實(shí)驗(yàn)十五 碼型變換實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)十五 碼型變換實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解幾種常用的數(shù)字基帶信號(hào)。2、 掌握常用數(shù)字基帶傳輸碼型的編碼規(guī)則。3、 掌握常用CPLD實(shí)現(xiàn)碼型變換的方法。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 觀察NRZ碼、RZ碼、AMI碼、HDB3碼、CMI碼、BPH碼的波形。2、 觀察全0碼或全1碼時(shí)各碼型的波形。3、 觀察HDB3碼、AMI碼的正負(fù)極性波形。4、 觀察RZ碼、AMI碼、HDB3碼、CMI碼、BPH碼經(jīng)過(guò)碼型反變換后的輸出波形。5、 自行設(shè)計(jì)碼型變換電路，下載并觀察波形。三、 實(shí)驗(yàn)器材1、 信號(hào)源模塊 一塊2、 號(hào)模塊 一塊3、 號(hào)模塊 一塊4、 20M雙蹤示波器 一臺(tái)5、 連接線 若干四、 實(shí)驗(yàn)原理（一）基

2、本原理在數(shù)字通信中，有些場(chǎng)合可以不經(jīng)過(guò)載波調(diào)制和解調(diào)過(guò)程而讓基帶信號(hào)直接進(jìn)行傳輸。例如，在市區(qū)內(nèi)利用電傳機(jī)直接進(jìn)行電報(bào)通信，或者利用中繼方式在長(zhǎng)距離上直接傳輸PCM信號(hào)等。這種不使用載波調(diào)制裝置而直接傳送基帶信號(hào)的系統(tǒng)，我們稱它為基帶傳輸系統(tǒng)，它的基本結(jié)構(gòu)如圖15-1所示。圖15-1 基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)由信道信號(hào)形成器、信道、接收濾波器以及抽樣判決器組成。這里信道信號(hào)形成器用來(lái)產(chǎn)生適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)，信道可以是允許基帶信號(hào)通過(guò)的媒質(zhì)（例如能夠通過(guò)從直流至高頻的有線線路等）；接收濾波器用來(lái)接收信號(hào)和盡可能排除信道噪聲和其他干擾；抽樣判決器則是在噪聲背景下用來(lái)判定與再生基帶信號(hào)。若

3、一個(gè)變換器把數(shù)字基帶信號(hào)變換成適合于基帶信號(hào)傳輸?shù)幕鶐盘?hào)，則稱此變換器為數(shù)字基帶調(diào)制器；相反，把信道基帶信號(hào)變換成原始數(shù)字基帶信號(hào)的變換器，稱之為基帶解調(diào)器?；鶐盘?hào)是代碼的一種電表示形式。在實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有的基帶電波形都能在信道中傳輸。例如，含有豐富直流和低頻成分的基帶信號(hào)就不適宜在信道中傳輸，因?yàn)樗锌赡茉斐尚盘?hào)嚴(yán)重畸變。單極性基帶波形就是一個(gè)典型例子。再例如，一般基帶傳輸系統(tǒng)都從接收到的基帶信號(hào)流中提取定時(shí)信號(hào)，而收定時(shí)信號(hào)又依賴于代碼的碼型，如果代碼出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的連“0”符號(hào)，則基帶信號(hào)可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)0電位，而使收定時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)難以保證收定時(shí)信號(hào)的準(zhǔn)確性。歸納起來(lái)，對(duì)傳

4、輸用的基帶信號(hào)的主要要求有兩點(diǎn)：（1）對(duì)各種代碼的要求，期望將原始信息符號(hào)編制成適合于傳輸用的碼型；（2）對(duì)所選碼型的電波形要求，期望電波形適宜于在信道中傳輸。（二）編碼規(guī)則1、 NRZ碼NRZ碼的全稱是單極性不歸零碼，在這種二元碼中用高電平和低電平（這里為零電平）分別表示二進(jìn)制信息“1”和“0”，在整個(gè)碼元期間電平保持不變。例如：2、 RZ碼RZ碼的全稱是單極性歸零碼，與NRZ碼不同的是，發(fā)送“1”時(shí)在整個(gè)碼元期間高電平只持續(xù)一段時(shí)間，在碼元的其余時(shí)間內(nèi)則返回到零電平。例如：3、 AMI碼AMI碼的全稱是傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼。這是一種將信息代碼0(空號(hào))和1(傳號(hào))按如下方式進(jìn)行編碼的碼：代碼的0

5、仍變換為傳輸碼的0,而把代碼中的1交替地變換為傳輸碼的+1，-1，+1，-1，。例如：信息代碼：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1AMI碼： +1 0 0-1+1 0 0 0-1+1-1由于AMI碼的傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)，故由于它決定的基帶信號(hào)將出現(xiàn)正負(fù)脈沖交替，而0電位保持不變的規(guī)律。這種基帶信號(hào)無(wú)直流成分，且只有很小的低頻成分，因而它特別適宜在不允許這些成分通過(guò)的信道中傳輸。除了上述特點(diǎn)以外，AMI碼還有編譯碼電路簡(jiǎn)單以及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點(diǎn)，它是以種基本的線路碼，在高密度信息流得數(shù)據(jù)傳輸中，得到廣泛采用。但是，AMI碼有一個(gè)重要缺點(diǎn)，即當(dāng)它用來(lái)獲取定時(shí)信息時(shí)，由于它可能出現(xiàn)長(zhǎng)的連0串，

6、因而會(huì)造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。4、 HDB3碼HDB3碼是對(duì)AMI碼的一種改進(jìn)碼，它的全稱是三階高密度雙極性碼。其編碼規(guī)則如下：先檢查消息代碼（二進(jìn)制）的連0情況，當(dāng)沒(méi)有4個(gè)或4個(gè)以上連0串時(shí)，按照AMI碼的編碼規(guī)則對(duì)信息代碼進(jìn)行編碼；當(dāng)出現(xiàn)4個(gè)或4個(gè)以上連0串時(shí)，則將每4個(gè)連0小段的第4個(gè)0變換成與前一非0符號(hào)（+1或-1）同極性的符號(hào)，用V表示（即+1記為+V，-1記為-V），為使附加V符號(hào)后的序列不破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”造成的無(wú)直流特性，還必須保證相鄰V符號(hào)也應(yīng)極性交替。當(dāng)兩個(gè)相鄰V符號(hào)之間有奇數(shù)個(gè)非0符號(hào)時(shí)，用取代節(jié)“000V”取代4連0信息碼；當(dāng)兩個(gè)相鄰V符號(hào)間有偶數(shù)個(gè)非0符號(hào)時(shí)，用取

7、代節(jié)“B00V”取代4連0信息碼。例如：代碼： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 000 0 1 1AMI碼： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 000 0 -1 +1HDB3碼：-1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B00 -V -1 +1HDB3碼的特點(diǎn)是明顯的，它除了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)外，還增加了使連0串減少到至多3個(gè)的優(yōu)點(diǎn)，而不管信息源的統(tǒng)計(jì)特性如何。這對(duì)于定時(shí)信號(hào)的恢復(fù)是十分有利的。HDB3碼是CCITT推薦使用的碼型之一。5、 CMI碼CMI碼是傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼的簡(jiǎn)稱，其編碼規(guī)則為：“1”碼交替用“11”和“00”表示；“0”碼

8、用“01”表示。例如：代碼： 1 1 0 1 0 0 1CMI碼： 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0這種碼型有較多的電平躍變，因此含有豐富的定時(shí)信息。該碼已被CCITT推薦為PCM（脈沖編碼調(diào)制）四次群的接口碼型。在光纜傳輸系統(tǒng)中有時(shí)也用作線路傳輸碼型。6、 BPH碼BPH碼的全稱是數(shù)字雙相碼（Digital Biphase），又稱Manchester碼，即曼徹斯特碼。它是對(duì)每個(gè)二進(jìn)制碼分別利用兩個(gè)具有2個(gè)不同相位的二進(jìn)制新碼去取代的碼，編碼規(guī)則之一是：001（零相位的一個(gè)周期的方波）110（相位的一個(gè)周期的方波）例如：代碼：1 1 0 0 1 0 1雙相碼： 1 0 1

9、 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0雙相碼的特點(diǎn)是只使用兩個(gè)電平，這種碼既能提供足夠的定時(shí)分量，又無(wú)直流漂移，編碼過(guò)程簡(jiǎn)單。但這種碼的帶寬要寬些。（三）電路原理將信號(hào)源產(chǎn)生的NRZ碼和位同步信號(hào)BS送入U(xiǎn)1（EPM3064）進(jìn)行變換，可以直接得到各種單極性碼和各種雙極性碼的正、負(fù)極性編碼信號(hào)（因?yàn)镃PLD的IO口不能直接接負(fù)電平，所以只能將分別代表正極性和負(fù)極性的兩路編碼信號(hào)分別輸出，再通過(guò)外加電路合成雙極性碼），如HDB3碼的正、負(fù)極性編碼信號(hào)送入U(xiǎn)2（CD4051）的選通控制端，控制模擬開(kāi)關(guān)輪流選通正、負(fù)電平，從而得到完整的HDB3碼。解碼也同樣需要將雙極性的HDB3碼變換成分別代

10、表正極性和負(fù)極性的兩路信號(hào)，再送入CPLD進(jìn)行解碼，得到NRZ碼。其他雙極性碼的編、解碼過(guò)程相同。各編碼波形如圖15-2所示圖15-2 編碼波形五、 輸入、輸出點(diǎn)參考說(shuō)明1、 輸入點(diǎn)說(shuō)明NRZ：NRZ碼輸入點(diǎn)。BS：編碼時(shí)鐘輸入點(diǎn)。BSR：解碼時(shí)鐘輸入點(diǎn)。IN-A：正極性HDB3/AMI碼編碼輸入點(diǎn)。IN-B：負(fù)極性HDB3/AMI碼編碼輸入點(diǎn)。DIN1：正極性HDB3/AMI碼解碼輸入點(diǎn)。DIN2：負(fù)極性HDB3/AMI碼解碼輸入點(diǎn)。HDB3/AMI-IN：HDB3/AMI碼編碼輸入點(diǎn)。2、 輸出點(diǎn)說(shuō)明DOUT1：編碼輸出，由撥碼開(kāi)關(guān)S1控制編碼碼型。選擇AMI、HDB3碼型時(shí)，為正極性編碼

11、輸出。DOUT2：編碼輸出，由撥碼開(kāi)關(guān)S1控制編碼碼型。選擇AMI、HDB3碼型時(shí)，為負(fù)極性編碼輸出，選擇其它碼型時(shí)，無(wú)輸出。OUT-A：正極性HDB3/AMI碼解碼輸出點(diǎn)。OUT-B：負(fù)極性HDB3/AMI碼解碼輸出點(diǎn)。HDB3/AMI-OUT：HDB3/AMI碼編碼輸出點(diǎn)。NRZ-OUT：解碼輸出。六、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 CMI，RZ，BPH碼編解碼電路觀測(cè)1） 將信號(hào)源模塊和模塊6、7固定在主機(jī)箱上，將塑封螺釘擰緊，確保電源接觸良好。2） 通過(guò)模塊6上的撥碼開(kāi)關(guān)S1選擇碼型為CMI碼，即“00100000”。3） 信號(hào)源模塊上S4、S5都撥到“1100”，S1、S2、S3分別設(shè)為“01110

12、010”“01010101”“00110011”。4） 對(duì)照下表完成實(shí)驗(yàn)連線源端口目的端口連線說(shuō)明信號(hào)源：NRZ（8K）模塊6：NRZIN8KNRZ碼基帶傳輸信號(hào)輸入信號(hào)源：CLK2（8K）模塊6：BS提供編譯碼位時(shí)鐘模塊6：DOUT1模塊6：DIN1電平變換的編碼輸入A模塊6：DOUT1模塊7：DIN提取編碼數(shù)據(jù)的位時(shí)鐘。模塊7：BS模塊6：BSR提取的位時(shí)鐘給譯碼模塊* 檢查連線是否正確，檢查無(wú)誤后打開(kāi)電源5） 將模塊7的S2設(shè)置為“0111”6） 以 “NRZIN”為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀測(cè)編碼輸出“DOUT1”波形。7） 以 “NRZIN”為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器對(duì)比觀測(cè)解碼輸出“N

13、RZ-OUT”波形，觀察解碼波形與初始信號(hào)是否一致。8） 撥碼開(kāi)關(guān)S1選擇碼型為RZ碼（00010000）、BPH碼（00001000）重復(fù)上述步驟。 碼型為RZ時(shí)的圖形 碼型為BPH時(shí)的圖像比較9） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源。2、 AMI，HDB3碼編解碼電路觀測(cè)1) 通過(guò)模塊6上的撥碼開(kāi)關(guān)S1選擇碼型為AMI碼，即“01000000”。2) 將信號(hào)源S4、S5撥到“1100”，S1、S2、S3分別設(shè)為“01110010”“00011000”“01000011”。3) 對(duì)照下表完成實(shí)驗(yàn)連線：源端口目的端口連線說(shuō)明信號(hào)源：NRZ（8K）模塊6：NRZIN8KNRZ碼基帶傳輸信號(hào)輸入信號(hào)源：CLK2（8

14、K）模塊6：BS提供編譯碼位時(shí)鐘模塊6：HDB3/AMI-OUT 模塊7：輸入鎖相環(huán)法同步提取輸入模塊7：位同步輸出模塊6：BSR提取的位同步輸入模塊6：DOUT1模塊6：IN-A電平變換A路編碼輸入模塊6：DOUT2模塊6：IN-B電平變換B路編碼輸入模塊6：HDB3/AMI-OUT模塊6：HDB3/AMI-IN電平反變換輸入模塊6：OUT-A模塊6：DIN1電平反變換A路編碼輸出模塊6：OUT-B模塊6：DIN2電平反變換B路編碼輸出* 檢查連線是否正確，檢查無(wú)誤后打開(kāi)電源4) 模塊7的S2設(shè)置為“1000”。5) 以 “NRZIN”為內(nèi)觸發(fā)源，分別用雙蹤示波器觀測(cè)“DOUT1”，“DOUT2”，“HDB3/AMI-OUT”三點(diǎn)的波形。 圖DOUT1 圖DOUT2 圖HDB3/AMI-OUT6) 以 “NRZIN”為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀測(cè)“OUT-A”，“OUT-B”，“NRZ-OUT”三點(diǎn)的波形，觀察解碼波形與初始信號(hào)是否一致。 圖DOUTA 圖DOUTB 圖NRZ-OUT7) 通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)S1選擇碼型為HDB3碼（S1設(shè)置為“10000000”），重復(fù)上述步驟。 圖 DOUT1 圖DOUT2 圖HDB3/AMI-OUT 圖OUT-A 圖OUT-B 圖NRZ-OUT3、 將信號(hào)源模塊上的撥碼開(kāi)關(guān)S1，S2，S3全部撥為0或者全部撥為1，重復(fù)步驟1、2，觀察