數(shù)字通信系統(tǒng)課程設計--ami碼的編碼和譯碼電路

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　1 AMI編譯碼系統(tǒng)設計方案選擇1</p><p>　　1.1 AMI編碼原理1</p><p>　　1.2 方案設計比較1</p><p>　　2系統(tǒng)電路模塊

2、設計3</p><p>　　2.1M序列發(fā)生器的設計3</p><p>　　2.2編碼電路的設計4</p><p>　　2.3譯碼電路的設計6</p><p>　　3完整電路及仿真9</p><p>　　3.1AMI編譯碼系統(tǒng)全圖9</p><p>　　3.2 7位M序列的AMI編譯

3、碼系統(tǒng)的仿真9</p><p>　　3.3 全1碼的AMI編譯碼系統(tǒng)仿真10</p><p>　　4硬件的焊接和調試11</p><p>　　4.1 AMI系統(tǒng)的PCB11</p><p>　　4.2 硬件電路的調試11</p><p><b>　　5心得體會12</b></p&

4、gt;<p><b>　　參考文獻13</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在基帶信號傳輸系統(tǒng)中，典型碼型有AMI、HDB3、CMI碼，使數(shù)字信息變換為適合于給定信道傳輸。AMI碼是一種三元碼，全稱是傳號交替反轉碼，主要由專用集成電路及與外圍中小規(guī)模集成芯片來實現(xiàn)。</p><

5、p>　　本次課設通過對AMI碼的編碼規(guī)則的理解和模數(shù)電知識的應用，用分立元器件設計電路實現(xiàn)AMI碼的編碼和譯碼電路，最后用multisim10.0對電路進行仿真，制作調試PCB電路板，從而完成系統(tǒng)設計。</p><p>　　關鍵詞：AMI；multisim10.0；編譯碼；PCB</p><p>　　1 AMI編譯碼系統(tǒng)設計方案選擇</p><p>　　在現(xiàn)代

6、數(shù)字通信系統(tǒng)中，常常用“0”和“1”表示二進制信號。數(shù)字基帶信號是數(shù)字信息的電脈沖表示．不同形式的基帶信號具有不同的頻譜結構，合理設計數(shù)字基帶信號碼型，以使數(shù)字信息變換為適合于給定信道傳輸特性的頻譜結構。</p><p>　　1.1 AMI編碼原理</p><p>　　AMI碼的全稱是傳號交替反轉碼，其編碼規(guī)則是將消息碼的信號“1”(空號)傳號交替的變換為“+1”和“-1”，而“0”空號保

7、持不變。如下表所示：</p><p><b>　　表1-1</b></p><p>　　AMI碼的對應波形是具有正、負、零三種電平的脈沖序列。它可以看成單極性波形的變形，即“0”仍對應零電平，而“1”交替對應正、負電平。</p><p>　　AMI的優(yōu)點：沒有直流成分，且高、低頻分量少，能量集中在頻率為1/2碼速處；編譯碼電路簡單，且可以利用傳

8、號極性交替這一規(guī)律觀察誤碼情況；如果他是AMI-RZ波形，接收后只要全波整流，就可變?yōu)閱螛O性RZ波形，從中可以提取位定時分量。鑒于上述優(yōu)點，AMI碼成為較常用的傳輸碼型之一。</p><p>　　AMI碼的缺點：當原信碼出現(xiàn)長連串“0”時，信號電平長時間不跳變，造成提取定時信號的困難。</p><p>　　1.2 方案設計比較</p><p>　　方案一：利用CD2

9、2103完成編譯碼及外圍電路構成同步提取及電壓極性轉換電路</p><p>　　CD22103主要由發(fā)送編碼和接收譯碼兩部分組成，工作速率為50kb/s－10Mb/s。在發(fā)送部分；當③腳接低電平時，編成AMI碼。接收部分：在譯碼時鐘CRX的上升沿作用下，將AMI碼譯成NRZ碼。</p><p>　　NRZ碼由移位寄存器和異或門搭建的m序列發(fā)生器產(chǎn)生．硬件電路主要基于集成芯片CD22103外

10、加少量外圍芯片來實現(xiàn)．該方案電路簡單，位同步提取容易。但是該芯片只具有編譯碼的功能，使用時需另配同步提取及電壓極性轉換電路，在市場上CD22103專用芯片很難購買，限制在本次課設中的使用。電路圖如圖所示：</p><p>　　圖1.2 采用CD22103的AMI編碼電路</p><p>　　方案二：采用D觸發(fā)器，JK觸發(fā)器，門電路，運放等分立元器件構成M序列發(fā)生器，AMI編碼器，AMI譯碼

11、器。本方案思路清晰，可以深入理解電路原理。本次課設選用方案二。</p><p>　　方案三：基于FPGA的統(tǒng)一位置判斷和極性判斷的的AMI編碼器，可以將誤碼檢測和位同步提取電路融入譯碼器芯片。消耗資源少，外圍電路簡單，但FPGA較貴，不宜平常使用。</p><p>　　2 系統(tǒng)電路模塊設計</p><p>　　2.1M序列發(fā)生器的設計</p><

12、p>　　M序列發(fā)生器的電路圖如下所示：</p><p>　　圖2.1.1 M序列發(fā)生器電路圖</p><p>　　M序列發(fā)生器由3個D觸發(fā)器級聯(lián)和若干門電路構成的帶線性反饋移位寄存器和一個時鐘信號源組成。假設從左到右的3個D觸發(fā)器的分別成為。若移位寄存器的初始狀態(tài)=(111)，移位一次后，移位寄存器輸出1，然后信號和信號相或產(chǎn)生一個新的輸入信號1，并產(chǎn)生一個新的輸入信號=(011)。

13、同理，下一次移位后新的狀態(tài)為=(101)，第三次移位后的狀態(tài)為=(010)，第四次移位后的狀態(tài)為=(001),第五次移位后的狀態(tài)為=(100)，第六次移位后的狀態(tài)為=(110)，第七次移位后的狀態(tài)為=（111）。通過七次移位，移位寄存器又返回到了初始狀態(tài)，這樣就產(chǎn)生了一個周期為7的序列，序列為1110100。M序列波形如下：</p><p>　　圖2.1.2 M序列發(fā)生器輸出波形</p><p

14、>　　2.2編碼電路的設計</p><p>　　編碼電路電路圖如下所示：</p><p>　　圖2.2.1 編碼電路圖</p><p>　　AMI編碼電路由一個JK觸發(fā)器構成的T觸發(fā)器，其中T觸發(fā)器逢1跳變，逢0保持；一級運放構成差分減法電路；基本RC低通濾波電路；末級運放構成的同向放大器電路。</p><p>　　與門U8A的一端與M

15、序列發(fā)生器的輸出端相連，另一端和與時鐘脈沖源相連，構成非歸零碼-歸零碼轉換器。M序列及其轉換的單極性歸零碼的波形如下所示：</p><p>　　圖2.2.2 M序列和單極性歸零碼</p><p>　　JK觸發(fā)器的輸入端與輸出端Q的波形如下所示:</p><p>　　圖2.2.3 JK觸發(fā)器的輸入端與輸出端Q的波形</p><p>　　JK觸發(fā)

16、器的JK端和與門U8A的輸出端相接，時鐘信號端通過非門U7A和時鐘脈沖源相連，JK觸發(fā)器的Q端口和Q’端口分別和與門U8B，U8C的一端相接，兩個與門U8B，U8C的另一端都和非歸零碼-歸零碼轉換器的輸出端相接，具體功能如下表所示：</p><p>　　表2-2 編碼電路的真值表(U8為與門)</p><p>　　每個電路的實際輸出波形如下所示：</p><p>　

17、　(1)單極性歸零碼與U8B與門輸出端的波形如下圖所示：</p><p>　　圖2.2.4 單極性歸零碼與U8B與門輸出端的波形</p><p>　　(2)單極性歸零碼與U8C與門輸出端的波形如下圖所示：</p><p>　　圖2.2.5 單極性歸零碼“1”信號轉換為交替的“1”、“0”</p><p>　　(3)差分相減后的波形，即AMI碼

18、為，如下圖所示：</p><p>　　圖2.2.6 AMI碼</p><p>　　2.3譯碼電路的設計</p><p>　　譯碼電路其實就是編碼電路的逆過程。首先將AMI碼還原成單極性歸零碼。將AMI碼流通過兩個二極管分別去掉負電平部分和正電平部分分別送入求差電路的兩個輸入端求差還原出原來的單極性歸零碼。</p><p>　　AMI碼轉換為單

19、極性歸零碼波形如下：</p><p>　　圖2.3.1 AMI碼轉換為單極性歸零碼</p><p>　　一部分輸入一個自同步電路，直接從信息碼元中提取碼元定時信息。自同步電路由電阻和電容構成的低通濾波電路和由運放和電阻電容組成的微分電路以及一個運放組成的放大電路組成。碼元定時信息送入抽樣判決器進行抽樣判決后得到一個比原脈沖延時一個碼元的信號脈沖,抽樣判決電路由一個D觸發(fā)器組成，抽樣判決器的

20、定時脈沖選擇4000HZ。</p><p>　　(1)單極性歸零碼通過自同步得到碼元定時信息波形如下：</p><p>　　圖2.3.2 自同步的輸入和定時信息</p><p>　　(1)抽樣脈沖與定時信息：</p><p>　　圖2.3.3 4K的抽樣脈沖與提取的定時信息</p><p>　　另一部分通過同相放大電路

21、放大后輸入一個D觸發(fā)器的D口，在由抽樣判決器產(chǎn)生的信號脈沖的作用下還原為原來的M序列。</p><p>　　將單極性歸零碼轉換為原來的M序列波形如下：</p><p>　　圖2.3.5單極性歸零碼轉換為原來的M序列波形</p><p>　　總的譯碼電路電路圖如下:</p><p>　　圖2.3.6 譯碼電路電路圖</p><

22、;p><b>　　3 總電路及仿真</b></p><p>　　3.1AMI編譯碼系統(tǒng)全圖</p><p>　　圖3.1 AMI編譯碼系統(tǒng)總圖</p><p>　　3.2 7位M序列的AMI編譯碼系統(tǒng)的仿真</p><p>　　將示波器的兩個探頭分別接到M序列的輸出端和編碼電路的輸出端，按下EWB工具欄右上角的I/

23、O開關，得到的仿真波形如下：</p><p>　　圖3.2.1 仿真波形1</p><p>　　將示波器的兩個探頭分別接到M序列發(fā)生器的輸出端和譯碼電路的輸出端。</p><p>　　按下EWB工具欄右上角的I/O開關，得到的仿真波形如下：</p><p>　　圖3.2.2 原M序列與譯碼輸出的M序列</p><p>

24、　　將示波器的兩個探頭分別接到AMI編碼電路和譯碼電路的輸出端。</p><p>　　按下EWB工具欄右上角的I/O開關，得到的仿真波形如下：</p><p>　　圖3.2.3 編碼輸出與譯碼輸出</p><p>　　3.3 全1碼的AMI編譯碼系統(tǒng)仿真</p><p>　　將開關切換到電源端，使AMI編碼端輸入系統(tǒng)為高電平，則編碼輸出如下所

25、示：</p><p>　　圖3.3.1 全1碼的編碼輸出 </p><p>　　4 硬件的焊接和調試</p><p>　　4.1 AMI系統(tǒng)的PCB</p><p>　　此次制作用到了74HC74芯片4個，74LS00芯片1個，74LS08芯片1個，74LS27芯片一個，UA741芯片6個及若干電阻電容。</p><p&g

26、t;　　基于模塊化的思想，我們將硬件分為3部分來制作，M序列發(fā)生器、編碼電路，譯碼電路，使用Altium Designer制作的PCB，如下圖所示：</p><p>　　圖4.1 AMI的系統(tǒng)PCB圖</p><p>　　4.2 硬件電路的調試</p><p>　　在調試前檢查導線的連接，發(fā)現(xiàn)有斷線，因為在轉印過程中，墨未能完全覆蓋導線，導致某些導線斷裂；調試M序列

27、時，發(fā)現(xiàn)時鐘信號的幅度不夠，未能得到M序列，后來加大幅度才得出M序列；在調試編譯碼電路時每一級信號衰減嚴重，不能很好地傳入下一級，只能加同向放大器進行補償。</p><p><b>　　5 心得體會</b></p><p>　　本次課設由分立元器件構成的AMI電路基礎知識主要是數(shù)電，模電知識；如運放構成的差分電路，觸發(fā)器構成的分頻電路和移位寄存器。需要重新翻看模電數(shù)電

28、，在學習AMI時，只知道它的特點和編碼原則和用編譯碼芯片完成編碼，并未對實際的分立電路做過分析。此次電路分析，需要我們綜合運用《通信原理》等課程的知識，從而對以前模電和數(shù)電的基礎電路的應用有了一個新的認識。</p><p>　　在這次課程設計中，學會了怎樣去根據(jù)課題的要求去設計電路和調試電路。動手能力得到很大的提高。從中發(fā)現(xiàn)并不能很好的熟練運用以前學過的電路知識，局限于以前所學的電路的應用，限制了自己的思維，并未

29、很好的應用。在以后學習中要加強對電路應用范圍的拓展。但由于電路比較簡單，可以找到基本電路進行改進。在進行參數(shù)計算時，定型分析、定量計算，元器件選擇等手段結合起來，掌握工程設計的步驟和方法。通過這種綜合訓練，可以掌握電路設計的基本方法，培養(yǎng)分析解決電路問題的能力，為以后畢業(yè)設計和從事電子實驗實際工作打下基礎。</p><p>　　認識到理論與實踐的區(qū)別，從實踐中再次學習原理，反饋到理論知識中加以認真，不要理論與實踐

30、相分離，實際的調試是與理論知識相結合的，不是孤立的；只有從本質上理解了原理，才能更好的應用于實踐。</p><p>　　每次課設都提升了團隊的凝聚力，提高相互合作的能力，在每次課設，提升了自己對各種仿真軟件的應用，如在使用Altium Designer時，在轉印PCB時，在有貼片封裝和直插式的封裝時，是否使用mirror鏡像轉印，需要由所畫的原理圖所決定。</p><p><b>

31、;　　參考文獻</b></p><p>　　[1]樊昌信,吳成柯.通信原理第五版.國防工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[2]曹志剛.現(xiàn)代通信原理與技術.清華大學出版社，2001</p><p>　　[3]錢亞生.現(xiàn)代通信原理.清華大學出版社，1994</p><p>　　[4]王興亮.通信系統(tǒng)原理教程.西安電子科技大學出