北京交通大學(xué) 通信原理實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)四)

1、通信原理實(shí)驗(yàn)學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日期： 上課時(shí)間：星期 第 大節(jié)通信原理實(shí)驗(yàn)電子信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)四 HDB3編碼與譯碼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容，熟悉實(shí)驗(yàn)箱面板分布及測試孔位置，定義本實(shí)驗(yàn)相關(guān)模塊的跳線狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)前重點(diǎn)掌握 HDB 3 編碼和解碼原理、 定時(shí)提取原理， 思考 HDB 3輸出波形應(yīng)該什么樣、編碼輸入和解碼輸出波形相位應(yīng)該相同嗎、本實(shí)驗(yàn)用到哪幾個(gè)模塊及每個(gè)模塊的主要作用是什么。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 掌握HDB3編碼規(guī)則，編碼和解碼原理。（2） 了解鎖相環(huán)的工作原理和定時(shí)提取原理。（3） 了解輸入信號(hào)對(duì)定時(shí)提取的影響。（4） 了解信號(hào)的傳輸延時(shí)。（5）了解HDB

2、3編譯碼集成芯片CD22103。三、實(shí)驗(yàn)儀器（1） ZH5001A通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（2）20MHZ雙蹤示波器。四、基本原理1.HDB3編譯碼電路 在通信原理綜合試驗(yàn)箱中，采用了CD22103專用芯片（UD01）實(shí)現(xiàn)HDB3碼的編譯碼實(shí)驗(yàn)。在該電路模塊下，沒有采用復(fù)雜的線圈耦合的方法來實(shí)現(xiàn)HDB3碼字的轉(zhuǎn)換，而是采用運(yùn)算放大器（UC02）完成對(duì)HDB3輸出進(jìn)行電平變換。變換輸出為雙極性碼或單極性碼。HDB3編譯碼系統(tǒng)組成如圖一： CD22013集成電路進(jìn)行HDB3編譯碼。當(dāng)它第三腳接+5V時(shí)為HDB3碼。編碼時(shí)，需要輸入NRZ碼及時(shí)鐘信號(hào)，CD22103編碼輸出兩路并行信號(hào)+HDB3out

3、（15腳TPD03）和HDB3out（14腳TPD04），它們都是半占空比的正弦沖信號(hào)，分別最HDB3碼的正極信號(hào)及負(fù)極信號(hào)相對(duì)應(yīng)，這兩路信號(hào)通過一個(gè)差分放大器（UD02A）后，得到HDB3。通過由運(yùn)算放大器的相加器（UD02B），輸出HDB3碼的單極性碼輸出。譯碼時(shí)，需將HDB3碼變換成兩路單極性信號(hào)分別送到CD22103的第11,13腳，此任務(wù)有雙/單變換電路來完成。通常譯碼之后TPD07與TPD01的波形應(yīng)一致，但由于當(dāng)前的輸出HDB3碼字可能與前四個(gè)碼字有關(guān)，因此HDB3的編譯碼延遲較大。在實(shí)用的HDB3編譯碼電路中，發(fā)端的單雙極性變換器一般由變壓器完成；收端的的單雙極性變換器一般由變

4、壓器，比較器完成。本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖钦莆誋DB3編碼規(guī)則及位同步提取方法，故對(duì)單雙，雙單極性變換電路作了減緩處理，不一定符合實(shí)用要求。2.位定時(shí)提取電路位定時(shí)提取電路采用鎖相環(huán)方法。 在系統(tǒng)中鎖相環(huán)將接收端的 256kHz 時(shí)鐘鎖定在發(fā)端的 256kHz 時(shí)鐘上，來獲得系統(tǒng)的同步時(shí)鐘，如 HDB 3 接收的同步時(shí)鐘及后續(xù)電路同步時(shí)鐘。該鎖相環(huán)模塊主要由鎖相環(huán) UP01（MC4046） 、數(shù)字分頻器 UP02（74LS161） 、D 觸發(fā)器 UP04 （74LS74） 、 環(huán)路濾波器和輸入端的帶通濾波器 （UP03B） 組成。 UP01內(nèi)部由一個(gè)振蕩器與一個(gè)高速鑒相器組成。該鎖相環(huán)模塊如圖二： 輸入端

5、的帶通濾波器是由運(yùn)算放大器（TEL2702）及阻容器件構(gòu)成的有源帶通濾波器，中心頻率為 256kHz，濾出 256kHz 時(shí)鐘信號(hào)，輸出的信號(hào)是一個(gè)幅度和周期都不恒定的準(zhǔn)正弦信號(hào)。對(duì)此信號(hào)進(jìn)行限幅放大（UP03A）處理后得到幅度恒定、周期變化的脈沖信號(hào)，但仍不能將此信號(hào)作為譯碼器的位同步信號(hào)。經(jīng) UP04A 和 UP04B 兩個(gè)除二分頻器（共四分頻）變?yōu)?64kHz 信號(hào)，進(jìn)入 UP01 鑒相輸入 A 腳；VCO 輸出的512kHz 輸出信號(hào)經(jīng) UP02 進(jìn)行八分頻變?yōu)?64kHz 信號(hào)， 送入 UP01 的鑒相輸入 B 腳。經(jīng)UP01內(nèi)部鑒相器鑒相之后的誤差控制信號(hào)經(jīng)環(huán)路濾波器濾波送入U(xiǎn)P0

6、1的壓控振蕩器輸入端。正常時(shí)，VCO 鎖定在外來的 256kHz 頻率上。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.HDB 3 碼變換規(guī)則驗(yàn)證 首先將輸入信號(hào)選擇跳線開關(guān) KD01 設(shè)置在 M 位置（右端） 、單/雙極性碼輸出選擇開關(guān)設(shè)置 KD02 設(shè)置在 2_3 位置（右端：單極性） 、HDB 3 編碼開關(guān) KD03 設(shè)置在 HDB 3 位置（左端） ，使該模塊工作在 HDB 3 碼方式。使輸入數(shù)據(jù)端口懸空產(chǎn)生全1 碼、使輸入數(shù)據(jù)為全 0 碼，分別畫下一個(gè)周期的測試波形。3 HDB 3 編碼信號(hào)中同步時(shí)鐘分量定性觀測將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān) KD01 設(shè)置在 M 位置（右端） ；將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號(hào)選擇跳線開關(guān) KP

7、02 設(shè)置在 HDB 3 位置（左端） 。將極性碼輸出選擇跳線開關(guān)KD02 設(shè)置在 2_3 位置（右端）產(chǎn)生單極性碼輸出，用示波器測量模擬鎖相環(huán)模塊TPP01、TPP02 波形；然后將跳線開關(guān) KD02 設(shè)置在 1_2 位置（左端）產(chǎn)生雙極性碼輸出，觀測 TPP01、TPP02 波形變化。將極性碼輸出選擇跳線開關(guān) KD02 設(shè)置在 2_3位置 （右端）產(chǎn)生單極性碼輸出，使輸入數(shù)據(jù)為全 1 碼， 測試模擬鎖相環(huán)模塊 TPP01點(diǎn)的同步時(shí)鐘分量波形步驟，記錄并分析測試結(jié)果。使輸入數(shù)據(jù)為全 0 碼，重復(fù)上述步驟，記錄測試結(jié)果。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析1HDB 3 碼變換規(guī)則驗(yàn)證 如下圖所示，HDB 3 碼變換規(guī)則顯而易見，與理論相符。全1碼輸入時(shí)，正負(fù)交替出現(xiàn)；全0碼輸入時(shí)，每連續(xù)2個(gè)0后緊隨著一正一負(fù)，下一個(gè)接著就是一負(fù)一正，極性相同，可以知道其實(shí)是連續(xù)4個(gè)0。圖一上 全1雙極性碼圖一下 全1單極性碼圖二 全0雙極性碼圖三 全0單極性碼 3HDB 3 編碼信號(hào)中同步時(shí)鐘分量定性觀測 如圖所示，全1碼時(shí)比較容易提取同步時(shí)鐘分量，鎖相環(huán)輸出幅度抖動(dòng)較小，全0碼時(shí)不如全1碼時(shí)容易提取同步時(shí)鐘分量，鎖相環(huán)輸出幅度抖動(dòng)較大。圖四 單極性