数字信源课程设计

1、1 课程设计的目的这次课程设计的任务是完成一个数字通信信源的设计与验证。信源指标要求：信源长度为32位，发出信号前8位为群同步码，后24位为数字信源；信源速率为256bit/s。采用模块化设计方法进行系统设计。最后必须进行系统仿真和硬件设计。通过这次设计主要达到以下目的：(1 加强对通信原理理论知识的理解，了解数字通信的基本过程，熟悉信源的原理以及在通信系统中的作用;(2 在掌握通信电路知识的基础之上，提高模拟与数字电路的设计能力，提高通信电路设计能力，掌握通信电路的调试方法;(3 熟悉掌握与本次设计相关的芯片知识，了解其相关的资料; (4 提高查阅资料的能力。2 理论知识介绍数字通信传输的信

2、号是“离散”或数字的，这使得数字通信系统有许多不同于模拟系统的特点。数字通信系统的基本框图如下： 图2.1 数字通信系统基本方框图从中可以看出数字通信系统的终端为信息源，在通信系统中具有重要的作用。数字基带信号源广泛应用于各种数字通信场合, 用来实现信道的复用, 有效传输数字信息。数字信号源是整个数字信号传输系统的发终端, 其逻辑功能包括：(1 接收来自信号输入的信息, 预设置所传输的信号和信号所伴随的标志; (2对输入的频率进行分频;(3对输入的并行信号转换成串行输出信号。由于数字通信系统传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号单元，即码元，因而在接收端必须按与发送端相同的节拍进行接收，否则，

3、会因收发节拍不一致而导致接收性能变差。此外，为了表述消息的内容，基带信号都是按消息内容进行编组的，因此，编组的规律在收发之间也必须一致。在数字通信中，称节拍一致为“位同步”，称编组一致为“帧同步”。在时分复用通信系统中，为了正确地传输信息，必须在信息码流中插入一定数量的帧同步码，它可以是一组特定的码组，也可以是特定宽度的脉冲，可以集中插入，也可以分散插入。集中式插入法也称为连贯式插入法，即在每帧数据开头集中插入特定码型的帧同步码组，这种帧同步法只适用于同步通信系统，需要位同步信号才能实现。适合做帧同步码的特殊码组很多，对帧同步码组的要求是它们的自相关函数尽可能尖锐，便于从随机数字信息序列中识别

4、出这些帧同步码组，从而准确定位一帧数据的起始时刻。由于这些特殊码组123, , ,., n x x x x 是一个非周期序列或有限序列，在求它的自相关函数时，除了在时延j 0的情况下，序列中的全部元素都参加相关运算外，在j 0的情况下，序列中只有部分元素参加相关运算，其表示式为-=+=j n i j i i x x j R 1(通常把这种非周期序列的自相关函数称为局部自相关函数。对同步码组的另一个要求是识别器应该尽量简单。目前，一种常用的帧同步码组是巴克码。本系统产生NRZ 信号为集中插入帧同步码时分复用信号, 信号码速率为256KB, 按实际要求, 帧结构如图2.2所示, 帧长为32位, 其

5、中首位无定义, 第2位到第8位是帧同步码(7 位巴克码1110010 ,另外24位为3路数据信号, 每路8位。 图2.2 帧结构3 信源的设计本信号源系统由分频器, 并行码产生器, 多路选择器等几部分组成, 其原理方框图如图3.1所示, 并行码产生器产生4路并行码, 每路八位, 其中可将第一路并行码设置为×1110010, 作为帧同步码, 另外两路为两路数字信息. 分频器产生32个时序, 这里我们选取晶振频率为4MHZ, 经过分频器分频后产生不同频率的信S1,S2,S3,S4,S5, 作为多路选择器的地址选通信号, 通过八选一选择器后将八位并行码转换为串行码, 然后经过四选一选择器将

6、四路串行码转换为一路以32位为周期的串行信号。 图3.1 原理方框图3.1 分频器在设计中, 我们采用单片机80C52，利用其输入输出端口P1和定时/计数器且主要是借助汇编语言程序设计来实现分频的功能。单片机采用内部部振荡的方式，晶体振荡频率为4MHz ，其内部振荡接线方式如图3.2所示。其中电容c 1，c 2起稳定振荡频率、快速起振的作用。汇编程序如下：ORG 0000HLOOP: MOV P1,#00H NEXT: MOV TMOD,#00HMOV TH1,#0CH MOV TL1,#77H SETB TR1 AGA: JBC TF1,SHI SJMP AGA SHI: INC P1 MO

7、V A,P1CJNE A,#20H,NEXT SJMP LOOP END首先使定时/计数器方式控制寄存器TMOD 为#00H，即使定时/计数器1工作在方式0，为定时功能，为13位计数方式。向计数1寄存器的TH 1、TL2放入计数初值。将TR1置位，使计数器1启动工作。当到了预置定时时间时，TF1产生中断，P1加一，P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5分别输出频率为128Hz 、64Hz 、32Hz 、16Hz 、8Hz 的方波。即满足频率要求。 图3.2 内部振荡电路3.2 八选一选择器采用8路数据选择器74LS151，它内含了8路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器，其真值表如表

8、1-1所示。U1、U2、U3和U4的地址信号输入端A 、B 、C 并连在一起并分别接单片机的P1.1、P1.2、P1.3端口，它们的8个数据信号输入端x0 x7分别由4个拨码开关K1、K2、K3、K4输出的8个并行信号连接。由表1-1可以分析出U1、U2、U3和U4 输出信号都是码速率为256bit s 、以8位为周期的串行信号。 图3.3 A、B 、C 输入波形3.3 四选一四选一电路原理同八选一电路原理。P1.4、P1.5信号分别输入到U5的地址端A 和B ，地址C 接地。U1、U2、U3和U4输出的4路串行信号分别输入到U8的数据端x0、x1、x2、x3，U5的输出端即是一个码速率为25

9、6bit s 的4路时分复用信号，此信号为单极性不归零信号（NRZ ）。4 芯片介绍本次设计原理图中有两个主要芯片，包括单片机80C52和选择器74LS151。4.1 74LS151数据选择器的功能为从多路输入中选择一路输出。根据输入端的个数分为四选一、八选一等等。其功能相当于一个单刀多掷开关。74LS151为八选一数据选择器。其芯片的基本管脚图4.1。 图4.1 74LS151管脚图S0、S1、S2为地址输入端，提供信息一选择哪一位输出。I0、I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7为输8位入端。Z 为输出端，它为由地址端选择的输入端的其中之一。真值表如表4.1。表4.1 74LS151真值

10、表 从表中可看到，被选择的输入端xn 为由地址端A 、B 、C 组合的二进制的值，即n=（CBA ）10，在芯片工作时，E 为低电平0。如果E 为高电平，输入无效，输出Z 始终为低电平。4.2 单片机80C52单片机是在一块芯片中集成了CPU 、RAM 、ROM 、定时计数器和多功能I O 等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又成为MCU 。80C52包括下列几个部件： 一个8位CPU ； 一个片内振荡器及时钟电路 4KB ROM程序存储器； 128 B RAM数据存储器； 可寻址64KB 外部数据存储器和64KB 外部程序存储空间的控制电路； 32条可编程的I O 线（4个8为并行

11、I O 端口）； 两个16位的定时计数器； 一个可编程全双工串行口； 5个中断源、两个优先级嵌套中断结构。计算机对外设进行数据操作时，外设的数据是不能直接接到CPU 的数据线上的，必须经过接口，单片机内部有P1、P2、P3、P4四个8位双向I O 端口，一般外设可以直接连接于这几个口线上，无需另加接口芯片。其中P1口为可编程的输入输出口线。单片机有2个定时计数器，为可编程的定时计数器，它是硬件定时，又能很容易地通过软件来确定和改变它的定时值，通过初始化编程，能够满足各种不同的定时和计数要求。定时计数器T1由寄存器TH1、TL1组成，定时计数器T0由寄存器TH0、TL0组成，在特殊功能寄存器中占

12、用地址8A H 8DH 。它们用于存放定时或计数的初始值。此外，内部还有一个8位的方式寄存器TMOD 和一个8位的控制寄存器TCON ，用于选择和控制定时计数器的工作。其方式字如下所示： 表4.3 TCON方式控制字 TMOD 中M1M0=00时，定时计数器工作在方式0。为13位定时计数方式，由TH 提供高8位、TL 提供低5位的计数初值（TL 的高3位无效）。工作于定时方式时，定时时间为：t=（213-初始值）*时钟周期*125 Proteus仿真设计和仿真软件Proteus VSM是一个很有用的工具，它可以帮助学生和专业人士提高他们的模拟和数字电路的设计能力。它允许对电路设计采用图形环境，

13、在这种环境中，你可以使用一个特定符号来代替元器件，并完成不会对真实电路造成任何损害的电路仿真操作。它可以仿真仪表以及可描述在仿真过程中所获得的信号的图表。最主要的是，它可以仿真目前流行的单片机，如PICS, ATMEL-A VR,MOTOROLA, 8051 等。（1） 在桌面双击ISIS 图标后进入画仿真图界面。（2） 点击 Pick Devices 按钮，（该按钮位于工作区左边的面板中，就是那个P 按钮），这是会打开标题为Pick Devices 的对话框。在Category列表框中 (位于左边 找到Simulator Primitives,这是会Results中列出该类的所有元件（如果该

14、类有太多元件，你利用Sub-Category列表框过滤）如图5.1所示。然后单击 Pick Devices 对话框的OK 按钮结束添加元件。 图5.1 选择元件（3）选择好所有元件，按照原理图的设计，直接在界面山进行连线，画好原理图。检查无误，可以看到原理图如下图5.3所示。 图5.2 设计原理图（4）在单片机中烧上开始编的汇编程序。然后在Proteus 上运行，可以看到最后U5输出32位的串行码如下所示。 图5.3 输出结果从图中可以看到前八位为6 硬件设计6.1 器件准备在仿真成功之后便开始实物的制作，首先选择元件。元件列表如下; 再准备20W 电烙铁一把，最好是可调温的，尖嘴钳一把，螺丝

15、刀一把，焊锡丝和松香水若干。调试需要稳压电源一台，高频示波器一台，导线若干。6.2 装配焊接按照电路图焊接，注意各节点不要连错。焊接时应注意，在焊接某些元器件时，动作要麻利，以防过长时间加热把器件烫坏。芯片要使用管脚座，先焊上管脚座，焊好后在安上芯片。布线时，应当做到尽量使线不重叠，多走直角。6.3 调试电路板焊好电子元件后，要仔细检查电路板有无焊错的地方，特别要注意各个焊接点是否虚焊，短路等等。然后先将程序烧到单片机上，确定单片机上的程序无误后，再将单片机安装在焊好的板子上。接好相应的电源为5V ，设置好拨码开关。观察U5输出的波形是否与设置的拨码开关相对应。在调试过程中，出现了一些问题，通

16、过对电路图原理的应用，查找问题。首先单片机的使能端没有接高电平，单片机不能正常工作，接上高电平后才可以正常工作。在电路图中接上了发光二极管，但仿真时没有用发光二极管，最后发光二极管没有发光，查找资料发现，二极管多余的，没有用处。7 心得体会通信原理是一门理论与实践紧密结合的课程。大量的实践有助于进一步理解和巩固理论知识，还有助于提高分析和解决问题的能力。这次通信原理课程设计历时四天，在整整四天的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。课程设计需要很好的思维能力，动手能力，语言表达能力，并且更重要的是

17、要有较大的耐心。它培养了学生的自学能力，这次课程设计主要是自己去查看资料，自学后再去设计。培养了一个人遇到问题独立思考的能力，也需要我们在遇到某些自己难以一个人解决问题时，与同学之间互相交流，培养了我们的团队合作能力。总的来说，这次通信原理课程设计让我受益匪浅，让我学会怎样去接触和学习一项新的知识，怎样克服困难去完成一项任务。并且让我懂得课本知识与实践的区别，在学习课本知识之余，要多锻炼自己的动手能力。其次，以前对于通信原理的一些知识点还处于一知半解的状态上，但是经过这次课程设计，我对于数字信源在数字通信中的作用，数字信源的基本工作原理，其组成模块等等都有了更进一步的掌握。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但任何事情难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。在设计中遇到了很多编程问题