通信原理課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 概述1</b></p><p>　　1.1 AMI編碼簡(jiǎn)介及編碼原理1</p><p>　　1.2 AMI編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比較2</p><p>　　圖1.1 C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn) AMI編碼結(jié)果圖3</p>

2、<p>　　2 Multisim軟件簡(jiǎn)介4</p><p>　　3系統(tǒng)電路模塊設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 M序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.2編碼電路的設(shè)計(jì)與仿真7</p><p>　　3.3譯碼電路的設(shè)計(jì)與仿真8</p><p>　　4 電路仿真與分析11</p>

3、<p>　　4.1 編碼系統(tǒng)波形仿真11</p><p>　　4.2譯碼系統(tǒng)波形仿真11</p><p>　　5硬件焊接調(diào)試與結(jié)果分析14</p><p><b>　　6心得體會(huì)15</b></p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)16</b></p><p

4、>　　附錄一：AMI編譯碼系統(tǒng)整體電路圖17</p><p>　　附錄二：元件清單18</p><p>　　附錄三：AMI編譯碼系統(tǒng)實(shí)物圖19</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1 AMI編碼簡(jiǎn)介及編碼原理</p><p>　　數(shù)字通信系統(tǒng)中，基帶傳

5、輸用的較少，但是研究基帶傳輸仍然是有意義的。第一，基帶傳輸包含著數(shù)字通信系統(tǒng)的許多基本問(wèn)題，頻帶傳輸是基帶信號(hào)調(diào)制后再傳輸?shù)?，因此，頻帶傳輸也存在著基帶傳輸?shù)膯?wèn)題；第二，利用有線信道構(gòu)成的近程數(shù)字通信系統(tǒng)中廣泛采用這種傳輸方式；第三，如果把調(diào)制于解調(diào)看成是廣義信道的一部分，則任何數(shù)字傳輸系統(tǒng)均可等效為基帶傳輸系統(tǒng)，理論上也可以證明，任何一個(gè)采用線性調(diào)制的頻帶調(diào)制系統(tǒng)，總是可以由一個(gè)等效的基帶傳輸系統(tǒng)代替。</p><

6、p>　　在基帶信號(hào)的傳輸系統(tǒng)中，比較典型的傳輸碼型有AMI、HDB3、CMI等，AMI是一個(gè)比較有代表性的碼型。在系統(tǒng)的傳輸和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性的方面都有它的優(yōu)點(diǎn)，所以，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)的階段而言，在了解AMI碼的相關(guān)知識(shí)的前提下，，運(yùn)用仿真軟件設(shè)計(jì)一個(gè)AMI編譯碼的系統(tǒng)是具有實(shí)際的意義的。</p><p>　　AMI碼的全稱是傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼，其編碼規(guī)則是將消息碼的信號(hào)“1”（空號(hào)）傳號(hào)交替的變換為“+1”和“-1”

7、，而“0”空號(hào)保持不變。例如</p><p>　　AMI碼的對(duì)應(yīng)波形是具有正、負(fù)、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(duì)應(yīng)零電平，而“1”交替對(duì)應(yīng)正、負(fù)電平。</p><p>　　AMI碼的優(yōu)點(diǎn)是：沒(méi)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(jiǎn)單，且可以利用傳號(hào)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

8、可變?yōu)閱螛O性RZ波形，從中可以提取位定時(shí)分量。鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，AMI碼成為較常用的傳輸碼型之一。</p><p>　　AMI碼的缺點(diǎn)是：當(dāng)原信碼出現(xiàn)長(zhǎng)連串“0”時(shí)，信號(hào)電平長(zhǎng)時(shí)間不跳變，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。</p><p>　　由AMI 碼的編碼規(guī)則看出，它已從一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)序列變成了一個(gè)三進(jìn)制符號(hào)序列，即把一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)變換成一個(gè)三進(jìn)制符號(hào)。把一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)變換成一個(gè)三進(jìn)制符號(hào)所構(gòu)成的

9、碼稱為1B/1T 碼型。AMI 碼對(duì)應(yīng)的波形是占空比為0.5 的雙極性歸零碼，即脈沖寬度τ與碼元寬度（碼元周期、碼元間隔）TS 的關(guān)系是τ=0.5TS。</p><p>　　1.2 AMI編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比較</p><p>　　方案一：用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)AMI編碼</p><p>　　因?yàn)锳MI編譯碼系統(tǒng)的編碼規(guī)則較為簡(jiǎn)單，因此可以用C語(yǔ)言配合Visual C++ 軟

10、件實(shí)現(xiàn)AMI編碼，實(shí)現(xiàn)AMI編碼的C語(yǔ)言代碼如下：</p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#include<string.h></p><p><b>　　Main()</b></p><p>　　{char a[100];</p><p&

11、gt;　　int ami[100];</p><p>　　char*b =a;</p><p>　　int count=0,I,j=1;</p><p>　　printf(“please input:”);</p><p><b>　　get(a);</b></p><p>　　while(*b!

12、=’\0’)</p><p>　　{If(*b==’0’ || *b==’1’)</p><p>　　{b++;count++;}</p><p><b>　　Else{</b></p><p>　　Printf (“wrong input!!\n”);</p><p><b>　　Br

13、eak;}</b></p><p><b>　　}b=a;i=0;</b></p><p>　　While(*b!=’\0’)</p><p>　　{ if(*b==’0’)</p><p>　　{ami[i]=0;}</p><p><b>　　Else{</b>

14、;</p><p>　　Ami[i]=j;j=0-j;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　B++;i++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　For(i=0;i<count;i++

15、)</p><p>　　Printf(“%d\t”,ami[i]);</p><p>　　Printf(“\n ami轉(zhuǎn)換 XXX\n”);}</p><p>　　使用Visual C++調(diào)試的結(jié)果見下圖：</p><p>　　圖1.1 C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn) AMI編碼結(jié)果圖</p><p>　　方案二：采用硬件實(shí)現(xiàn)</p

16、><p>　　利用D觸發(fā)器，JK觸發(fā)器，門電路，運(yùn)算放大器等元件分別構(gòu)成AMI編譯碼系統(tǒng)中的M序列發(fā)生器，編碼系統(tǒng)，譯碼系統(tǒng)。</p><p><b>　　方案比較：</b></p><p>　　使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的編碼和使用硬件電路實(shí)現(xiàn)的方案原理相同，且C語(yǔ)言編寫較為簡(jiǎn)單，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)波形的仿真以及作為比較實(shí)用的系統(tǒng)模塊，而使用分離元件實(shí)現(xiàn)電路雖然難

17、度比較大，但是思路結(jié)構(gòu)比較清晰，對(duì)于電路原理的理解比較順暢，因此比較之下，本次課設(shè)中采用硬件實(shí)現(xiàn)的方法來(lái)做AMI編譯碼系統(tǒng).</p><p>　　2 Multisim軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　NI Multisim軟件是一個(gè)專門用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。作Windows 下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具，NI Multisim 是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。NI Multisi

18、m計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問(wèn)題。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái)，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。NI Multisim軟件絕對(duì)是電子學(xué)教學(xué)的首選軟件具。</p><p>　　(1)直觀的圖形界面 　　</p><p>　　整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀

19、器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來(lái)，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的； 　</p><p>　　(2)豐富的元器件 　　</p><p>　　提供了世界主流元件提供商的超過(guò)17000多種元件，同時(shí)能方便的對(duì)元件各種參數(shù)進(jìn)行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件。 　 &l

20、t;/p><p>　　(3)強(qiáng)大的仿真能力 　　</p><p>　　以SPICE3F5和Xspice的內(nèi)核作為仿真的引擎，通過(guò)Electronic workbench 帶有的增強(qiáng)設(shè)計(jì)功能將數(shù)字和混合模式的仿真性能進(jìn)行優(yōu)化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、電路向?qū)У裙δ堋?　　</p><p>　　(4)豐富的測(cè)試儀器 　　</p>

21、<p>　　提供了22種虛擬儀器進(jìn)行電路動(dòng)作的測(cè)量：Multimeter(萬(wàn)用表)、FunctionGeneratoer(函數(shù)信號(hào)發(fā)生器) 、Wattmeter(瓦特表)、Oscilloscope(示波器)、Bode Plotter(波特儀)、Word Generator(字符發(fā)生器）、Agilent Simulated Instruments(安捷倫仿真儀器)、Agilent Oscilloscope(安捷倫示波器)、Te

22、ktronix Simulated Oscilloscope(泰克仿真示波器)、Voltmeter(伏特表)、Ammeter(安培表)、Current Probe(電流探針) 、Lab VIEW Instrument(Lab VIEW儀器) 。這些儀器的設(shè)置和使用與真實(shí)的一樣，動(dòng)態(tài)互交顯示。除了Multisim提供的默認(rèn)的儀器外，還可以創(chuàng)建LabVIEW的自定義儀器，使得圖形環(huán)境中可以靈活地可升級(jí)地測(cè)試、測(cè)量及控制應(yīng)用程序的儀器。 　　

23、</p><p>　　(5)完備的分析手段 　　</p><p>　　Multisimt提供了許多分析功能：DC Operating Point Analysis（直流工作點(diǎn)分析 ）、AC Analysis（交流分析）、Transient Analysis（瞬態(tài)分析）、Fourier Analysis（傅里葉分析）、Noise Analysis（噪聲分析）、Distortion Analy

24、sis（失真度分析）、DC Sweep Analysis（直流掃描分析）、DC and AC Sensitvity Analysis（直流和交流靈敏度分析）、Parameter Sweep Analysis（參數(shù)掃描分析）、Temperature Sweep Analysis（溫度掃描分析）、Transfer Function Analysis（傳輸函數(shù)分析）、Worst Case Analysis（最差情況分析）、Pole Zero

25、Analysis（零級(jí)分析）。</p><p><b>　　3系統(tǒng)電路模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 M序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p>　　M序列發(fā)生器的電路圖如下所示： </p><p>　　圖3.1 M序列發(fā)生器電路</p><p>　　M序列發(fā)生器由3個(gè)D觸發(fā)器，一個(gè)3輸入與

26、非門，一個(gè)二輸入或門，一個(gè)二輸入異或門和一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)源組成，3個(gè)D觸發(fā)器通過(guò)級(jí)聯(lián)成了一個(gè)3位的移位寄存器，3位的移位寄存器和一個(gè)二輸入異或門一個(gè)二輸入或門，一個(gè)3輸入或非門一起構(gòu)成了一個(gè)帶線性反饋的移存器。</p><p>　　圖3.2 M序列發(fā)生器輸出波形</p><p>　　假設(shè)從左到右的3個(gè)D觸發(fā)器的分別成為a2,a1,a0。若移位寄存器的初始狀態(tài)為（a2,a1,a0）=（1，1，1

27、），則在移位一次的時(shí)候，移位寄存器輸出0，并產(chǎn)生一個(gè)新的輸入信號(hào)a2，a1，a0通過(guò)3輸入或非門異或后再和a2，a0疑或后的信號(hào)相或產(chǎn)生一個(gè)新的輸入信號(hào)1，新的狀態(tài)變?yōu)椋╝2,a1,a0）=（0，1，1），下一次移位后新的狀態(tài)為（a2,a1,a0）=（1，0，1），第三次移位后的狀態(tài)為（a2,a1,a0）=（1，1，0），第四次移位后的狀態(tài)為（a2,a1,a0）=(1,1,1),通過(guò)四次移位，移位寄存器又返回到了初始狀態(tài)，這樣就產(chǎn)生了一

28、個(gè)周期為4的序列，序列為11101110…。得到圖2.2的M序列波形。</p><p>　　3.2編碼電路的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　編碼電路電路圖如下所示：</p><p>　　3.3編碼部分電路圖</p><p>　　AMI編碼部分電路由一個(gè)JK觸發(fā)器、三個(gè)與門、一個(gè)非門、兩個(gè)運(yùn)算放大器放以及六個(gè)電阻和1個(gè)電容組成。</p&g

29、t;<p>　　第一個(gè)與門的一端和M序列發(fā)生器的輸出端相連接，另一端和M序列發(fā)生器連相同的時(shí)鐘脈沖源，它的主要作用是將非零碼轉(zhuǎn)為歸零碼，構(gòu)成非歸零碼-歸零碼轉(zhuǎn)換器。JK觸發(fā)器的JK端和第一個(gè)與門的輸出端相接，時(shí)鐘信號(hào)端通過(guò)一個(gè)非門和M序列發(fā)生器接相同的時(shí)鐘脈沖源，Q端口和Q’端口分別和一個(gè)與門的一端相接，兩個(gè)與門的另一端都和非歸零碼-歸零碼轉(zhuǎn)換器的輸出端相接，這部分電路的作用是將歸零消息碼的“1”信號(hào)變?yōu)榻惶娴摹?”、“1

30、”和交替的“1”、“0”分別輸出。第二和第三個(gè)與門的輸出端分別接入一個(gè)求差電路的兩端。將“0” 、“1”交替的歸零碼和“1”、“0”交替的歸零碼相減，得到了AMI碼。由于這樣得到的AMI碼中夾雜著沖擊信號(hào)，因此需要將添加電容進(jìn)行濾波。后面再加以同向放大電路作為緩沖。</p><p>　　3.3譯碼電路的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　譯碼電路其實(shí)就是編碼電路的逆過(guò)程。首先將AMI碼還原成單

31、極性歸零碼。將AMI碼流通過(guò)兩個(gè)二極管分別去掉負(fù)電平部分和正電平部分分別送入求差電路的兩個(gè)輸入端求差還原出原來(lái)的單極性歸零碼。一部分輸入一個(gè)自同步電路，直接從信息碼元中提取碼元定時(shí)信息。碼元定時(shí)信息送入抽樣判決器進(jìn)行抽樣判決后得到一個(gè)比原脈沖延時(shí)一個(gè)碼元的信號(hào)脈沖。</p><p>　　圖3.4 譯碼電路電路圖</p><p>　　另一部分通過(guò)同相放大電路放大后輸入一個(gè)D觸發(fā)器的D口，在由

32、抽樣判決器產(chǎn)生的信號(hào)脈沖的作用下還原為原來(lái)的M序列。自同步電路包括：一，由電阻和電容構(gòu)成的低通濾波電路、二，由運(yùn)算放大器和電阻、電容組成的微分電路。三，由一個(gè)運(yùn)算放大器組成的放大電路。抽樣判決電路由一個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，抽樣判決器的定時(shí)脈沖選擇4000HZ。 </p><p><b>　　4 電路仿真與分析</b></p><p>　　4.1 編碼系統(tǒng)波形仿真</

33、p><p>　　點(diǎn)擊仿真軟件中的電源開關(guān)后，等待仿真穩(wěn)定，將Multisim中虛擬示波器的兩個(gè)探頭分別接到AMI編碼電路和源碼電路的輸出端，得到的仿真輸出波形如下圖，可以看到，M序列及其轉(zhuǎn)換的AMI碼的波形如圖所示：序列1，1，1，0，1，1，1，0，1，…對(duì)應(yīng)的AMI編碼為1，-1，1，-1，0，1，-1，1，0，-1……。</p><p>　　圖4.1 M序列和AMI編碼</p>

34、;<p>　　4.2譯碼系統(tǒng)波形仿真</p><p>　　打開仿真軟件中的電源開關(guān)后，等待仿真穩(wěn)定，將Multisim中虛擬示波器的兩個(gè)探頭分別接到AMI譯碼電路和AMI編碼電路的輸出端，得到的仿真輸出波形如下圖：按下Multisim的開關(guān)后，可以得到穩(wěn)定的波形如上圖所示，AMI編碼序列1，-1，1，-1，0，1，-1，1，0，-1……解碼為：序列1，1，1，0，1，1，1，0，1，…。外圍電路的譯

35、碼在AMI1和AMI2輸出端口前均有非門，使得AMI1，AMI2和AMIA和AMIB反向，則在意碼電路上假如非門使其相反。經(jīng)過(guò)或門，全零才零的規(guī)則下，當(dāng)AMI1和AMI2輸入為“0”O(jiān)AMI就輸出“0”，符合AMI的編碼規(guī)則，故譯碼電路也成立。</p><p>　　圖4.2 AMI編碼還原為M序列</p><p>　　圖4.3 譯碼系統(tǒng)輸出與M序列輸出</p><p&g

36、t;　　5硬件焊接調(diào)試與結(jié)果分析</p><p>　　硬件焊接部分：基于模塊化的思想，我將整個(gè)AMI編譯碼系統(tǒng)分為3部分來(lái)制作，即：M序列發(fā)生器為一部分、編碼電路為一部分，譯碼電路為一部分，在焊接的過(guò)程中規(guī)劃好了布局以后，將這三部分分開焊接，焊接完畢后再進(jìn)行模塊之間的連接，成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，然后檢查了一下電路的完整性，以及有沒(méi)有比較明顯的錯(cuò)誤，布局有沒(méi)有需要改動(dòng)的地方。</p><p>

37、　　調(diào)試部分是在實(shí)驗(yàn)室和宿舍內(nèi)進(jìn)行的。調(diào)試的時(shí)候也參考模塊化的思想，對(duì)于三個(gè)模塊分別進(jìn)行調(diào)試，這樣出現(xiàn)了問(wèn)題的話容易找到出錯(cuò)之處，我們首先測(cè)試M序列發(fā)生器能否產(chǎn)生M序列，這一部分電路比較簡(jiǎn)單，所以比較快地調(diào)出了M序列，接下來(lái)我們調(diào)試編碼和譯碼部分，均在調(diào)試的過(guò)程中出現(xiàn)了小小的問(wèn)題，存在有元件之間忘記連接的問(wèn)題，芯片在底座上插反了方向，因?yàn)楹附娱g距太小導(dǎo)致電路出現(xiàn)了短路問(wèn)題等等，這些都是小問(wèn)題，經(jīng)過(guò)查找資料以及調(diào)整電路，最終完成了本系統(tǒng)的

38、調(diào)試。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)的AMI編譯碼系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了AMI編碼的編碼以及解碼，加深理解了其中的轉(zhuǎn)換過(guò)程，基本上符合本次課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了此次《通信原理》課程設(shè)計(jì)的目的。</p><p>　　實(shí)物圖和元件清單見附錄：</p><p><b>　　6心得體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)本次AM

39、I編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)，首先我對(duì)AMI編碼的編碼和譯碼有了更深的理解，同時(shí)通過(guò)對(duì)通信原理各方面知識(shí)的綜合應(yīng)用，我對(duì)《通信原理》這門課有了更深的理解，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中不僅要求對(duì)我們對(duì)AMI原理有一定的了解，更重要的培養(yǎng)我們解決設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題的能力。同時(shí)對(duì)我們的動(dòng)手能力也有了一定的鍛煉。</p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)之前，我對(duì)課本知識(shí)僅知道了其表面，而不知其原因。在設(shè)計(jì)中也使我對(duì)一些概念有了更深刻的認(rèn)識(shí)。通

40、過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我除了學(xué)會(huì)一些專業(yè)知識(shí)外，還學(xué)會(huì)了發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的能力。在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，要冷靜的找出問(wèn)題，然后通過(guò)查閱書本或資料，找到解決問(wèn)題的方法，這對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的好處。</p><p>　　比較深刻的體會(huì)是：通過(guò)在參考書上查找資料，向同學(xué)請(qǐng)教，上網(wǎng)查找資料，進(jìn)一步加深了對(duì)問(wèn)題的理解，也對(duì)課程設(shè)計(jì)中可能會(huì)出現(xiàn)的一些問(wèn)題做了一定的準(zhǔn)備，因此問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，不致于手足無(wú)措，得以很快地把問(wèn)題解決。</

41、p><p>　　總的來(lái)說(shuō)，因?yàn)檫@次課程設(shè)計(jì)，以后碰到與AMI編譯碼系統(tǒng)的相關(guān)的問(wèn)題，相信可以找到比較好的解決方案。</p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 樊昌信.通信原理第六版.國(guó)防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[2] 曹志剛.現(xiàn)代通信原理技術(shù).清華大學(xué)出版社，2001<

42、;/p><p>　　[3] 錢亞生.現(xiàn)代通信原理.清華大學(xué)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(xué)出版社，2007</p><p>　　[5] 沈振元.通信系統(tǒng)原理.西安電子科技大學(xué)出版社，1993</p><p>　　[6] 廖裕平，陸瑞強(qiáng).CPLD數(shù)字電路設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社，2001年10月&