数字信号源实验

一、实验目的

(1)了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。

(2)掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。

(3)掌握数字信号源电路组成原理。

二、实验内容

(1)用示波器观察单极性非归零码(NRZ)、帧同步信号(FS)、位同步时钟(BS)。

(2)用示波器分析NRZ、FS、BS三种信号的对应关系。

(3)学习电路原理图。

三、实验原理

数字信号源原理方框图如图4－18所示。本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170．5 KB，帧结构如图4－19所示。帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码(7位巴克码1110010)，另外16位为2路数据信号，每路8位。此NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号。发光二极管亮状态表示“1”码，熄状态表示“0”码。

本电路有以下测试点及输入输出点:

·CLK－OUT——时钟信号测试点，输出信号频率为4．433619MHz。

·BS－OUT——信源位同步信号输出点/测试点，频率为170．5k Hz。

·FS——信源帧同步信号输出点/测试点，频率为7．1k Hz。

·NRZ－OUT——信号输出点/测试点。

图4－18 数字信号源方框图

图4－19 帧结构

图4－20所示为数字信号源电路原理图。图4－18中各单元与图4－20中的元器件对应关系如下:

·晶振—CRY: 晶体; U1: 反相器7404;

·分频器—US2: 计数器74161; US3: 计数器74193; US4: 计数器40160;

·并行码产生器—KS1、KS2、KS3: 8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据1、数据2相对应; 发光二极管左起分别与一帧中的24位代码相对应;

·八选一—US5、US6、US7: 8位数据选择器4512;

·三选一—US8: 8位数据选择器4512;

·倒相器—US10: 非门74HC04;

·抽样—US9: D触发器74HC74。

下面对分频器、八选一及三选一等单元作进一步说明。

1)分频器

74161进行13分频，输出信号频率为341k Hz。74161是一个4位二进制加计数器，预置在3状态。

74193完成÷2、÷4、÷8、÷16运算，输出BS、S1、S2、S3等4个信号。BS为位同步信号，频率为170．5k Hz。S1、S2、S3为3个选通信号，频率分别为BS信号频率的1/2、1/4和1/8。74193是一个4位二进制加/减计数器，当CD=PL=1、MR=0时，可在Q0、QB、QC及QD端分别输出上述4个信号。

40160是一个二－十进制加计数器，预置在7状态，完成÷3运算，在Q0和Q1端分别输出选通信号S4、S5，这两个信号的频率相等，等于S3信号频率的1/3。

图4－20 数字信号源电原理图

分频器输出的S1、S2、S3、S4、S5等5个信号的波形如图4－21(a)和4－21(b)所示。

2)八选一

采用8路数据选择器4512，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4－4所示。US5、US6和US7的地址信号输入端A、B、C并连在一起并分别接S1、S2、S3信号，它们的8个数据信号输入端X0～X7分别与K1、K2、K3输出的8个并行信号连接。由表4－4可以分析出US5、US6、US7输出信号都是码速率为170．5Kbit/s、以8位为周期的串行信号。

3)三选一

三选一电路原理同八选一电路原理。S4、S5信号分别输入到US8的地址端A和B， US5、US6、US7输出的3路串行信号分别输入到US8的数据端X3、X0、X1，U8的输出端即是一个码速率为170．5KB的2路时分复用信号，此信号为单极性不归零信号(NRZ)。

图4－21 分频器输出信号波形

4)倒相与抽样

图4－22中的NRZ信号的脉冲上升沿或下降沿比FS信号的下降沿稍有点迟后。在实验的数字调制单元中，有一个将绝对码变为相对码的电路，要求输入的绝对码信号的上升沿及下降沿与输入的位同步信号的上升沿对齐，而这两个信号由数字信源提供。倒相与抽样电路就是为了满足这一要求而设计的，它们使NRZ－OUT及BS－OUT信号满足码变换电路的要求。

表4－4 4512真值表

FS信号可用作示波器的外同步信号，以便观察2DPSK等信号。

FS信号、NRZ－OUT信号之间的相位关系如图4－22所示，图中NRZ－OUT的无定义位为0，帧同步码为1110010，数据1为11110000，数据2为00001111。FS信号的低电平、高电平分别为4位和8位数字信号时间，其上升沿比NRZ－OUT码第一位起始时间超前一个码元。

图4－22 FS、NRZ－OUT波形

四、实验步骤

(1)熟悉信源模块的工作原理以及时分复用的原理与应用。

(2)打开电源开关及模块电源开关，用示波器观察数字信源模块上的各种信号波形。

(3)用同轴电缆将FS输出与示波器外同步信号输入端相连接，把FS作为示波器的外同步信号，进行下列观察:

①示波器的两个通道探头分别接NRZ－OUT和BS－OUT，对照发光二极管的发光状态，判断数字信源单元是否已正常工作(1码对应的发光管亮，0码对应的发光管熄);

②用拨码K1产生代码×1110010( ×为任意代码，1110010为7位帧同步码)，K2、K3产生任意信息代码，观察本实验给定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构和NRZ码特点。

(4)(选做)用另外一种方法实现本实验中的时分复用。

五、实验小结

(1)说明时分复用的原理与应用。

(2)记录时钟信号、信源信号、帧同步信号与位同步信号的波形，并说明三者之间的关系。