通信原理試驗大全

1、通信實驗指導書電氣信息工程學院實驗一AM調(diào)制與解調(diào)實驗1實驗二FM調(diào)制與解調(diào)實驗5實驗三ASK調(diào)制與解調(diào)實驗8實驗四FSK調(diào)制與解調(diào)實驗11實驗五時分復用數(shù)字基帶傳輸14實驗六光纖傳輸實驗19實驗七模擬鎖相環(huán)與載波同步27實驗八數(shù)字鎖相環(huán)與位同步32實驗一AM調(diào)制與解調(diào)實驗、實驗?zāi)康睦斫釧M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）。、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

2、.按下圖接線。MODULATIONBOARDrtkHz耳SettingvaluesontheMODULATIONBOARD:DEMODULATIONBOARD*3.2J=2V口=1VU=1.5VUTf=20kHzUinff=1KHZUDC3 .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。Uam(Vf«一tms5V I«tmsu2VI 】tmsUdemV «tmsUoutVf tms口t不引實驗二FM調(diào)制與解調(diào)實驗、實驗?zāi)康睦斫釬M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：

3、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）、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。Fig.4.2.5SettingvaluesontheMOOULATHONBOARD:U|Mf=2kHzu=Q.5V3,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。uinf【V】UfmMUAFMVUoutIV*11.*1-M,1一i1i1i(*1,-

4、M.,i1-*tmstmst【mstms實驗二參考結(jié)果0SettingvaluesontheMODULATIONBOARD:u=1VT_Llevel實驗三ASK調(diào)制與解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康睦斫釧SK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）。、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。JTf=2kHzJvf=250kHz3,用示波器（或計算機）分別測出上圖所示

5、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。SUJ1-1ainon"叫I一，-1adinswI一-1AW20n一xsvn實驗三參考結(jié)果實驗四FSK調(diào)制與解調(diào)實驗、實驗?zāi)康睦斫釬SK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。、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。VODJL

6、ATiOf.EO*RC-IJUT1-Oi25CdZtillFig.53.?SettingvaluesontheMODULATIONBOARD:SettingsonTheDEMODULATIONSOARD:UQ山f=2kHzf=1kHzf=250Hzu=1V0=1VTTLlevelSwitchontheUJfconverter(VCO)inFSKposition3 .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。1(a掂當(A劃n(AlW3Qnalldn實驗四參考結(jié)果實驗五時分復用數(shù)字基帶傳輸、實驗?zāi)康恼莆諘r分復用

7、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、位同步信號。、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。DEMODULATIONBOARD3、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。UPAM=f(0UPAM|VtC102030Us/H=f(f)40f(kHz!Us/HM1C102030Uout=f(040f(kHz?UmMC10203

8、040fkHz4、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。實驗五參考結(jié)果tmstmstms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。RECENEFIBOIRO1Tm”網(wǎng)11ERn-r。=昨.凡憶AkAWGDEMODULATIONBOARD3、用示波器（或計算

9、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。IIIIII口門“numberoflhequantization.iat日val 255- 223，,« e9rnaB11"". 159-工ru failri,12711HI1II1-3-2-111II1A12UmM a1ii. 69-"r-"a I>34 31a:. IB*<1"0Br"rr-e09iV-UIUI£ig0UJ/Slu/e9C0£0Z0I)L0)nU-L.7C.c匕_c-ay_/L.QO-69P/eUoutVf*V w!&

10、#187;* *.,*-I-，1.*中*11111*»*IlliaUmV*事*-fi-*4、結(jié)合上述實驗結(jié)果深入理解光纖傳輸方法。實驗六參考結(jié)果0123a/mm-6/mm»0t1111111111110102030405060B/.UoutV|.21.111111-2-112.（V）.*-1.-2tmstmstms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)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

11、同相正交環(huán)（科斯塔斯環(huán)）從2DPSKJ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+5M+12M-12V電壓，所需的2DPSK俞入信號已在實驗電路板上與數(shù)字調(diào)制單元2DPSK&出信號連在一起。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俞出信號測試點，-p>0.2V Ud鑒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MC1496U24

12、:運放UA741 環(huán)路濾波器電阻R25R68;電容C11 壓控振蕩器CRY2晶體；N3N4:三極管3DG6 放大整形N5N6:3DG6U26: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）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)路是一個相位負反饋系統(tǒng)，PD檢測Ui(t)與uo之間的相位誤差并進行運算形成誤差電壓Ud，LF用來濾除乘法器輸出的高頻分量(包括和

13、頻及其他的高頻噪聲)形成控制電壓Uc，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+0i(t),Uo(t)=Uocosit+0o(t),則Ud(t)=Udsin0e(t),9e(t)=9i(t)-9o(t),故模擬鎖相環(huán)的PD是一個正弦PQ設(shè)Uc(t)=ud(t)F(P),F(P)為LF的傳輸算子，VCO勺壓控靈敏度為Ko,則環(huán)路的數(shù)學模型如圖7-3所示,_A(t)Ud(t)Uc(t)Ko0/公0(t)+.(+煜*Udsin()F(P)*&-P圖7-3模擬環(huán)數(shù)學模型當一|«三時,Udsin/(t)=Ud"令K=U為PD的

14、線性化鑒相靈敏度、單6位為V/rad,則環(huán)路線性化數(shù)學模型如圖7-4所示。6(t)X+口,KdIFF(P)|KoP圖7-4環(huán)路線性化數(shù)學模型由上述數(shù)學模型進行數(shù)學分析，可得到以下重要結(jié)論： 當Ui(t)是固定頻率正弦信號(9i(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。(即環(huán)路無輸入信號、環(huán)路對VCO無控制作用時VCO勺振蕩頻率)，變化到輸入信號頻率s,此時9o(t)也是一個常數(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A。=CDi-。為環(huán)路固有頻差，ACDp表示環(huán)路的捕捉帶，ACDH表示環(huán)路的同步帶，模擬鎖相環(huán)中ACDp<ACDHO當|

15、ACDo|<ACOP時，環(huán)路可以進入鎖定狀態(tài)。當|ACDo|<ACDH時環(huán)路可以保持鎖定狀態(tài)。當|A3o|>ACDP時，環(huán)路不能進入鎖定狀態(tài)，環(huán)路鎖定后若A。發(fā)生變化使|ACDo|>ACOH,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CDi>CDo,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8i(t)呈低通特性，即環(huán)路可以將9i(t)中的低頻成分傳遞到輸出端，9i(t)中的高頻成分被環(huán)路濾除?；蛘哒f，9o(t)中只含有9i(t)的低頻成分，9i(t)中的高頻成分

16、變成了相位誤差9e(t)0所以當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較遠的頻率成分將被環(huán)路濾掉。 環(huán)路自然諧振頻率con及阻尼系數(shù)(具體公式在下文中給出)是兩個重要參數(shù)。CDn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。 當環(huán)路輸入端有噪聲時，9i(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言號進行平方處理后得S2(t)=m2(t)cos20ct=(1+cos28ct)/2,此信號中只含有直流和2c頻率成分

17、，理論上對此信號再進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，當然并非如此。實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，不是一個標準的二倍頻正弦信號。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2DPSC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于一個帶通濾波器，我們可以選擇適當?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：_KKo_,=R

18、8Ci,Bl=、(1+4,2),Q=%(R25+&8)Cii28k/Bl式中fo=4.433X106(HZ5,等于載頻的兩倍。設(shè)計環(huán)路時通過測量得到G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。此移相電路的移相范圍小于90%在鎖定狀態(tài)下微調(diào)G4也會改變輸

19、出信號與輸入信號的相位關(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)學上對cos2coet進行除2運算的結(jié)果是cosCDet或-coset。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VCC©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2DPS蹴頻的兩倍，即等于調(diào)制單元CAR信號頻率的兩倍。環(huán)路鎖定時VCCB號頻率等于CAR-O

20、UTW號頻率的兩倍。所以環(huán)路鎖定時調(diào)制單元的CARf口載波同步單元的CAR-OU狽率完全相等。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G4,Ud隨G4減小而減小，隨G4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CARffi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CARffiCAR-OU預率。在鎖定狀態(tài)下，向某一方向變化G4,可使Ud由直流變?yōu)榻涣?，CARffiCAR-OU初率不再相等，環(huán)路由鎖定狀態(tài)變?yōu)槭фi。接

21、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，CARffiCAR-OU預率不相等。調(diào)節(jié)G4使Ud的差拍頻率降低，當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G4,使Ud增大到鎖定狀態(tài)下的最大值Udi（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h(huán)路失鎖。再反向調(diào)節(jié)減小G4,Ud的頻率逐漸變低，不對稱程度越來越大，直至變?yōu)橹绷?。記環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進入鎖定狀態(tài)時鑒相器輸出電壓為Ud2

22、；繼續(xù)減小G4,使Ud減小到鎖定狀態(tài)下的最小值Ud3；再繼續(xù)減小G4,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)進入鎖定狀態(tài)時鑒相器輸出電壓為Ud4o令AM=Udi-ud3,AV2=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)設(shè)VCO勺靈敏度為K（HZ/V）,則環(huán)路同步帶AA及捕捉帶Afp分別為：AfH=KAVi/2,Afp=K0AV2/2。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)G4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AfH=K(udi-6)或AfH=R(6-

23、ud3)、Afp=K(ud2-6)或Afp=K(6-ud4)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CA濟口CAR-OUT勺頻率高但幅度很小，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，CARffiCAR-OU狽率不相等，但當頻差較大時，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.

24、 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)G4,使環(huán)路剛剛進入鎖定狀態(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CARffi載波同步單元的CAR-OU信號，調(diào)節(jié)電位器Pi或微調(diào)電容Cm使兩者成為反相或同相。反復斷開、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)K=18HZ/V,根據(jù)實驗結(jié)果計算環(huán)路同步帶AfH及捕捉帶Afp3.由公式nKdKo(R25V8)Ci

25、i及，二號4n計算環(huán)路參數(shù)On和！，式中K=6V/rad,(=2X18rad/s.v,R5=2X104夏，R8=5X103C,Ci=2.2x10-6F。(fn=CDn/2冗應(yīng)遠小于碼速率，工應(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)路輸入信號頻率可以改變，試擬訂測量環(huán)路同步帶及捕捉帶的步驟。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

26、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或準周期信號，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。BS-OUT數(shù)控振蕩器晶振脈沖展寬鑒相器控制器量化器晶振控制器鑒相器量化器數(shù)字環(huán)路濾波器數(shù)控

27、振蕩脈沖展寬器圖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）8-1中各單元與電路板上元器件的對應(yīng)關(guān)系如下：CRY3晶體；U397404U48:或門7432;U41:計數(shù)器74190U4。D觸發(fā)器7474U45:可編程計數(shù)器8254由軟件完成U46U45:8254U47: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。卜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825

28、4。環(huán)路中使用了兩片8254,共六個計數(shù)器，分別表示為8254A、8254A、8254A、8254B、8254B、8254B。它們分別工作在M、M、M三種工作模式。M為計數(shù)中斷方式，M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G門控信號輸入端G和輸出端O。r._JirLTLTLrLJT(a)電路UiUoUd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u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)。(b)波形圖8-2數(shù)字鑒相器量化器把

29、相位誤差變?yōu)槎噙M制數(shù)字信號，它由工作于M方式、計數(shù)常數(shù)為N0的8254B2完成(N)為量化級數(shù)，此處N=52)。Ud作為8254B的門控信號，Ud為高電平時8254B進行減計數(shù)，Ud為低電平時禁止計數(shù)，計數(shù)結(jié)束后從8254R讀得的數(shù)字為Nd=N0-NI(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問隔)，NN'd,讀數(shù)結(jié)束后再給8254B寫入計數(shù)常數(shù)Ndo讀數(shù)時刻由8254A控制，它工作在M模式，計數(shù)常數(shù)為Nd,Ui作為門控信號。一個Ui脈沖使8254A產(chǎn)生一個寬度為N的負脈沖，倒相后變?yōu)檎}沖送到89C51的INT1端,而89C51的外中斷1被設(shè)置為負跳變中

30、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8254B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。可采用許多種軟件算法，一種簡單有效的方法是對一組N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N/2,則在噪聲的作用下，鎖定時的相位誤差可能大于N/2也可能小于N72。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個凡值的平均值為mNd=ENdi/m(8-2)i=i數(shù)字濾波器的輸出為_M=N/2=M(8-3)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

31、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。圖8-3數(shù)控振蕩器環(huán)路開始工作時，軟件使8254B和8254B輸出高電平，從而使8254A處于計數(shù)工作狀態(tài)、8254B處于停止計數(shù)狀態(tài)，G處于開啟狀態(tài)，8254A輸出一個周期為N的周期信號。若環(huán)路處于鎖定狀態(tài)，則N'd=N>/2,由式（8-1）及式（8-2）得N=N/2。此時89c51的P1.4口不輸出觸發(fā)脈沖，8254A輸出端仍保持初始化時的高電平，從而使8254B的門控端G保持低電平、輸出端O保持高老平。這樣可保持8254A、8254B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N'dWN/2

32、,NWN/2,P1.4口輸出一個正脈沖U2,在U2作用下，8254A輸出一個寬度為N的負脈沖，倒相后變?yōu)檎}沖U3送給與門G。G的另一個輸入信號U1來自8254A。在G輸出的寬度為N的正脈沖持續(xù)時間內(nèi)，8254A一定有（也只有）一個負脈沖信號輸入，此負脈沖經(jīng)G倒相后與G輸出的正脈沖相與后給8254B的G端送一個觸發(fā)信號U4。在U4的作用下，8254B輸出一個寬度為N-2的負脈沖。在這段時間內(nèi)，8254A停止計數(shù)工作，8254B進行減計數(shù)且在此時間內(nèi)的最后一個時鐘周期輸出一個負脈沖。8254B輸出的負脈沖的后沿重新啟動8254A,使它重新作+N分頻。設(shè)m=1,上述過程的有關(guān)波形如圖8-4所示，圖

33、中Uo為環(huán)路鎖定狀態(tài)下數(shù)控振蕩器的輸出信號。由圖8-4可見，不管失鎖時相位誤差多少（不會大于Nd）,只要對數(shù)控振蕩器作一次調(diào)整，就可使環(huán)路進入鎖定狀態(tài)，從而實現(xiàn)快速捕捉。程序流程如圖8-5所示，輸入信號業(yè)使IE1置“1”，且使8254B計數(shù)，對IE1進行位操作時又使之置“0”。由于量化誤差，故當N為N/2,N/2+1或N/21時，環(huán)路皆處于鎖定狀態(tài)，不對數(shù)控振蕩器進行調(diào)整。程序中令m=16進行16次鑒相后做一次平均運算，若發(fā)現(xiàn)環(huán)路失鎖，則對數(shù)控振蕩器進行一次調(diào)整?？刂破鞯淖饔檬潜ＷC每次對8254B進行讀操作之前鑒相器只輸出一個正脈沖，它由或門7432（U5:B）及16分頻器74190（U13）

34、組成。No2NO|No口NoN'dNdU1dkrin圖8-4捕獲過程波形當數(shù)字環(huán)輸入信號的碼速率與數(shù)控振蕩器的固有頻率完全相同時，環(huán)路鎖定后輸入信號與反饋信號（即位同步信號）的相位關(guān)系是固定的且符合抽樣判決器的要求（當然開環(huán)時它們的相位誤差也是固定的，但不符合抽樣判決器的要求）c輸入信號碼速率決定于發(fā)送端的時鐘頻率，數(shù)控振蕩器固有頻率決定于位同步器的時鐘頻率和數(shù)控振蕩器固有分頻比。由于時鐘信號頻率穩(wěn)定度是有限的，故這兩個時鐘信號的頻率不可能完全相同，因此鎖相環(huán)輸入信號碼速率與數(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)位同步器是一個離散同步器，只有當輸入信號的電平發(fā)

35、生跳變時才可能對輸入信號的相位和反饋信號的相位進行比較從而調(diào)整反饋信號的相位，在兩次相位調(diào)整的時間間隔內(nèi)，反饋信號的相位相對于輸入信號的相位是變化的，即數(shù)字環(huán)位同步器提取的位同步信號的相位是抖動的，即使輸入信號無噪聲也是如此。m=16JE1=0LOOP1置8254B2工作方式，計數(shù)常數(shù),P1.7=0ie1=i?">,是JP1.7=1讀8254B2(讀數(shù)大于No?是一7否累加運算LOOP;累加了m次？、否是圖8-5鎖相環(huán)程序流程顯然，收發(fā)時鐘頻率穩(wěn)定度越高，數(shù)字環(huán)的固有頻差就越小，提取的位同步信號的相位抖動范圍越小。反之，對同步信號的相位抖動要求越嚴格，則收發(fā)時鐘的頻率穩(wěn)定度也應(yīng)越高。位同步信號抖動范圍還與數(shù)字位同步器輸入信號的連“1”或“0”個數(shù)有關(guān)，連“1”或“0”個數(shù)越多，兩次相位調(diào)整之間的時間間隔越長，位同步信號的相位抖動越