通信原理實(shí)驗(yàn)大全(完整版)

1、通 信 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書 電氣信息工程學(xué)院目 錄實(shí)驗(yàn)一 AM調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn) 1實(shí)驗(yàn)二 FM調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)三 ASK調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn) 8實(shí)驗(yàn)四 FSK調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn) 11實(shí)驗(yàn)五 時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶傳輸 14實(shí)驗(yàn)六 光纖傳輸實(shí)驗(yàn) 19實(shí)驗(yàn)七 模擬鎖相環(huán)與載波同步 27實(shí)驗(yàn)八 數(shù)字鎖相環(huán)與位同步 32實(shí)驗(yàn)一 AM調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解AM調(diào)制方法與解調(diào)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)中AM調(diào)制方法：原始調(diào)制信號(hào)為1.5V直流1KHZ正弦交流信號(hào)，載波為20KHZ正弦交流信號(hào)，兩者通過相乘器實(shí)現(xiàn)調(diào)制過程。本實(shí)驗(yàn)中AM解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）。三、實(shí)驗(yàn)所需部件調(diào)制板、解調(diào)板、示波器、計(jì)算

2、機(jī)（數(shù)據(jù)采集設(shè)備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 熟悉實(shí)驗(yàn)所需部件。2. 按下圖接線。3. 用示波器（或計(jì)算機(jī)）分別測(cè)出上圖所示的幾個(gè)點(diǎn)的波形，并繪制于下面各圖中。4. 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果深入理解AM調(diào)制方法與解調(diào)方法。實(shí)驗(yàn)一參考結(jié)果實(shí)驗(yàn)二 FM調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解FM調(diào)制方法與解調(diào)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)中FM調(diào)制方法：原始調(diào)制信號(hào)為2KHZ正弦交流信號(hào)，讓其通過V/F（電壓/頻率轉(zhuǎn)換，即VCO壓控振蕩器）實(shí)現(xiàn)調(diào)制過程。本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)所需部件調(diào)制板、解調(diào)板、示波器、計(jì)算機(jī)（數(shù)據(jù)采集設(shè)備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 熟悉實(shí)驗(yàn)所需部件。2. 按下圖接線。3

3、. 用示波器（或計(jì)算機(jī)）分別測(cè)出上圖所示的幾個(gè)點(diǎn)的波形，并繪制于下面各圖中。4. 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果深入理解FM調(diào)制方法與解調(diào)方法。實(shí)驗(yàn)二參考結(jié)果實(shí)驗(yàn)三 ASK調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解ASK調(diào)制方法與解調(diào)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)中ASK調(diào)制方法：鍵控法（原始數(shù)字信號(hào)采用250HZ方波信號(hào)代替，載波為2KHZ正弦交流信號(hào)，利用方波信號(hào)切換開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制過程。本實(shí)驗(yàn)中ASK解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）。三、實(shí)驗(yàn)所需部件調(diào)制板、解調(diào)板、示波器、計(jì)算機(jī)（數(shù)據(jù)采集設(shè)備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 熟悉實(shí)驗(yàn)所需部件。2. 按下圖接線。3. 用示波器（或計(jì)算機(jī)）分別測(cè)出上圖所示的幾個(gè)點(diǎn)的波形，并繪制于

4、下面各圖中。4. 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果深入理解ASK調(diào)制方法與解調(diào)方法。實(shí)驗(yàn)三參考結(jié)果實(shí)驗(yàn)四 FSK調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解FSK調(diào)制方法與解調(diào)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)中FSK調(diào)制方法：鍵控法（原始數(shù)字信號(hào)采用250HZ方波信號(hào)代替，載波分別為2KHZ和1KHZ正弦交流信號(hào)，利用方波信號(hào)切換開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制過程。本實(shí)驗(yàn)中FSK解調(diào)方法：PLL電路+低通濾波抽樣判決器。三、實(shí)驗(yàn)所需部件調(diào)制板、解調(diào)板、示波器、計(jì)算機(jī)（數(shù)據(jù)采集設(shè)備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 熟悉實(shí)驗(yàn)所需部件。2. 按下圖接線。3. 用示波器（或計(jì)算機(jī)）分別測(cè)出上圖所示的幾個(gè)點(diǎn)的波形，并繪制于下面各圖中。4. 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果深入理解

5、FSK調(diào)制方法與解調(diào)方法。實(shí)驗(yàn)四參考結(jié)果實(shí)驗(yàn)五 時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶傳輸一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握時(shí)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(hào)傳輸過程。 二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)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(gè)理想信道時(shí)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(hào)、用于數(shù)據(jù)分接的幀同步信號(hào)、位同步信號(hào)。三、實(shí)驗(yàn)所需部件調(diào)制板、解調(diào)板、示波器、計(jì)算機(jī)（數(shù)據(jù)采集設(shè)備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉實(shí)驗(yàn)所需部件。2、按下圖接線。3、用示波器（或計(jì)算機(jī)）分別測(cè)出上圖所示的幾個(gè)點(diǎn)的波形，并繪制于下面各圖中。4、 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果深入理解PCM調(diào)制方法與解調(diào)方法。實(shí)驗(yàn)五 參考結(jié)果

6、實(shí)驗(yàn)六 光纖傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握抽樣定理，了解時(shí)分復(fù)用原理，了解光纖的基本原理及傳輸過程。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)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(cè)試信號(hào)。三、實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)（數(shù)據(jù)采集設(shè)備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉實(shí)驗(yàn)所需部件。2、按下圖接線。3、 用示波器（或計(jì)算機(jī)）分別測(cè)出上圖所示的幾個(gè)點(diǎn)的波形，并繪制于下面各圖中。4、 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果深入理解光纖傳輸方法。實(shí)驗(yàn)六 參考結(jié)果實(shí)驗(yàn)七 模擬鎖相環(huán)與載波同步一、實(shí)驗(yàn)?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)

7、、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(hào)中提取相干載波的原理及模擬鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)方法。了解相干載波相位模糊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。二、實(shí)驗(yàn)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(hào)中提取相干載波。本實(shí)驗(yàn)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(hào)已在實(shí)驗(yàn)電路板上與數(shù)字調(diào)制單元2DPSK輸出信號(hào)連在一起。圖7-1 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)： · MU平方器輸出測(cè)試點(diǎn)，VP-P1V · VCOVCO輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn)，VP-P0.2V

8、· Ud鑒相器輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn) · CAR-OUT相干載波信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn) 圖7-1中各單元與電路板上主要元器件的對(duì)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(yùn)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：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器7474 · 濾波器電感L

9、2；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）及壓控振蕩器（VCO）組成，如圖7-2所示。圖7-2 鎖相環(huán)方框圖 模擬鎖相環(huán)中，PD是一個(gè)模擬乘法器，LF是一個(gè)有源或無(wú)源低通濾波器。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。設(shè)ui(t)=Uisinit+i(t)，uo(t)=Uocosit+o(t)，則ud(t)=Udsine(t

10、)，e(t)=i(t)-o(t)，故模擬鎖相環(huán)的PD是一個(gè)正弦PD。設(shè)uc(t)=ud(t)F(P)，F(xiàn)(P)為L(zhǎng)F的傳輸算子，VCO的壓控靈敏度為K o，則環(huán)路的數(shù)學(xué)模型如圖7-3所示。圖7-3 模擬環(huán)數(shù)學(xué)模型 當(dāng)時(shí)，令Kd=Ud為PD的線性化鑒相靈敏度、單位為V/rad，則環(huán)路線性化數(shù)學(xué)模型如圖7-4所示。圖7-4 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(hào)(i(t)為常數(shù))時(shí)，在環(huán)路的作用下，VCO輸出信號(hào)頻率可以由固有振蕩頻率o（即環(huán)路無(wú)輸入信號(hào)、環(huán)路對(duì)VCO無(wú)控制作用時(shí)VCO的振蕩頻率），變化到輸入信號(hào)頻率i，此

11、時(shí)o(t)也是一個(gè)常數(shù)，ud(t)、uc(t)都為直流。我們稱此為環(huán)路的鎖定狀態(tài)。定義o=i-o為環(huán)路固有頻差，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(shí)，環(huán)路可以進(jìn)入鎖定狀態(tài)。當(dāng)|o|<H時(shí)環(huán)路可以保持鎖定狀態(tài)。當(dāng)|o|>P時(shí)，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(gè)上下不對(duì)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(gè)下寬上窄的差拍電壓。 · 環(huán)路對(duì)i(t)呈低通特性，即環(huán)路可以將i

12、(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。或者說(shuō)，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(hào)時(shí)，環(huán)路對(duì)ui(t)等效為一個(gè)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n及阻尼系數(shù)(具體公式在下文中給出)是兩個(gè)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(shí)，i(t)將發(fā)生抖動(dòng)，n越小，環(huán)路濾除噪聲的能力越強(qiáng)。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)

13、等周期信號(hào)。對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行平方處理后得，此信號(hào)中只含有直流和2c頻率成分，理論上對(duì)此信號(hào)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(shí)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(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)。即平方電路輸出信號(hào)頻譜中還有其它頻率成分，必須濾除。 · 接收機(jī)收到的2DPSK信號(hào)中含有噪聲（本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為理想信道，無(wú)噪聲），因而平方電路輸出信號(hào)中也含有噪聲，必須用一個(gè)窄帶濾波器濾除噪聲。 · 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

14、通濾波器帶寬足夠小。 對(duì)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)的計(jì)算公式如下： 式中fo=4.433×106（HZ），等于載頻的兩倍。 設(shè)計(jì)環(huán)路時(shí)通過測(cè)量得到Kd、Ko，一般選值為0.51，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(shí)，模擬環(huán)輸出信號(hào)的相位超前輸入相位90°，必須對(duì)除2電路輸出信號(hào)進(jìn)行移相才能得到相干載波。移相電路由兩個(gè)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(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。此移相電路的移相

15、范圍小于90°。在鎖定狀態(tài)下微調(diào)C34也會(huì)改變輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位關(guān)系（為什么，請(qǐng)思考）?？蓪?duì)相干載波的相位模糊作如下解釋。在數(shù)學(xué)上對(duì)cos2ct進(jìn)行除2運(yùn)算的結(jié)果是cosct或-cosct。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”。三、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟 環(huán)路鎖定時(shí)ud為直流、環(huán)路輸入信號(hào)頻率等于反饋信號(hào)頻率（此鎖相環(huán)中即等于VCO信號(hào)頻率）。環(huán)路失鎖時(shí)ud為差拍電壓，環(huán)路輸入信號(hào)頻率與反饋信號(hào)頻率不相等。本環(huán)路輸入信號(hào)頻率等于2DPSK載頻的兩倍，即等于調(diào)制單元CAR信號(hào)頻率的

16、兩倍。環(huán)路鎖定時(shí)VCO信號(hào)頻率等于CAR-OUT信號(hào)頻率的兩倍。所以環(huán)路鎖定時(shí)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(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)。用示波器同時(shí)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(gè)信號(hào)頻率相等。若有頻率計(jì)則可分別測(cè)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?，CAR和CAR-

17、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(hào)，表示環(huán)路已處于失鎖狀態(tài)。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）。環(huán)路處于失鎖狀態(tài)時(shí)，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(shí)ud會(huì)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(cè)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?hào)），環(huán)路失鎖。再反向調(diào)節(jié)減小C34，ud的頻率逐漸變低，不對(duì)稱程度越來(lái)越大，直至變?yōu)橹绷鳌Ｓ洯h(huán)路

18、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。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(shí)鑒相器輸出電壓為ud4。令V1=ud1- ud3，V2=ud2- ud4，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)V1V2。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 =K0V1/2 ，fP =K0V2/2 。應(yīng)說(shuō)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(shí)環(huán)路可能只能從一個(gè)方向由鎖定

19、狀態(tài)變化到失鎖狀態(tài)，此時(shí)可用fH =K0(ud1-6）或fH =K0(6-ud3）、fP =K0(ud2-6）或fP =K0(6-ud4）來(lái)計(jì)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(shí)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(hào)時(shí)應(yīng)注意幅度旋鈕和頻率旋鈕的調(diào)整。· 失鎖時(shí)，CAR和CAR-OUT頻率不相等，但當(dāng)頻差較大時(shí)，在鑒相器輸出端電容的作用下，ud幅度較小。此時(shí)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)橹绷鳎h(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。 · 環(huán)路鎖定時(shí)，ud不是

20、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)。這種現(xiàn)象是由于環(huán)路輸入信號(hào)不是一個(gè)純凈的正弦信號(hào)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(hào)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(shí)觀察調(diào)制單元的CAR和載波同步單元的CAR-OUT信號(hào)，調(diào)節(jié)電位器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(gè)信號(hào)有時(shí)同相、有時(shí)反相。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 總結(jié)鎖相環(huán)鎖定狀態(tài)

21、及失鎖狀態(tài)的特點(diǎn)。2. 設(shè)K0=18 HZ/V ，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算環(huán)路同步帶fH及捕捉帶fP 。3. 由公式及計(jì)算環(huán)路參數(shù)n和，式中 Kd=6 V/rad，Ko=2×18 rad/s.v，R25=2×104 W，R68=5×103 W，C11=2.2×10-6 F 。（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。實(shí)驗(yàn)八 數(shù)字鎖相環(huán)與位同步一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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

22、快速捕獲原理。掌握用數(shù)字環(huán)提取位同步信號(hào)的原理及對(duì)信息代碼的要求。掌握位同步器的同步建立時(shí)間、同步保持時(shí)間、位同步信號(hào)同步抖動(dòng)等概念。二、實(shí)驗(yàn)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)。實(shí)驗(yàn)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(hào)，它要求輸入信號(hào)是一個(gè)準(zhǔn)周期數(shù)字信號(hào)。實(shí)驗(yàn)三中的模擬環(huán)也可以提取位同步信號(hào)，它要求輸入準(zhǔn)周期正弦信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字鎖相環(huán)提取位同步信號(hào)，它不要求輸入信號(hào)一定是周期信號(hào)或準(zhǔn)周期信號(hào)，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(hào)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(shí)驗(yàn)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(shí)間短、抗噪能力強(qiáng)等

23、特點(diǎn)。位同步模塊原理框圖如圖8-1所示。其內(nèi)部?jī)H使用+5V電壓。圖8-1 位同步器方框圖位同步模塊有以下測(cè)試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)： · S-IN基帶信號(hào)輸入點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)（2個(gè)）· BS-OUT位同步信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)（3個(gè)） 圖8-1中各單元與電路板上元器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： · 晶振CRY3：晶體；U39：7404 · 控制器U48：或門7432；U41：計(jì)數(shù)器74190 · 鑒相器U40：D觸發(fā)器7474 · 量化器U45：可編程計(jì)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 

24、3; 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。 下面介紹位同步器的工作原理。 數(shù)字鎖相環(huán)是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，主要器件是單片機(jī)89C51及可編程計(jì)數(shù)器8254。環(huán)路中使用了兩片8254，共六個(gè)計(jì)數(shù)器，分別表示為8254A0、8254A1、8254A2、8254B0、8254B1、8254B2。它們分別工作在M0、M1、M2三種工作模式。M0為計(jì)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(gè)8254芯片還有時(shí)鐘輸入端C、門控信號(hào)輸入端G和輸出端O。數(shù)字鑒相器電原理

25、圖及波形圖如圖8-2（a）、圖8-2（b）所示。輸出信號(hào)寬度正比于信號(hào)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)。圖8-2 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）。ud作為8254B2的門控信號(hào)，ud為高電平時(shí)8254B2進(jìn)行減計(jì)數(shù)，ud為低電平時(shí)禁止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)束后從8254B2讀得的數(shù)字為 Nd= 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(shí)間間隔），N0Nd，讀數(shù)結(jié)

26、束后再給8254B2寫入計(jì)數(shù)常數(shù)N0。讀數(shù)時(shí)刻由8254A2控制，它工作在M1模式，計(jì)數(shù)常數(shù)為N0，ui作為門控信號(hào)。一個(gè)ui脈沖使8254A2產(chǎn)生一個(gè)寬度為N0的負(fù)脈沖，倒相后變?yōu)檎}沖送到89C51的端，而89C51的外中斷1被設(shè)置為負(fù)跳變中斷申請(qǐng)方式。由于8254A2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(shí)刻，所以可以確保中斷申請(qǐng)后對(duì)8254B2讀數(shù)時(shí)它已停止計(jì)數(shù)。 數(shù)字環(huán)路濾波器由軟件完成。可采用許多種軟件算法，一種簡(jiǎn)單有效的方法是對(duì)一組N0作平均處理。設(shè)無(wú)噪聲時(shí)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(shí)的相位誤差可能大于N0/2也可能小于N0/2。

27、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(gè)Nd值的平均值為（8-2）數(shù)字濾波器的輸出為 Nc = No / 2 + Nd(8-3）數(shù)控振蕩器由四個(gè)8254計(jì)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(gè)計(jì)數(shù)器的工作方式和計(jì)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(shí)不考慮噪聲的影響。圖8-3 數(shù)控振蕩器 環(huán)路開始工作時(shí)，軟件使8254B0和8254B1輸出高電平，從而使8254A1處于計(jì)數(shù)工作狀態(tài)、8254B1處于停止計(jì)數(shù)狀態(tài)，G6處于開啟狀態(tài)，8254A1輸出一個(gè)周期為N0的周期信號(hào)。若環(huán)路處于鎖定狀態(tài)，則Nd=N0/2，由式（8-1）及式（8-2）

28、得Nd=N0/2。此時(shí)89c51的P1.4口不輸出觸發(fā)脈沖，8254A0輸出端仍保持初始化時(shí)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(gè)正脈沖u2，在u2作用下，8254A0輸出一個(gè)寬度為N0的負(fù)脈沖，倒相后變?yōu)檎}沖u3送給與門G2。G2的另一個(gè)輸入信號(hào)u1來(lái)自8254A1。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

29、發(fā)信號(hào)u4。在u4的作用下，8254B0輸出一個(gè)寬度為N0-2的負(fù)脈沖。在這段時(shí)間內(nèi)，8254A1停止計(jì)數(shù)工作，8254B1進(jìn)行減計(jì)數(shù)且在此時(shí)間內(nèi)的最后一個(gè)時(shí)鐘周期輸出一個(gè)負(fù)脈沖。8254B0輸出的負(fù)脈沖的后沿重新啟動(dòng)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(hào)。由圖8-4可見，不管失鎖時(shí)相位誤差多少（不會(huì)大于N0），只要對(duì)數(shù)控振蕩器作一次調(diào)整，就可使環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)快速捕捉。 程序流程如圖8-5所示，輸入信號(hào)ui使IE1置“1”，且使8254B2計(jì)數(shù)，對(duì)IE1進(jìn)行位操作時(shí)又使之置“

30、0”。由于量化誤差，故當(dāng)Nd為N02，N0/21或N0/21時(shí)，環(huán)路皆處于鎖定狀態(tài)，不對(duì)數(shù)控振蕩器進(jìn)行調(diào)整。程序中令m=16，進(jìn)行16次鑒相后做一次平均運(yùn)算，若發(fā)現(xiàn)環(huán)路失鎖，則對(duì)數(shù)控振蕩器進(jìn)行一次調(diào)整。 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7432（U5:B）及16分頻器74190（U13）組成。圖8-4 捕獲過程波形 當(dāng)數(shù)字環(huán)輸入信號(hào)的碼速率與數(shù)控振蕩器的固有頻率完全相同時(shí)，環(huán)路鎖定后輸入信號(hào)與反饋信號(hào)（即位同步信號(hào)）的相位關(guān)系是固定的且符合抽樣判決器的要求（當(dāng)然開環(huán)時(shí)它們的相位誤差也是固定的，但不符合抽樣判決器的要求）。輸入信號(hào)碼速率決定于發(fā)送

31、端的時(shí)鐘頻率，數(shù)控振蕩器固有頻率決定于位同步器的時(shí)鐘頻率和數(shù)控振蕩器固有分頻比。由于時(shí)鐘信號(hào)頻率穩(wěn)定度是有限的，故這兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率不可能完全相同，因此鎖相環(huán)輸入信號(hào)碼速率與數(shù)控振蕩器固有頻率不可能完全相等（即環(huán)路固有頻差不為0）。數(shù)字環(huán)位同步器是一個(gè)離散同步器，只有當(dāng)輸入信號(hào)的電平發(fā)生跳變時(shí)才可能對(duì)輸入信號(hào)的相位和反饋信號(hào)的相位進(jìn)行比較從而調(diào)整反饋信號(hào)的相位，在兩次相位調(diào)整的時(shí)間間隔內(nèi)，反饋信號(hào)的相位相對(duì)于輸入信號(hào)的相位是變化的，即數(shù)字環(huán)位同步器提取的位同步信號(hào)的相位是抖動(dòng)的，即使輸入信號(hào)無(wú)噪聲也是如此。圖8-5 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。反之，對(duì)同步信號(hào)的相位抖動(dòng)要求越嚴(yán)格，則收發(fā)時(shí)鐘的頻率穩(wěn)定度也應(yīng)越高。 位同步信號(hào)抖動(dòng)范圍還與數(shù)字位同步器輸入信號(hào)的連“1”或“0”個(gè)數(shù)有關(guān)，連“1”或“0”個(gè)數(shù)越多，兩次相位調(diào)整之間的時(shí)間間隔越長(zhǎng)，位同步信號(hào)的相位抖動(dòng)越大。 對(duì)于NRZ碼來(lái)說(shuō)，允許其連“1”、連“0”的個(gè)數(shù)決定于數(shù)字環(huán)的同步保持時(shí)間tc。tc與收發(fā)時(shí)鐘頻率穩(wěn)定度e、碼速率RB、允許的同步誤差最大值的關(guān)系為：tC =/（2RB）tC的定義是：位同步器輸入信號(hào)斷開后，收發(fā)位同步信號(hào)相位誤差不超過