通信原理课程设计数字通信系统课程设计.doc

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1、目录摘要I1 AMI编译码系统设计方案选择11.1 AMI编码原理11.2 方案设计比较12系统电路模块设计32.1M序列发生器的设计32.2编码电路的设计42.3译码电路的设计63完整电路及仿真93.1AMI编译码系统全图93.2 7位M序列的AMI编译码系统的仿真93.3 全1码的AMI编译码系统仿真104硬件的焊接和调试114.1 AMI系统的PCB114.2 硬件电路的调试115心得体会12参考文献13摘要在基带信号传输系统中，典型码型有AMI、HDB3、CMI码，使数字信息变换为适合于给定信道传输。AMI码是一种三元码，全称是传号交替反转码，主要由专用集成电路及与外围中小规模集成芯片

2、来实现。本次课设通过对AMI码的编码规则的理解和模数电知识的应用，用分立元器件设计电路实现AMI码的编码和译码电路，最后用multisim10.0对电路进行仿真，制作调试PCB电路板，从而完成系统设计。关键词：AMI；multisim10.0；编译码；PCB1 AMI编译码系统设计方案选择在现代数字通信系统中，常常用“0”和“1”表示二进制信号。数字基带信号是数字信息的电脉冲表示不同形式的基带信号具有不同的频谱结构，合理设计数字基带信号码型，以使数字信息变换为适合于给定信道传输特性的频谱结构。1.1 AMI编码原理AMI码的全称是传号交替反转码，其编码规则是将消息码的信号“1”(空号)传号交替

3、的变换为“+1”和“-1”，而“0”空号保持不变。如下表所示：表1-1消息码0111010100110011AM码0-1+1-10+10-100+1-100+1-1AMI码的对应波形是具有正、负、零三种电平的脉冲序列。它可以看成单极性波形的变形，即“0”仍对应零电平，而“1”交替对应正、负电平。AMI的优点：没有直流成分，且高、低频分量少，能量集中在频率为1/2码速处；编译码电路简单，且可以利用传号极性交替这一规律观察误码情况；如果他是AMI-RZ波形，接收后只要全波整流，就可变为单极性RZ波形，从中可以提取位定时分量。鉴于上述优点，AMI码成为较常用的传输码型之一。AMI码的缺点：当原信码出

4、现长连串“0”时，信号电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。1.2 方案设计比较方案一：利用CD22103完成编译码及外围电路构成同步提取及电压极性转换电路CD22103主要由发送编码和接收译码两部分组成，工作速率为50kb/s10Mb/s。在发送部分；当脚接低电平时，编成AMI码。接收部分：在译码时钟CRX的上升沿作用下，将AMI码译成NRZ码。NRZ码由移位寄存器和异或门搭建的m序列发生器产生硬件电路主要基于集成芯片CD22103外加少量外围芯片来实现该方案电路简单，位同步提取容易。但是该芯片只具有编译码的功能，使用时需另配同步提取及电压极性转换电路，在市场上CD22103专用芯片很难

5、购买，限制在本次课设中的使用。电路图如图所示：图1.2 采用CD22103的AMI编码电路方案二：采用D触发器，JK触发器，门电路，运放等分立元器件构成M序列发生器，AMI编码器，AMI译码器。本方案思路清晰，可以深入理解电路原理。本次课设选用方案二。方案三：基于FPGA的统一位置判断和极性判断的的AMI编码器，可以将误码检测和位同步提取电路融入译码器芯片。消耗资源少，外围电路简单，但FPGA较贵，不宜平常使用。2 系统电路模块设计2.1M序列发生器的设计M序列发生器的电路图如下所示：图2.1.1 M序列发生器电路图M序列发生器由3个D触发器级联和若干门电路构成的带线性反馈移位寄存器和一个时钟

6、信号源组成。假设从左到右的3个D触发器的分别成为。若移位寄存器的初始状态=(111)，移位一次后，移位寄存器输出1，然后信号和信号相或产生一个新的输入信号1，并产生一个新的输入信号=(011)。同理，下一次移位后新的状态为=(101)，第三次移位后的状态为=(010)，第四次移位后的状态为=(001),第五次移位后的状态为=(100)，第六次移位后的状态为=(110)，第七次移位后的状态为=（111）。通过七次移位，移位寄存器又返回到了初始状态，这样就产生了一个周期为7的序列，序列为1110100。M序列波形如下：图2.1.2 M序列发生器输出波形2.2编码电路的设计编码电路电路图如下所示：图

7、2.2.1 编码电路图AMI编码电路由一个JK触发器构成的T触发器，其中T触发器逢1跳变，逢0保持；一级运放构成差分减法电路；基本RC低通滤波电路；末级运放构成的同向放大器电路。与门U8A的一端与M序列发生器的输出端相连，另一端和与时钟脉冲源相连，构成非归零码-归零码转换器。M序列及其转换的单极性归零码的波形如下所示：图2.2.2 M序列和单极性归零码JK触发器的输入端与输出端Q的波形如下所示:图2.2.3 JK触发器的输入端与输出端Q的波形JK触发器的JK端和与门U8A的输出端相接，时钟信号端通过非门U7A和时钟脉冲源相连，JK触发器的Q端口和Q端口分别和与门U8B，U8C的一端相接，两个与

8、门U8B，U8C的另一端都和非归零码-归零码转换器的输出端相接，具体功能如下表所示：表2-2 编码电路的真值表(U8为与门)U8B(in)11110100U8B(in)21010010U8B(out) 1010000U8C(in)11110100U8C(in)20101100U8C(out)0100100差分相减1-110-100每个电路的实际输出波形如下所示：(1)单极性归零码与U8B与门输出端的波形如下图所示：图2.2.4 单极性归零码与U8B与门输出端的波形(2)单极性归零码与U8C与门输出端的波形如下图所示：图2.2.5 单极性归零码“1”信号转换为交替的“1”、“0”(3)差分相减后

9、的波形，即AMI码为，如下图所示：图2.2.6 AMI码2.3译码电路的设计 译码电路其实就是编码电路的逆过程。首先将AMI码还原成单极性归零码。将AMI码流通过两个二极管分别去掉负电平部分和正电平部分分别送入求差电路的两个输入端求差还原出原来的单极性归零码。AMI码转换为单极性归零码波形如下：图2.3.1 AMI码转换为单极性归零码一部分输入一个自同步电路，直接从信息码元中提取码元定时信息。自同步电路由电阻和电容构成的低通滤波电路和由运放和电阻电容组成的微分电路以及一个运放组成的放大电路组成。码元定时信息送入抽样判决器进行抽样判决后得到一个比原脉冲延时一个码元的信号脉冲,抽样判决电路由一个D

10、触发器组成，抽样判决器的定时脉冲选择4000HZ。(1)单极性归零码通过自同步得到码元定时信息波形如下：图2.3.2 自同步的输入和定时信息(1)抽样脉冲与定时信息：图2.3.3 4K的抽样脉冲与提取的定时信息另一部分通过同相放大电路放大后输入一个D触发器的D口，在由抽样判决器产生的信号脉冲的作用下还原为原来的M序列。将单极性归零码转换为原来的M序列波形如下：图2.3.5单极性归零码转换为原来的M序列波形总的译码电路电路图如下:图2.3.6 译码电路电路图3 总电路及仿真3.1AMI编译码系统全图图3.1 AMI编译码系统总图3.2 7位M序列的AMI编译码系统的仿真将示波器的两个探头分别接到

11、M序列的输出端和编码电路的输出端，按下EWB工具栏右上角的I/O开关，得到的仿真波形如下：图3.2.1 仿真波形1将示波器的两个探头分别接到M序列发生器的输出端和译码电路的输出端。按下EWB工具栏右上角的I/O开关，得到的仿真波形如下：图3.2.2 原M序列与译码输出的M序列将示波器的两个探头分别接到AMI编码电路和译码电路的输出端。按下EWB工具栏右上角的I/O开关，得到的仿真波形如下：图3.2.3 编码输出与译码输出3.3 全1码的AMI编译码系统仿真将开关切换到电源端，使AMI编码端输入系统为高电平，则编码输出如下所示：图3.3.1 全1码的编码输出 4 硬件的焊接和调试4.1 AMI系

12、统的PCB此次制作用到了74HC74芯片4个，74LS00芯片1个，74LS08芯片1个，74LS27芯片一个，UA741芯片6个及若干电阻电容。基于模块化的思想，我们将硬件分为3部分来制作，M序列发生器、编码电路，译码电路，使用Altium Designer制作的PCB，如下图所示：图4.1 AMI的系统PCB图4.2 硬件电路的调试在调试前检查导线的连接，发现有断线，因为在转印过程中，墨未能完全覆盖导线，导致某些导线断裂；调试M序列时，发现时钟信号的幅度不够，未能得到M序列，后来加大幅度才得出M序列；在调试编译码电路时每一级信号衰减严重，不能很好地传入下一级，只能加同向放大器进行补偿。5

13、心得体会本次课设由分立元器件构成的AMI电路基础知识主要是数电，模电知识；如运放构成的差分电路，触发器构成的分频电路和移位寄存器。需要重新翻看模电数电，在学习AMI时，只知道它的特点和编码原则和用编译码芯片完成编码，并未对实际的分立电路做过分析。此次电路分析，需要我们综合运用通信原理等课程的知识，从而对以前模电和数电的基础电路的应用有了一个新的认识。在这次课程设计中，学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大的提高。从中发现并不能很好的熟练运用以前学过的电路知识，局限于以前所学的电路的应用，限制了自己的思维，并未很好的应用。在以后学习中要加强对电路应用范围的拓展。但由于电

14、路比较简单，可以找到基本电路进行改进。在进行参数计算时，定型分析、定量计算，元器件选择等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法。通过这种综合训练，可以掌握电路设计的基本方法，培养分析解决电路问题的能力，为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。认识到理论与实践的区别，从实践中再次学习原理，反馈到理论知识中加以认真，不要理论与实践相分离，实际的调试是与理论知识相结合的，不是孤立的；只有从本质上理解了原理，才能更好的应用于实践。每次课设都提升了团队的凝聚力，提高相互合作的能力，在每次课设，提升了自己对各种仿真软件的应用，如在使用Altium Designer时，在转印PCB时，在有贴片封装和直插式的封装时，是否使用mirror镜像转印，需要由所画的原理图所决定。参考文献1樊昌信,吴成柯.通信原理第五版.国防工业出版社，20032曹志刚.现代通信原理与技术.清华大学出版社，20013钱亚生.现代通信原理.清华大学出版社，19944王兴亮.通信系统原理教程.西安电子科技大学出版社，20075沈振元.通信系统原理.西安电子科技大学出版社，1993