一种简易数字信号传输性能分析仪的设计
简易数字信号传输性能分析仪

简易数字信号传输性能分析仪摘要本次设计由MSP430F149单片机对数字信号发生器产生的信号进行采集分析处理,实现数字信号传输性能测试。
同时设计了一个伪随机信号发生器以及三个低通滤波器模拟传输通道。
整个设计完成了题目的基本要求,用74HC164移位寄存器进行m序列数字信号以及伪随机信号产生电路的设计。
用7486异或门达到了对信号进行曼彻斯特编码的效果。
用运算放大器OPA2227,OPA2228设计巴特沃斯四阶有源低通滤波器。
经过测试,本次设计各项基本指标均达到题目要求,提高部分完成情况良好。
关键词:m序列数字信号;低通滤波器;曼彻斯特编码;MSP430F14911 方案论证1.1 低通滤波器设计方案一:采用无源滤波。
无源滤波器,又称LC滤波器,是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路,可滤除某一次或多次谐波,最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联,可对主要次谐波构成低阻抗旁路。
无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点。
方案二:采用有源滤波。
由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器,其功能是让一定频率范围内的信号通过,抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。
可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面,根据对频率范围的选择不同,可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器。
方案论证:与无源滤波器相比,有源滤波器具有高度可控性和快速响应性,能补偿各次谐波,可抑制闪变、补偿无功,有一机多能的特点;滤波特性不受系统阻抗的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险,具有自动适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波。
由于以上原因,本次设计选用有源滤波。
1.2 m序列数字信号产生方案一:使用锁相环通过分频运算实现频率的步进,锁相环频率合成器是由参考频率源、参考分频器、相位比较器、环路滤波器、压控振荡器、可变分频器构成。
参考分频器对参考频率源进行分频,输出信号作为相位比较器参考信号。
简易数字信号传输性能分析仪设计报告

简易数字信号传输性能分析仪设计报告(E题)摘要:本设计是基于CPLD简易数字信号传输特性分析仪,实现了数字信号传输性能测试;同时,设计三个低通滤波器和一个伪随机信号发生器用来模拟传输信道。
通过改变低通滤波器的截频和伪随机信号发生器的信号幅度来模拟改变传输信道环境,通过观察示波器眼图来测试简易数字信号传输特性分析仪的性能。
实验证明,该分析仪在数字信号信噪比很高的情况下,依然可以观察眼图。
关键词:数字信号 CPLD 低通滤波器码间干扰眼图目录一、方案论证 (3)1.1 比较与选择 (3)1.2 方案描述 (5)二、理论分析与计算 (5)2.1 低通滤波器设计 (5)2.2 m序列数字信号 (6)2.3 同步信号提取 (7)2.4 眼图显示方法 (7)三、电路与程序设计 (8)3.1 系统组成 (8)3.2 原理框图与各部分电路图 (8)3.3 系统软件与流程图 (13)四、测试方案与测试结果 (13)4.1 测试方案 (13)4.2 测试结果 (13)4.3 测试结果分析 (15)一、方案论证1.1 比较与选择1.1.1 低通滤波器方案论证低通滤波器可以采用有源和无源滤波器两种方案。
低通滤波器主要有无源元件R 、L 和C 组成,体积较大且对匹配要求较高,但是高频特性较好。
有源滤波器由集成运放和R 、C 组成,具有不用电感、体积小、重量轻等优点,且对有源滤波电路后的电路还具有一定的电压放大和缓冲作用。
但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。
就本题而言,滤波器的最大滤波器频率为500kHz ,对运算放大器的要求不会很高,又可省去绕电感的麻烦,因此选用有源低通滤波器进行滤波器的设计。
有源滤波器通常有巴特沃斯、切比雪夫、巴塞尔等典型电路。
但是切比雪夫在通带会有起伏;巴塞尔滤波器在通带虽然比较平滑,但是达到设计要求需要较高的阶数,因此选用巴特沃斯滤波器。
要求中提到,滤波器的通带增益A F 在0.2~4.0 范围内可调。
2011全国大学生电子设计大赛---E-简易数字信号传输性能分析仪(E题)

伪随机信 号发生器
数字信 号发生 器
V1
低通滤
波器 V1-clock
V3
0.1μF
C
V2
Байду номын сангаас
V2a 数字信 V4
号分析
电路
V4-syn
眼幅度
二、要求
开关 S 图 1 简易数字信号传输性能分析仪框图
1.基本要求
(1)设计并制作一个数字信号发生器: a)数字信号 V1 为 f1(x) = 1+ x2 + x3 + x4 + x8 的 m 序列,其时钟信号为 V1-clock;
2.发挥部分
(1)要求数字信号发生器输出的 V1 采用曼彻斯特编码。 (2)要求数字信号分析电路能从 V2a 中提取同步信号 V4-syn 并输出;同时,
利用所提取的同步信号 V4-syn 进行同步,正确显示数字信号 V2a 的信号 眼图。 (3)要求伪随机信号发生器输出信号 V3 幅度可调,V3 的峰峰值范围为 100mV~TTL 电平。 (4)改进数字信号分析电路,在尽量低的信噪比下能从 V2a 中提取同步信 号 V4-syn,并正确显示 V2a 的信号眼图。 (5)其他。
四、评分标准
项目
主要内容
设计 报告
基本要求
方案论证
理论分析与计 算
电路与程序设 计 测试方案与测 试结果 设计报告结构 及规范性
比较与选择 方案描述 低通滤波器设计 m 序列数字信号 同步信号提取 眼图显示方法 系统组成 原理框图与各部分的电路图 系统软件与流程图 测试结果完整性 测试结果分析 摘要 正文结构规范 图表的完整与准确性
和 f2 (x) ,采用线性移位寄存器发生器来产生。
简易数字信号传输性能分析仪设计报告1 精品

2013年暑期电子设计竞赛培训简易数字信号传输性能分析仪摘要:本题设计一个简易数字信号传输性能分析仪,CycloneIV FPGA芯片为核心,由FPGA 内部50MHz时钟通过PLL锁相环电路分频得到10kbps-100kbps数据率10kbps为步进的数字信号和数据率10Mbps的伪随机信号。
通过必要的外设辅助电路(衰减电路、滤波电路、加法电路等)来模拟传输信道的幅频特性和噪声。
最终由数字信号分析电路提取出输入信号的同步时钟信号,并在模拟示波器上显示眼图。
关键词:m序列数字信号眼图 FPGA一、系统整体设计题目要求设计一个简易数字信号传输性能分析仪,实现数字信号传输性能测试;同时,设计三个低通滤波器和一个伪随机信号发生器用来模拟传输信道。
简易数字信号传输性能分析仪的框图如图1所示。
图中,V1和V1-clock是数字信号发生器产生的数字信号和相应的时钟信号;V2是经过滤波器滤波后的输出信号;V3 是伪随机信号发生器产生的伪随机信号;V2a是V2信号与经过电容C的V3信号之和,作为数字信号分析电路的输入信号;V4和V4-syn是数字信号分析电路输出的信号和提取的同步信号。
图1简易数字信号传输性能分析仪框图二、方案论证及选择2.1总体方案论证与选择方案一:用FPGA可编程逻辑器件作为控制及数据处理的核心,在发送端产生数字信号,发送过程中数字信号通过低通滤波器,并用10M伪随机码进行衰减处理后,模拟加性噪声,伪随机码通过加法器叠加在通过低通滤波器的数字信号上,用三种不同的低通滤波器模拟三种不同的信道,在接收端进行一定的数字信号处理,最终输出用模拟示波器来判断传输性能。
其系统框图如图2。
方案二:采用MSP430单片机为控制核心,其系统框图如图3。
对输入信号进行放大或衰减后,用外接触发电路产生触发信号,通过A/D 转换将模拟信号转换成数字信号,再通过单片机将数据锁存至外部RAM ,然后由单片机控制将数据送至D/A 输出。
简易数字信号传输性能分析仪的设计-11

简易数字信号传输性能分析仪的设计摘要:本设计是将数字基带信号通过模拟信道进行传输,接收端通过数字信号分析电路检测数字信号传输性能。
在发送端,利用特定反馈函数的8位移位寄存器产生数字基带信号和利用12位移位寄存器产生数字噪声。
利用运放设计3种不同截止频率的模拟滤波器实现信道模拟。
将通过模拟滤波器的信号与噪声相加送到分析电路进行处理。
在分析电路部分,利用锁相环进行同步时钟的提取,最后利用得到的同步时钟观察接收信号的眼图,通过眼图的观察来评判信道的优劣程度。
关键词:数字基带信号数字锁相环同步时钟眼图引言:数字信号的传输有基带和频带两种。
数字通信的优势在于其安全性和可靠性。
同步技术在数字通信中起着重要作用。
本设计主要考虑数字基带信号通过模拟信道叠加数字噪声后的同步时钟的提取和性能的分析。
1方案比较与论证1.1方案描述首先设计制作一个数字信号发生器,产生时钟信号V1-clock和m序列的数字信号V1,数字信号通过模拟低通滤波器(即模拟信道),该滤波后的信号与伪随机信号发生器产生的伪随机信号(即模拟的干扰信号)通过加法器合成信号V2a。
如图1所示。
基础部分,将开关S闭合,将同步信号V1-clock与V2a输入到双踪示波器,观察眼图,分析、估计和调整系统的性能。
发挥部分,将开关S断开,数字信号发生器将产生的m序列信号进行曼切斯特编码,将编码后的信号通过三个低通滤波器,再与伪随机信号V3合成信号V2a,并通过一个数字信号分析电路,该分析电路具有对曼切斯特码解码和提取同步信号的功能,并且在低信噪比条件下正确显示V2a信号的眼图。
1.2m序列发生器的选择方案一:硬件电路实现。
采用线性反馈移位寄存器通过加法器的逻辑组合电路实现。
该电路具有产生序列速度快特点和硬件电路固有的不便修改特性,且只能对一些特殊的本原多项式有效。
方案二:软件电路实现。
采用FPGA设计产生m序列发生器。
通过写入VHDL语言,在FPGA中实现m序列移位寄存器结构,并最终产生m序列。
2011全国大学生电子设计大赛三等奖 简易数字信号传输性能分析仪

简易数字信号传输性能分析仪(E题)摘要:本题设计一个基于FPGA的数字信号传输性能分析仪,在发送端产生数字信号,发送过程中数字信号通过低通滤波器,并用10M伪随机码进行一定处理后,模拟加性噪声,伪随机码叠加在通过低通滤波器的数字信号上,用三种不同的低通滤波器模拟三种不同的信道,则在接收端接收到的是有一定噪声的数字信号,在接收端进行一定的数字信号处理,最终输出用示波器来判断传输性能。
关键词:FPGA , 伪随机码, 时钟提取, 眼图目录1.系统设计-----------------------------------------------------------------31.1 总体设计方案----------------------------------------------------------41.2理论分析与计算--------------------------------------------------------51.2.1低通滤波器设计-------------------------------------------------51.2.2 m序列数字信号-------------------------------------------------61.2.3 同步信号提取 -------------------------------------------------1.2.4 眼图显示方法--------------------------------------------------71.2.5 曼切斯特编码--------------------------------------------------81.3 方案论证与选择------------------------------------------------------91.3.1 控制部分方案论证与选择----------------------------------------91.3.2数字信号发生方案论证与选择------------------------------------101.3.3 低通滤波器方案论证与选择-------------------------------------112. 单元电路设计------------------------------------------------------------122.1 数字信号发生器的设计-----------------------------------------------122.2 伪随机信号发生器的设计---------------------------------------------132.3 数字信号分析电路设计-----------------------------------------------143. 软件设计----------------------------------------------------------------15 4.系统测试----------------------------------------------------------------164.1 数据率测试---------------------------------------------------------4.2滤波器测试---------------------------------------------------------4.3 伪随机码测试-------------------------------------------------------5. 结论--------------------------------------------------------------------参考文献-------------------------------------------------------------------附录--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------附录1.主要元器件清单-------------------------------------------------------附录2:仪器设备清单----------------------------------------------------------------------------------------------附录3:原理图清单-------------------------------------------------------------------------------------------------附录4:程序清单---------------------------------------------------------------------------------------------------1.1系统设计1.1总体设计方案题目要求设计一个简易数字信号传输性能分析仪,实现数字信号传输性能测试;同时设计三个低通滤波器和一个伪随机信号发生器来模拟传输信道。
简易数字信号传输性能分析仪的设计

p r o c e s s . A d i g i t a l s i g n a l g e n e r a t o r , a p s e u d o r a n d o m s i g n a l g e n e r a t o r ( a n a l o g n o i s e s o u r c e ) , a l o w - p a s s i f l t e r , a a d d e r , a n d a d i g i t a l s i g n a l a n a l y s i s c i r c u i t w e r e c o m p l e t e d . T h e s y s t e m g e n e r a t e s a d i g i t a l s i g n a l s e q u e n c e( t h e M s e q u e n c e Ma n c h e s h i t e c o d i n g s e q u e n c e )a n d a p s e u d o n o i s e s e q u e n c e ( p s e u d o r a n d o m s i g n a 1 )b y u s i n g
( 江西理l T 大学 电气 工 程 与 自动 化 学 院 , 江西 赣 州 3 4 1 0 0 0 )
摘 要 : 为 了更好 地分 析数 字信 号在传 输过 程所 受码 间干扰和 噪音 等 因素的 影响 , 文 中设计 了一
个 以F P G A 为核 心的 简 易数 字信 号 传输 性 能分析仪 , 完成 了数 字信 号发 生 器、 伪 随机信 号发 生 1 0月
江 西 理 工 大 学学报
S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y J o u r n a l o f J i a n g x i Un i v e r s i t y o f
简易数字信号传输性能分析仪的设计

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幅度的M序列干扰码元后 ( 即输入信 号码 元信 噪 比很低的条件 下 ),依然能够正确提取出同步时钟信号,并正确显示 眼图。此 外 ,从图5 的眼图中可以看出,本系统设计的数字信号分析仪不仅 能够正确提取输入曼彻斯特码的同步时钟信号,而且还能够滤除
伪 随机 信号 的生成 多项式 为f ( )= +X+X +X +X 时 钟 1x 1 I 2 信号为1 MH ,F G 中需要 l个寄存器 ,并在1 MH 的时钟下 0 z P A 2 0 z 线性 反馈 和 移位输 出 。其 线 性移 位 寄存 器 的生 成原 理 图 和上 面 类
科 技 搽 i 刁
简 易数 字信号传输性能分析仪 的设计
葛 中芹 叶 猛
江苏 南京 2 0 3) 1 9 0 ( 京大 学电子 科学 与工程 学院 南
摘
要 :本文设 计 了一 个 系统 ,可 以实现 简 易数 字信 号传输 性 能分析 仪的 功能 。此分 析仪 主要 包括 三大模 块 :发 生器模 块 ,滤波 器模 块 和 接 收 器模 块 。数 字信 号发 生 器部 分采 用F G P A芯片 产生伪 随机 码 元序 列。 用三个 截止 频率 不 同的低 通 滤波 器模拟 信道 的 特性 ,接 收 端
用F G 从接 收 到 的码 元序 列 中提 取 出同步 时钟 信 号 ,并将 接收 到 的低信 噪 比信号 滤 除噪声后 在 示 波器上 显 示 出眼 图。经 测 试整 个 系统 PA 工作 稳 定 ,输 入信 号动 态 范围 大,眼 图清晰 ,误 码 率低 。 关键 词 :F G P A 伪 随机 码元 序列 同 步时钟信 号 眼 图
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其 中电压增益 :,o 1 R / q = + 4
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1 系统 原 理
设计 的简 易数字信号传 输性能 号发 生器 分析仪框图如图 1 所示 , 同时 , 设计 3 个低 通滤 波器 ( 截止 频率分 别 为 1 0 0 , 【 毅 早 佰 号 l . r 杯 { I 2 0 0, 5 0 0 k H z ) 和一 个 伪 随 机 信 号 发 I 发 生 器 “ 漱 生器用来模拟传输信道。图中, 和 是数字信号发生器产生的数字
收稿 日期 : 2 0 1 3 - 0 1 - 2 3
作者简介 : 龙光利 ( 1 9 6 8 一) , 男, 陕西省南郑县人 , 陕西理工学 院副教授 , 主要研究方 向为无线通信和 电子技术应用 。
・
20 ・
第 4期
龙 光利 , 唐军 山 , 蓝晓东
一种简 易数 字信号传输性能分析仪 的设计
Au g . 2 01 3 V o I . 2 9 N o . 4
第2 9卷第 4期
[ 文章编 号 ] 1 6 7 3— 2 9 4 4 ( 2 0 1 3 ) 0 4— 0 0 2 0— 0 5
一
种简 易数字信 号传输性能分析仪 的设计
龙 光 利 , 唐军 山 , 蓝晓东
[ 中 图分 类号 ] T N 9 1 9 . 6 4
随着通信技术与计算机技术的飞速发展 , 电子设备都倾向于数字化 , 数字传输也得到了越来越广泛
的应用 , 因此 对数 字信 号传输 性能 分析 显得 十分重 要 。尤其 在基带 传输 方面 , 数字 基带 传输 在近 程数据
通信系统中被广泛采用, 并有迅速发展的趋势。数字基带传输中包含了频带传输的基本 问题 , 任何一个 线性调制的频带传输系统都可以等效为基带传输系统来研究 。码间干扰和信道噪声是影响基带传输性 能 的两 个 主要 因素 J , 因此 , 需 要尽 量减 少 它 们 的影 响 , 使 系统 的误 码 率 达 到 规定 的要 求 , 使 接 收 端 的 信号与发送端的信号最大限度的接近。
峰峰值范围为 1 0 0 m V~ , I T r L电平 ; 是 信号与经过电容 C的 信号之和, 作为数字信号分析电路 的输入信号 ; 和 是数字信号分析电路输 出的信号和提取的同步信号。
2 硬 件 设 计
2 . 1 数字 信号 发生 器 电路设 计
数字信号发生器电路包括可变时钟源电路、 I T l 序列电路 和曼彻斯特码发生器电路。
可变时钟源 电路主要包括单 片机 A T 8 9 ¥ 5 1 最小系统 、 D D S电路、 显示电路 以及矩阵键盘电路。单 片机最小系统包括 A T 8 9 ¥ 5 1 单片机 、 复位 电路 、 晶振 电路等l 2 ] 。显示 电路 的显示屏选用 L C D 1 2 8 6 4 C - 2
率为 1 0 Mb p s , 误 差 小于 1 %; 输 出信 号峰峰 值 为 1 0 0 m V~ , I T I 1 L电平 , 误差 小 于 1 0 %; 通 过 示波
器X — Y模 式 可显 示眼 图。
[ 关
键
词] 数 字信 号发 生器 ; 伪 随机信 号发 生 器 ; 低 通滤 波 器 [ 文献 标识 码 ] A
机信 号发 生 器、 数 字信 号 分析 电路 、 信 号扫描 电路 等 组成 。通过 单 片机 控 制 A D 9 8 5 1产 生频 率 可 变方渡 作 为数 字信 号发 生 器时钟 , 使 用模 拟 运 算放 大 电路 设 计低 通 滤 波 器 , 在 Q U A R T U S I I 环境 下设 计数 字信 号发 生器 、 伪 随机 信号发 生 器和数 字信 号分析 电路 , 编译 仿真 通过 后 下载到 现 场可编 程 门阵列 芯 片 E P 2 C 8 Q 2 0 8 C 8 N 中, 用锯 齿 波 电路 产 生扫 描 信 号 。测 试 结 果表 明 : 该 分析 仪数 字信 号发 生 器数 据 率为 l 0~ 1 0 0 k b p s , 按1 0 k b p s步进 可调 , 误差 小 于 1 %, 输 出为 曼 彻 斯特 编码 ; 截止频 率 为 1 0 0 , 2 0 0, 5 0 0 k Hz 的 3个低 通 滤波 器 , 误差小于 1 0 %, 带 外 衰减 小 于 4 0 d B / 十倍 频程 , 通 带增益在 0 . 2~ 4 . 0范 围 内可 调 ; 模 拟 信 道噪 声的 伪 随机 信 号发 生 器数 据
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2 0 1 3年 8月
陕西理 工学院学报 ( 自然科 学版 )
J o u r n l a o f S h a a n x i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y( N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n )
l = I — I I l i = l = l l = I
信号和相应的时钟信号 , 。 采用曼彻
图1 简 易数 字信 号传输 性பைடு நூலகம்能分析仪 框 图
斯特编码 ; 是经过滤波器滤波后的输出信号 ; I / 3 是伪随机信号发生器产生 的伪 随机信号, 幅度可调 ,
( 1 . 陕西理工学院 物理与 电信工程学院 ,陕西 汉 中 7 2 3 0 0 3 ;
2 。 陕西 中烟工业公司 汉 中卷烟厂 ,陕西 南郑 7 2 3 1 0 2 )
[ 摘
要] 设计 了一 种 简 易数 字信号传 输性 能分 析仪 , 由数 字信 号发 生器 、 低 通 滤 波 器、 伪 随