实验四码型变换实验

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,实验四 码型变换实验,一、实验目的,1、了解几种常见的数字基带信号。,2,、,掌握常用数字基带传输码型的编码规则。,3、,掌握用,CPLD/FPGA,实现码型变换的方法。,1,二、实验内容,1、观察,NRZ,码、,RZ,码、,BRZ,码、,BNRZ,码、,AMI,码、,CMI,码、,HDB,3,码、,BPH,码的波形。,2、观察全0码或全1码时各码型的波形。,3、观察,HDB,3,码、,AMI,码、,BNRZ,码的正、负极性波形。,4、观察,NRZ,码、,RZ,码、,BRZ,码、,BNRZ,码、,AMI,码、,CMI,码、,HDB,3,码、,BPH,码经过码型反变换后的输出波形。,5、,自行设计码型变换电路，下载并观察输出波形。,2,三、实验器材,1、码型变换模块 1块,2、信号源模块 1块,3、 20,M,双踪示波器,1台,4、频率计（可选） 1台,5、,PC,机（可选） 1台,6、,连接线,若干,3,四、实验原理,编码规则：,4.1、NRZ/RZ,编码规则 4.2、,BNRZ/BRZ,编码规则,4.3、AMI,编码规则,4.4、HDB,3,编码规则,4.5、BPH,编码规则 4.6、,CMI,编码规则,电路原理： 4.7、,NRZ,电路原理 4.8、,BRZ/BNRZ,电路原理 4.9、,RZ/BPH/AMI,电路原理 4.10、,HDB,3,编码电路原理 4.11、,HDB,3,解码电路原理 4.12、,CMI,电路原理,4,4.1、,NRZ/RZ,编码规则,NRZ,码,NRZ,码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“,1,”和“,0,”，在整个码元期间电平保持不变。例如：,RZ,码,RZ,码的全称是单极性归零码，与,NRZ,码不同的是，发送“,1,”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。例如：,5,4.2、,BNRZ/BRZ,编码规则,BNRZ,码,BNRZ,码的全称是双极性不归零码，在这种二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和“0”。与单极性不归零码相同的是整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。例如：,BRZ,码,BRZ,码的全称是双极性归零码，与,BNRZ,码不同的是，发送,“,1,”,和,“,0,”,时，在整个码元期间高电平或低电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。例如：,6,4.3、,AMI,编码规则,AMI,码,AMI,码的全称是传号交替反转码，其编码规则如下：信息码中的“0”仍变换为传输码的“0”；信息码中的“1”交替变换为传输码的“+1、1、1、1、”。例如：,AMI,码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判断。译码时只需把,AMI,码经过全波整流就可以变为单极性码。由于其具有上述优点，因此得到了广泛应用。但该码有一个重要缺点，即当用它来获取定时信息时，由于它可能出现长的连,0,串，因而会造成提取定时信号的困难。,7,4.4、,HDB,3,编码规则,HDB,3,码,HDB,3,码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：将,4,个连,“,0,”,信息码用取代节,“,000,V,”,或,“,B00V,”,代替，当两个相邻,“,V,”,码中间有奇数个信息,“,1,”,码时取代节为,“,000,V,”,；,有偶数个信息,“,1,”,码（包括,0,个）时取代节为,“,B00V,”,，,其它的信息,“,0,”,码仍为,“,0,”,码，这样，信息码的,“,1,”,码变为带有符号的,“,1,”,码即,“,+1,”,或,“,1,”,。例如：,HDB,3,码中,“,1,”,、,“,B,”,的符号符合交替反转原则，而,“,V,”,的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻,“,V,”,码的符号又是交替反转的。,HDB,3,码的特点是明显的，它除了保持,AMI,码的优点外，还增加了使连,0,串减少到至多,3,个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。,HDB,3,码是,ITU-T,推荐使用的码之一。本实验电路只能对码长为,24,位的周期性,NRZ,码序列进行编码。,8,4.5、,BPH,编码规则,BPH,码,BPH,码的全称是数字双相码（,Digital Diphase,），,又叫分相码,(,Biphase,，,Split-phase),或曼彻斯特码（,Manchester,），,它是对每个二进制代码分别利用两个具有两个不同相位的二进制新码去取代的码；或者可以理解为用一个周期的方波表示“,1,”码，用该方波的反相来表示“,0,”码，其编码规则之一是：,0 01,（零相位的一个周期的方波）；,1 10（,相位的一个周期的方波）。例如：,BPH,码可以用单极性非归零码（,NRZ,）,与位同步信号的模二和来产生。双相码的特点是只使用两个电平，而不像前面二种码具有三个电平。这种码既能提取足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。但这种码的带宽要宽些。,9,4.6、,CMI,编码规则,CMI,码,CMI,码的全称是传号反转码，其编码规则如下：信息码中的,“,1,”,码交替用,“,11,”,和,“,00,”,表示，,“,0,”,码用,“,01,”,表示。例如：,这种码型有较多的电平跃变，因此，含有丰富的定时信息。该码已被,ITU-T,推荐为,PCM,四次群的接口码型。在光纤传输系统中有时也用,CMI,码作线路传输码型。,10,4.7、,NRZ,电路原理,将信号源产生的,NRZ,码和位同步信号,BS,送入,U900,（,EPM7128SLC84-15,）,进行变换，可以直接得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极性编码信号（因为,FPGA,的,I/O,口不能直接接负电平，所以只能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出，再通过外加电路合成双极性码），如,HDB,3,的正、负极性编码信号送入,U901,（,4051,）,的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平，从而得到完整的,HDB,3,码。解码时同样也需要先将双极性的,HDB,3,码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入,FPGA,进行解码，得到,NRZ,码。其它双极性码的编、解码过程相同。,NRZ,码,从信号源,“,NRZ,”,点输出的数字码型即为,NRZ,码，其产生过程请参考信号源工作原理。,11,4.8、,BRZ/BNRZ,电路原理,BRZ、BNRZ,码,将,NRZ,码和位同步信号,BS,分别送入双四路模拟开关,U902（4052）,的控制端作为控制信号，在同一时刻，,NRZ,码和,BS,信号电平高低的不同组合（00、01、10、11）将控制,U902,分别接通不同的通道，输出,BRZ,码和,BNRZ,码。,X,通道的4个输入端,X,0,、X,1,、X,2,、X,3,分别接5,V、GND、5V、GND，,在控制信号控制下输出,BRZ,码；,Y,通道的4个输入端,Y,0,、Y,1,、Y,2,、Y,3,分别接5,V、5V、5V、5V，,在控制信号控制下输出,BNRZ,码。解码时通过电压比较器,U907（LM339）,将双极性的,BRZ,和,BNRZ,码转换为两路单极性码，即双（极性）,单（极性）变换，再送入,U900,进行解码，恢复出原始的,NRZ,码。,12,4.9、,RZ/BPH/AMI,电路原理,RZ、BPH,码,这两种码型的编、解码方法与,BRZ、BNRZ,是一样的，但因为是单极性的码型，所以编、解码过程可以直接在,U900,中完成，在这里不再赘述。,AMI,码,由于,AMI,码是双极性的码型，所以它的变换过程分成了两个部分。首先，在,U900,中，将,NRZ,码经过一个时钟为,BS,的,JK,触发器后，再与,NRZ,信号相与后得到控制信号,AMIB,，,该信号与,NRZ,码作为控制信号送入单八路模拟开关,U905,（,4051,）,的控制端，,U905,的输出即为,AMI,码。解码过程与,BNRZ,码一样，也需先经过双,单变换，再送入,U900,进行解码。,13,4.10、,HDB,3,编码电路原理,HDB,3,编码,HDB,3,码的编、解码框图分别如图,4-1,、,4-2,所示，其编、解码过程与,AMI,码相同，这里不再赘述。,图,4-1,HDB,3,编码原理框图,14,4.11、,HDB,3,解码电路原理,HDB,3,解码,图,4-1,HDB,3,解码原理框图,15,4.12、,CMI,电路原理,CMI,码,由于是单极性波形，,CMI,码的编解码过程全部在,U900,中完成，其编码电路原理框图如图,4-3,所示：,图,4-3,CMI,编码原理框图,16,五、实验步骤,5.1、,将信号源模块、码型变换模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。,5.2、,插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的开关,POWER1,、,POWER2,，,对应的发光二极管,LED001,、,LED002,、,D900,、,D901,发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）。,5.3、,将信号源模块的拨码开关,SW101,、,SW102,设置为,00000101 00000000,，,SW103,、,SW104,、,SW105,设置为,01110 00101010,。按实验一的介绍，此时分频比千位、十位、个位均为,0,，百位为,5,，因此分频比为,500,，此时位同步信号频率应为,4,KHz,。,观察,BS,、,FS,、,2BS,、,NRZ,各点波形。,17,5.4、实验连线,5.4、,分别将信号源模块与码型变换模块上以下四组输入,/,输出点用连接线连接：,BS,与,BS,、,FS,与,FS,、,2BS,与,2,BS,、,NRZ,与,NRZ,。,观察码型变换模块上其余各点输出的波形。,5.5、,任意改变信号源模块上的拨码开关,SW103,、,SW104,、,SW105,的设置，以信号源模块的,NRZ,码为内触发源，用双踪示波器观察码型变换模块各点输出的波形。,5.6、,将信号源模块上的拨码开关,SW103,、,SW104,、,SW105,全部拨为,1,或全部拨为,0,，观察码型变换模块各点输出的波形。,5.7、,通信原理教材中阐述的编码原理自行设计其它码型变换电路，下载并观察各点波形。（选做）,18,六、输入输出点参考说明,6.1、,输入点说明,FS,：,帧同步信号输入点。,BS,：,位同步信号输入点。,2,BS,：,2,倍位同步频率方波信号输入点。,NRZ： NRZ,码输入点。,19,6.2、编码输出点说明,输出点说明（括号中的码元数为与信号源产生的,NRZ,相比延迟的码元数）,RZ:,编码输出点。,BPH,：,BPH,编码输出点。,CMI,：,CMI,编码输出点。,HDB,3,-1,：,HDB,3,编码正极性信号输出点。,HDB,3,-2,：,HDB,3,编码负极性信号输出点。,HDB,3,：,HDB,3,编码输出点。（八个半个码元）,BRZ-1,：,BRZ,编码单极性输出点。,BRZ,：,BRZ,编码输出点。,BNRZ-1,：,BNRZ,编码正极性信号输出点。（与,NRZ,反相）,BNRZ-2,：,BNRZ,编码负极性信号输出点。（与,NRZ,相同）。,BNRZ,：,BNRZ,编码输出点。,AMI-1： AMI,编码正极性信号输出点。,AMI-2：AMI,编码负极性信号输出点。,AMI：AMI,编码输出点。,20,6.3、解码输出点说明,输出点说明（括号中的码元数为与信号源产生的,NRZ,相比延迟的码元数）,ORZ：RZ,解码输出点。（一个半码元）,OBPH： BPH,解码输出点。（一个码元）,OCMI； CMI,解码输出点。（两个码元）,OBRZ： BRZ,解码输出点。（半个码元）,OBNRZ：BNRZ,解码输出点。（半个码元）,OAMI：AMI,解码输出点。（延迟极小不足半个码元）,OHDB,3,：HDB,3,解码输出点。（七个半个码元）,21,七、实验思考题,1、,在分析电路的基础上回答：为什么本实验,HDB,3,码编、解码电路只能在输入信号是码长为,24,位的周期性,NRZ,码时才能正常工作？,2、自行设计一个,HDB,3,码编码电路，画出电路原理图并分析其工作过程。,22,八、实验报告要求,1、,分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。,2、,根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，,并分析实验现象。,3、,对实验思考题加以分析，按照要求做出回答，,并尝试画出本实验的电路原理图。,4、写出完成本次实验后的心得体会。,23,