全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽-通信培訓(xùn)教程

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽——通信類(lèi)培訓(xùn)教程2011年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題參賽注意事項(xiàng)（1）2011年8月31日8:00競(jìng)賽正式開(kāi)始。本科組參賽隊(duì)只能在【本科組】題目中任選一題；高職高專(zhuān)組參賽隊(duì)在【高職高專(zhuān)組】題目中任選一題，也可以選擇【本科組】題目。（2）參賽隊(duì)認(rèn)真填寫(xiě)《登記表》內(nèi)容，填寫(xiě)好的《登記表》交賽場(chǎng)巡視員暫時(shí)保存。（3）參賽者必須是有正式學(xué)籍的全日制在校本、專(zhuān)科學(xué)生，應(yīng)出示能夠證明參賽者學(xué)生身份的有效證件（如學(xué)生證）隨時(shí)備查。（4）每隊(duì)嚴(yán)格限制3人，開(kāi)賽后不得中途更換隊(duì)員。（5）參賽隊(duì)必須在學(xué)校指定的競(jìng)賽場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)和制作，不得以任何方式與他人交流，包括教師在內(nèi)的非參賽隊(duì)員必須迴避，對(duì)違紀(jì)參賽隊(duì)取消評(píng)審資格。（6）2011年9月3日20:00競(jìng)賽結(jié)束，上交設(shè)計(jì)報(bào)告、制作實(shí)物及《登記表》，由專(zhuān)人封存。簡(jiǎn)易數(shù)字信號(hào)傳輸性能分析儀（E題）【本科組】（一）、任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字信號(hào)傳輸性能分析儀，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸性能測(cè)試；同時(shí)，設(shè)計(jì)三個(gè)低通濾波器和一個(gè)偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器用來(lái)模擬傳輸信道。簡(jiǎn)易數(shù)字信號(hào)傳輸性能分析儀的框圖如圖1所示。圖中，V1

和V1-clock

是數(shù)字信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)和相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)；V2

是經(jīng)過(guò)濾波器濾波后的輸出信號(hào)；V3是偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)信號(hào)；V2a

是V2

信號(hào)與經(jīng)過(guò)電容C的V3信號(hào)之和，作為數(shù)字信號(hào)分析電路的輸入信號(hào)；V4

和V4-syn

是數(shù)字信號(hào)分析電路輸出的信號(hào)和提取的同步信號(hào)。（二）、要求

1．基本要求（1）設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字信號(hào)發(fā)生器：

a）數(shù)字信號(hào)V1

為f1(x)=1+x

2

+x

3

+x

4

+x8的m序列，其時(shí)鐘信號(hào)為V1-clock；

b）數(shù)據(jù)率為10~100kbps，按10kbps步進(jìn)可調(diào)。數(shù)據(jù)率誤差絕對(duì)值不大于1％；

c）輸出信號(hào)為T(mén)TL電平。（2）設(shè)計(jì)三個(gè)低通濾波器，用來(lái)模擬傳輸信道的幅頻特性：

a）每個(gè)濾波器帶外衰減不少于40dB/十倍頻程；

b）三個(gè)濾波器的截止頻率分別為100kHz、200kHz、500kHz，截止頻率誤差絕對(duì)值不大于10％；

c）濾波器的通帶增益AF

在0.2~4.0范圍內(nèi)可調(diào)。（3）設(shè)計(jì)一個(gè)偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器用來(lái)模擬信道噪聲：

a）偽隨機(jī)信號(hào)V3

為f2(x)=1+x+x4

+x

5

+x

12的m序列；

b）數(shù)據(jù)率為10Mbps，誤差絕對(duì)值不大于1％；

c）輸出信號(hào)峰峰值為100mV，誤差絕對(duì)值不大于10%。（4）利用數(shù)字信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)V1-clock進(jìn)行同步，顯示數(shù)字信號(hào)V2a

的信號(hào)眼圖，并測(cè)試眼幅度。2．發(fā)揮部分（1）要求數(shù)字信號(hào)發(fā)生器輸出的V1

采用曼徹斯特編碼。（2）要求數(shù)字信號(hào)分析電路能從V2a

中提取同步信號(hào)V4-syn

并輸出；同時(shí)，利用所提取的同步信號(hào)V4-syn

進(jìn)行同步，正確顯示數(shù)字信號(hào)V2a

的信號(hào)眼圖。（3）要求偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)V3

幅度可調(diào)，V3

的峰峰值范圍為100mV~TTL電平。（4）改進(jìn)數(shù)字信號(hào)分析電路，在盡量低的信噪比下能從V2a

中提取同步信號(hào)V4-syn，并正確顯示V2a

的信號(hào)眼圖。（5）其他。三、說(shuō)明

1、在完成基本要求時(shí)，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的時(shí)鐘信號(hào)V1-clock

送給數(shù)字信號(hào)分析電路（圖1中開(kāi)關(guān)S閉合）；而在完成發(fā)揮部分時(shí)，V1-clock

不允許送給數(shù)字信號(hào)分析電路（開(kāi)關(guān)S開(kāi)）。

2、要求數(shù)字信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字信號(hào)分析電路各自制作一塊電路板。

3、要求V1、V1-clock、V2、V2a、V3

和V4-syn

信號(hào)預(yù)留測(cè)試端口。

4、基本要求（1）和（3）中的兩個(gè)m序列，根據(jù)所給定的特征多項(xiàng)式f1

(x)和f2

(x)，采用線(xiàn)性移位寄存器發(fā)生器來(lái)生。

5、基本要求（2）的低通濾波器要求使用模擬電路實(shí)現(xiàn)。

6、眼圖顯示可以使用示波器，也可以使用自制的顯示裝置。

7、發(fā)揮部分（4）要求的“盡量低的信噪比”，即在保證能正確提取同步信號(hào)V4-syn

前提下，盡量提高偽隨機(jī)信號(hào)V3

的峰峰值，使其達(dá)到最大，此時(shí)數(shù)字信號(hào)分析電路的輸入信號(hào)V2a

信噪比為允許的最低信噪比。四、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)解析：1.硬件設(shè)計(jì)

1.1可變時(shí)鐘源電路設(shè)計(jì)用單片機(jī)AT89S51控制由AD9851組成的DDS電路，產(chǎn)生頻率可變的方波，給m序列提供時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘源電路主要包括單片機(jī)AT89S51的最小系統(tǒng)、DDS電路、LCD12864顯示電路以及矩陣鍵盤(pán)電路。其中單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路與晶振電路。DDS模塊主要有AD9851及其外圍電路組成。可變時(shí)鐘源電路的系統(tǒng)框圖如圖1所示。4.1幅度調(diào)制的原理圖1可變時(shí)鐘源電路的系統(tǒng)框圖

從圖1中可以看出通過(guò)矩陣鍵盤(pán)向單片機(jī)AT89S51輸入所需信號(hào)源的頻率，單片機(jī)通過(guò)控制AD9851來(lái)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率的方波，并且通過(guò)LCD12864顯示屏把有關(guān)數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。1.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2所示。

AT89S51是一種低功耗，高性能COMS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k字節(jié)ISP的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元。含有6個(gè)中斷源，有片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。AT89S51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了ISP的在線(xiàn)下載功能，方便下載操作。從圖2中可以看出，復(fù)位電路由上電復(fù)位與按鍵復(fù)位兩個(gè)電路組成，電容C與電阻R2組成了上電復(fù)位電路。在接通電源瞬間，電容C3上的降壓很小，電阻R2上的電壓接近電源電壓，此時(shí)電容開(kāi)始充電，在電容充電的過(guò)程中RST端電壓逐漸下降，當(dāng)RST端的電壓小于某一數(shù)值后，單片機(jī)脫離復(fù)位狀態(tài)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的管腳RST的高電平有效時(shí)間大于10ms，CPU才會(huì)復(fù)位。所以電容盡量取大一點(diǎn)，使充電時(shí)間T=RC大于10ms。增加手動(dòng)復(fù)位按鍵是為了避免死機(jī)時(shí)無(wú)法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容C通過(guò)R1開(kāi)始放電。當(dāng)電容C放電結(jié)束后，RST端的電位由R1與R2分壓比決定。由于R1<<R2，因此RST為高電平，CPU處于復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容C開(kāi)始充電，RST端電位逐漸下降，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。R1的作用在于限制按鍵按下瞬間電容C3的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)按鍵觸電。晶振電路，是XTAL1與XTAL2處接的晶振（呈感性）與電容組成的并聯(lián)諧振回路，構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。振蕩器的頻率主要取決于晶振的振蕩頻率，一般晶體可在1.2～12MHz之間任選，電容C1、C2的值則有微調(diào)的作用，通常取30PF左右。單片機(jī)的31腳（/VPP）為片外程序存儲(chǔ)選用端。該引腳有效（低電平）時(shí)，只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則單片機(jī)上電或復(fù)位后選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)自帶的4K字節(jié)的存儲(chǔ)器空間已經(jīng)夠用，無(wú)需外部存儲(chǔ)器，所以使該引腳接高電平。1.1.2DDS電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的DDS電路如圖3所示。

從圖3中可以看出，DDS電路的主要元器件就是AD9851,AD9851可以產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的頻率和相位且可數(shù)字化編程的模擬正弦波輸出。此正弦波在其內(nèi)部可以轉(zhuǎn)化為方波成為設(shè)計(jì)所需的時(shí)鐘發(fā)生器。AD9851采用的高速內(nèi)核可接受32位頻率控制字，180MHz系統(tǒng)時(shí)鐘，分辨率0.04HZ。該AD9851包含一個(gè)特有的6×REFCLK倍乘器電路，因此無(wú)需高速外部晶振，可以采用30MHz晶振。

AD9851的外圍接著的30MHz的有源晶振，為AD9851提供時(shí)鐘信號(hào)。用單片機(jī)的P3.0控制單片機(jī)的WCLK腳，用P3.1控制FQUD腳，用P3.2控制RESET腳，單片機(jī)的P1數(shù)據(jù)口與AD9851的數(shù)據(jù)端口進(jìn)行通信。一般情況下，AD9851的IOUT管腳輸出可變頻率的正弦波，把IOUT與VINP短接，VOUTP與VOUTN都可以輸出頻率可變的方波，兩個(gè)方波的波形是反相的。DDS的電路中有兩個(gè)地，分別是數(shù)字地與模擬地，為了防止兩個(gè)地之間相互影響，中間接一個(gè)0?的電阻。

1.1.3顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路的顯示屏選用LCD12864C-2液晶顯示屏，該液晶顯示屏是一種內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64,內(nèi)置8192個(gè)16×16點(diǎn)漢字和128個(gè)16×8點(diǎn)ASCII字符集?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示。設(shè)計(jì)的LCD12864C-2電路如圖4所示。

圖4LCD12864C-2電路

從圖4中可以看出，顯示屏的IO口與單片機(jī)的P2口相接，顯示屏的三個(gè)控制端中RS與單片機(jī)的P3.5連接，RW與P3.6連接，E與P3.7連接。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R來(lái)調(diào)節(jié)顯示屏的亮度。19腳與20腳分別是顯示屏的背光的正極與負(fù)極，則分別接電源的正極（+5V）。1.2信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)

1.2.1m序列電路設(shè)計(jì)

m序列是由移位寄存器加反饋后形成的。m序列又叫偽隨機(jī)序列，是不能預(yù)先確定并且可以重復(fù)實(shí)現(xiàn)的序列。設(shè)計(jì)的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器是8級(jí)偽隨機(jī)序列，其本原多項(xiàng)式為f1(x)=1+x2+x3+x4+x8,m序列發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5m序列發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖

圖6m序列電路

1.2.2曼徹斯特碼發(fā)生器電路設(shè)計(jì)曼切斯特碼又稱(chēng)雙相碼,是用一個(gè)周期的正負(fù)對(duì)稱(chēng)方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”?！?”碼用“01”兩位碼表示，“1”碼用“10”兩位碼表示。如： 消息碼：11001

0

1

雙相碼：10100101100110

雙相碼波形是一種雙極性NRZ波形，只有極性相反的兩個(gè)電平。它在每個(gè)碼元間隔的中心點(diǎn)都存在電平跳變，所以含有豐富的位定時(shí)信息，且沒(méi)有直流分量，編碼過(guò)程也簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是占用帶寬加倍，使頻帶利用率降低。設(shè)計(jì)的曼切斯特碼電路如圖7所示。

圖7曼切斯特碼發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)原理圖

1.2.3偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)偽隨機(jī)信號(hào)仍為m序列，在此設(shè)計(jì)系統(tǒng)中作為噪聲與低通濾波器一起來(lái)模擬信道，其本原多項(xiàng)式為f2(x)=1+x+x4+x5+x12,是12級(jí)偽隨機(jī)碼序列發(fā)生器，偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。圖8偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖

圖9偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器電路從圖9可以看出，偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的10MHz的時(shí)鐘信號(hào)由FPGA電路產(chǎn)生，在FPGA平臺(tái)下，用數(shù)字鎖相環(huán)法做一個(gè)五分頻模塊[6]，F(xiàn)PGA芯片EP2C8Q208C8N的22腳接的是FPGA開(kāi)發(fā)板的50MHz的晶振。50MHz的方波經(jīng)過(guò)五分頻模塊后就可以轉(zhuǎn)換成題目要求的10MHz的時(shí)鐘信號(hào)。偽隨機(jī)信號(hào)的電路設(shè)計(jì)的原理與m序列的電路設(shè)計(jì)原理相同。

為了使偽隨機(jī)序列的輸出信號(hào)峰值為100mV~TTL電平，可使用AD7520對(duì)偽隨機(jī)信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)。AD7520是一個(gè)十位CMOS數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采用倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)，模擬開(kāi)關(guān)是CMOS型的，也同時(shí)集成在芯片上，但運(yùn)算放大器是外接的。偽隨機(jī)信號(hào)幅度可調(diào)電路的設(shè)計(jì)原理圖如圖10所示。

圖10偽隨機(jī)信號(hào)幅度可調(diào)電路的設(shè)計(jì)原理圖

1.3低通濾波器電路設(shè)計(jì)無(wú)源濾波器隨著負(fù)載的增大，通帶內(nèi)放大倍數(shù)將下降，通帶截止頻率會(huì)升高，即無(wú)源濾波器電路的通帶放大倍數(shù)及其截止頻率都隨著負(fù)載而變化，這不符合信號(hào)處理的要求。為了解決這個(gè)缺點(diǎn)在無(wú)源濾波器和負(fù)載之間加一級(jí)運(yùn)算放大器，由于運(yùn)算放大器的輸入電阻很大，輸出電阻趨近于0，帶負(fù)載能力大大提高。濾波器的截止頻率由RC的值確定，不受負(fù)載的影響而且運(yùn)放還有一定的電壓放大和緩沖作用；用放大器隔離輸入和輸出端，使之可使用多級(jí)串聯(lián)方式連接電路。根據(jù)頻率特性的基本知識(shí)可知，電路中RC環(huán)節(jié)越多，階數(shù)越高，過(guò)渡帶將越窄，濾波效果更理想。經(jīng)參閱有關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)巴特沃斯濾波器比較適合設(shè)計(jì)需要的濾波器設(shè)計(jì)的要求，巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是帶內(nèi)信號(hào)幅度比較平坦。

要求設(shè)計(jì)有三個(gè)濾波器，第一個(gè)濾波器的要求是100KHz處衰減為3dB，帶外衰減不少于40dB/十倍頻程，截止頻率誤差不大于10%，濾波器的通帶增益Af在2.0～4.0之間可調(diào)。此濾波器的陡度系數(shù)As=fs/fc=10，即在A(yíng)s為10時(shí)，帶外衰減至少為40db。巴特沃斯濾波器的2階濾波器可以達(dá)到題目要求。由于要求帶內(nèi)增益可調(diào)，所以在濾波器后面要加一個(gè)可調(diào)增益的運(yùn)放電路。巴特沃斯濾波器的單元模塊電路圖如圖11所示。

圖11巴特沃斯濾波器的單元模塊電路圖

該濾波器的兩個(gè)復(fù)數(shù)極點(diǎn)：α=0.5，β=0.866.所以，雙極點(diǎn)濾波器元件值為：

一階中電容值為：頻率變換系數(shù)：FSF=2∏fc=2×3.14×100000=6.28×107阻抗變換系數(shù)Z取1000；則

用分C01、C02、C03別代替上面的C1,C2,C3；1?電阻變換成1K?即可。同理，截止頻率為200K,500K的濾波器設(shè)計(jì)方法一樣，得出三種濾波器的電路圖為：

截止頻率fc=100kHz的濾波器電路圖如圖12所示。截止頻率fc=200kHz的濾波器電路圖如圖13所示。

圖13截止頻率fc=200kHz的濾波器電路圖

截止頻率fc=500kHz的濾波器電路圖如圖14所示。

圖14截止頻率fc=500kHz的濾波器電路圖

1.4數(shù)字信號(hào)分析電路設(shè)計(jì)

圖15數(shù)字鎖相環(huán)的原理框圖

數(shù)字鎖相環(huán)的原理框圖如圖15所示，它由高穩(wěn)定度振蕩器（晶振）、分頻器、相位比較器和控制器所組成。其中，控制器包括圖中的扣除門(mén)、附加門(mén)和或門(mén)。高穩(wěn)定度振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)整形電路變成周期性脈沖，然后經(jīng)控制器再送入分頻器，輸出位同步脈沖序列。

位同步脈沖的相位調(diào)整過(guò)程如圖16所示。

數(shù)字信號(hào)分析電路的原理圖如圖17所示。

圖17數(shù)字信號(hào)分析電路的原理圖

從圖17中可以看出此電路可以提取出曼切斯特碼中的同步信號(hào)，同步信號(hào)作為眼圖的顯示做準(zhǔn)備。該電路圖中從inclk輸入DDS電路產(chǎn)生的可變時(shí)鐘信號(hào)，從input輸入本地時(shí)鐘信號(hào)，本地時(shí)鐘信號(hào)是DDS時(shí)鐘信號(hào)的4倍。時(shí)鐘信號(hào)從inclk進(jìn)入，產(chǎn)生曼切斯特碼，然后進(jìn)入有超前模塊與滯后模塊組成的相位比較器。本地時(shí)鐘經(jīng)過(guò)脈沖變形電路后，轉(zhuǎn)換成窄脈沖，再分別經(jīng)過(guò)由或門(mén)和與門(mén)組成的扣除門(mén)、附加門(mén)，再經(jīng)過(guò)一個(gè)四分頻電路，產(chǎn)生的信號(hào)到相位比較器中進(jìn)行與接受碼元信號(hào)進(jìn)行比較，比較后再進(jìn)行扣除脈沖或者附加脈沖，最后從output端輸出提取的同步信號(hào)。圖18變換電路“DCFO”模塊電原理圖

變換電路“DCFO”模塊電原理如圖18所示。

“超前”脈沖成形電路“chaoqian”模塊電原理如圖19所示。

圖19“超前”脈沖成形電路“chaoqian”模塊電原理“滯后”脈沖成形電路“zhihou”模塊電原理如圖20所示。

圖20“滯后”脈沖成形電路“zhihou”模塊電原理1.5掃描信號(hào)的電路設(shè)計(jì)示波器顯示波形的原理是將被測(cè)信號(hào)Uy加到示波器的Y軸偏轉(zhuǎn)板上，同時(shí)產(chǎn)生一路鋸齒波信號(hào)Ux加到X軸偏轉(zhuǎn)板上。由于鋸齒波的電壓與時(shí)間是線(xiàn)性關(guān)系，示波器內(nèi)部的電子束在鋸齒波的信號(hào)作用下，將沿著水平方向勻速移動(dòng)，而Y軸偏轉(zhuǎn)板上的被測(cè)電壓信號(hào)使電子束上、下移動(dòng)，在X與Y兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板的共同作用下，熒光屏上電子束運(yùn)動(dòng)的軌跡就可以顯示出被測(cè)電壓信號(hào)Uy的波形。電子束在鋸齒波電壓的控制下不斷的從左到右沿X軸移動(dòng)，光點(diǎn)在熒光屏上的位置可通過(guò)調(diào)節(jié)Y軸和X軸兩個(gè)方向的位移來(lái)決定，當(dāng)掃描信號(hào)的周期是被測(cè)波形周期的整數(shù)倍時(shí)，將顯示出穩(wěn)定的波形，改變掃描信號(hào)的周期就可以實(shí)現(xiàn)波形的基本穩(wěn)定。

一般波形的顯示采用的是示波器的內(nèi)觸發(fā)。題目要求眼圖的顯示采用示波器的外觸發(fā)模式，并且只能使用示波器的顯示屏。眼圖的形成是利用示波器的余輝作用，掃描所得的每一個(gè)碼元波形重疊在一起。所以可以利用示波器的X-Y模式產(chǎn)生符合題目要求的眼圖。在X-Y的模式下，從CH1通道進(jìn)入的信號(hào)就到了示波器的X軸，從CH2通道進(jìn)入的信號(hào)就到了示波器的Y軸，用X軸的信號(hào)去掃描Y軸的信號(hào)。因此，在X-Y的模式下，把鋸齒波從CH1通道輸入，數(shù)字信號(hào)從CH2通道輸入，調(diào)節(jié)鋸齒波的掃描頻率，即可得到眼圖。眼圖的顯示需要鋸齒波作為掃描信號(hào)，m序列眼圖的掃描信號(hào)的做法是：采用AVR單片機(jī)產(chǎn)生占空比為90%的矩形波，此矩形波再經(jīng)過(guò)由運(yùn)算放大器組成的積分電路變換成頻率可變的鋸齒波，此鋸齒波可以當(dāng)做m序列的掃描信號(hào)。在示波器的X-Y模式下，將一定頻率的m序列輸入到示波器的CH2通道，將鋸齒波輸入到CH1通道，通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)鋸齒波的頻率，使鋸齒波的頻率與m序列的時(shí)鐘信號(hào)頻率相等，便可以觀(guān)察到眼圖。曼切斯特碼的眼圖的顯示：從曼切斯特碼中提取同步信號(hào)，由于此同步信號(hào)為占空比不為50%的矩形波，所以將其直接通過(guò)運(yùn)算放大器組成的積分電路就可以變換成需要的鋸齒波。在示波器的X-Y的模式下，將一定頻率的曼切斯特碼輸入到示波器的CH2通道，將用同步信號(hào)變換成的鋸齒波輸入到CH1通道，就可以直接顯示眼圖。在顯示眼圖的操作過(guò)程中不用動(dòng)示波器，滿(mǎn)足題目要求。矩形波變換成鋸齒波的電路采用集成運(yùn)算放大器做的積分電路，其電路的性能穩(wěn)定，帶負(fù)載能力強(qiáng)。鋸齒波產(chǎn)生電路原理圖如圖21所示。

圖21鋸齒波產(chǎn)生電路原理圖

圖21中，要將矩形波變換成鋸齒波，就要對(duì)矩形波的每半個(gè)周期分別進(jìn)行不同方向的積分運(yùn)算。因此，積分時(shí)間都等于t=T/2；假設(shè)要變換的波形為頻率為50kHz，幅度為2V的方波。則積分時(shí)間為由于UA741的最大輸出電壓U=10V,所以的值需要滿(mǎn)足

取積分電阻R=10K，所以積分電容為

圖21中Rf是積分漂移泄漏電阻，用來(lái)防止積分漂移所造成的飽和或截止現(xiàn)象，為了減少誤差，通常要求Rf=10R=100K；平衡電阻Rp=Rf//R=10K。所以得到如圖21的電路圖。分析計(jì)算過(guò)程知，積分時(shí)間的大小決定的是鋸齒波的幅度大小，設(shè)計(jì)對(duì)幅度無(wú)要求，即在RC不變的情況下，可以為不同頻率的方波做積分電路。實(shí)驗(yàn)證明，此電路圖可以積分的頻率達(dá)到10KHz—200KHz,超過(guò)這個(gè)頻率范圍，鋸齒波會(huì)失真，而這個(gè)頻率范圍滿(mǎn)足題目要求。2.軟件設(shè)計(jì)

2.1頻率可調(diào)時(shí)鐘源程序設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89S51控制由AD9851構(gòu)成的DDS電路產(chǎn)生10K～100k頻率可調(diào)的時(shí)鐘信號(hào)，用來(lái)給m序列提供時(shí)鐘信號(hào)。AD9851的原理公式為：

其中，N為頻率控制字的位數(shù)，其值為32，是系統(tǒng)時(shí)鐘,即180MHz，為頻率控制字，為輸出信號(hào)的頻率。

在DDS程序中，根據(jù)輸出的頻率，單片機(jī)把頻率控制字給AD9851，AD9851根據(jù)頻率控制字將需要的波形輸出。可調(diào)時(shí)鐘源的程序設(shè)計(jì)流程圖如圖21所示。

圖21可調(diào)時(shí)鐘源的程序設(shè)計(jì)流程圖2.2頻率可調(diào)矩形波程序