿處于同一時刻，所以可以確保中斷申請后對8254B2 讀數(shù)時它已停止計數(shù)。數(shù)字環(huán)路濾波器由軟件完成?？刹捎迷S多種軟件算法，一種簡單有效的方法是對一組 N0 作平均處理。設(shè)無噪聲時環(huán)路鎖定后ui 與 uo 的相位差為 N0/2 ，則在噪聲的作用下，鎖定時的相位誤差可能大于N0/2也可能小于 N0/2 。這兩種情況出現(xiàn)的概率相同，所以平均處理可以減小噪聲的影響，m個 Nd 值的平均值為m（8-2 ）N dN di mi 1數(shù)字濾波

30、器的輸出為Nc = No / 2 +Nd(8-3 ）34 / 38頁眉數(shù)控振蕩器由四個 8254 計數(shù)器及一些門電路構(gòu)成， 其原理框圖如圖 8-3 所示，圖中已注明了各個計數(shù)器的工作方式和計數(shù)常數(shù)。以下分析環(huán)路的鎖定狀態(tài)及捕捉過程，此時不考慮噪聲的影響。u6+G6uoONoOG58254A 1C8254B 1CM 2NoN c- 2M 2Nc - 3GGG4Ou5G 3N c - 28254B 0CN oM 1N c- 2OGu 1No8254A 0CG 2GM 1N o1u4u3u 2GP1.4圖 8-3數(shù)控振蕩器環(huán)路開始工作時，軟件使8254B0 和 8254B1 輸出高電平，從而使825

31、4A1 處于計數(shù)工作狀態(tài)、 8254B1 處于停止計數(shù)狀態(tài)， G6 處于開啟狀態(tài)， 8254A1 輸出一個周期為N0 的周期信號。若環(huán)路處于鎖定狀態(tài)， 則 Nd=N0/2 ，由式（8-1 ）及式（8-2 ）得 Nd =N0/2 。此時 89c51 的 P1.4 口不輸出觸發(fā)脈沖， 8254A0 輸出端仍保持初始化時的高電平，從而使 8254B0 的門控端 G保持低電平、輸出端O保持高電平。這樣可保持8254A1、8254B1 的工作狀態(tài)不變、環(huán)路仍處于鎖定狀態(tài)。 若環(huán)路失鎖，則 NdN0 /2 ，NdN0/2 ，P1.4 口輸出一個正脈沖u2 ，在 u2 作用下， 8254A0 輸出一個寬度為

32、 N0 的負(fù)脈沖，倒相后變?yōu)檎}沖u3 送給與門 G2。G2 的另一個輸入信號u1 來自 8254A1。在 G1 輸出的寬度為 N0 的正脈沖持續(xù)時間內(nèi)，8254A1 一定有（也只有）一個負(fù)脈沖信號輸入，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端送一個觸發(fā)信號u4。在 u4 的作用下， 8254B0 輸出一個寬度為 N0-2 的負(fù)脈沖。在這段時間內(nèi)， 8254A1 停止計數(shù)工作， 8254B1 進(jìn)行減計數(shù)且在此時間內(nèi)的最后一個時鐘周期輸出一個負(fù)脈沖。 8254B0 輸出的負(fù)脈沖的后沿重新啟動 8254A1，使它重新作 N0 分頻。設(shè) m=1，上述過程的有關(guān)波形如圖 8-4 所示，圖中 u O為環(huán)路鎖定狀態(tài)下數(shù)控振蕩器的輸出信號。由