基于单片机的数字通信系统位同步提取
实验11 位同步提取实验
实验11 位同步提取实验通信1301王少丹201308030104 一、实验目的1．掌握数字基带信号的传输过程；2．熟悉位定时产生与提取位同步信号的方法。
二、实验仪器1．复接/解复接、同步技术模块，位号I2．时钟与基带数据发生模块，位号：G3．信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制，位号：A、B位4．PSK QPSK解调模块，位号C5．100M双踪示波器1台三、实验原理数字通信系统能否有效地工作，在相当大的程度上依赖于发端和收端正确地同步。
同步的不良将会导致通信质量的下降，甚至完全不能工作。
通常有三种同步方式：即载波同步、位同步和群同步。
在本实验中主要分析位同步。
实现位同步的方法有多种，但可分为两大类型：一类是外同步法；另一类是自同步法。
所谓外同步法，就是在发端除了要发送有用的数字信息外，还要专门传送位同步信号,到了接收端得用窄带滤波器或锁相环进行滤波提取出该信号作为位同步之用。
所谓自同步法，就是在发端不专门向收端发送位同步信号，而收端所需要的码元同步信号是设法从接收信号中或从解调后的数字基带信号中提取出来。
这种方法大致可分为滤波法和锁相法。
滤波法是利用窄带滤波器对含定时信息的归零二进制序列（通常占空比为50%）进行滤波，从中滤出所要的位同步分量，并整形、移相等处理，即可得到规则的位同步脉冲信号，但对于无定时信息的非归零二进制序列，则先要进行微分和整流等变换，使之含有定时信息后，才能用窄带滤波器实施滤波。
锁相法是指利用锁相环来提取位同步信号的方法，本实验平台选用锁相法进行位同步提取的。
锁相法的基本原理是，在接收端采用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，如两者相位不一致，则鉴相器输出误差信号去控制本地位同步信号的相位，直至本地的位同步信号的相位与接收信号的相位一致为止。
数字锁相环是一个相位反馈控制系统，在数字锁相环中，由于误差控制信号是离散的数字信号不是模拟信号，因而受控的输出相位的改变是离散的而不是连续的；常用的数字锁相环的原理方框图如图11-1所示。
数字通信系统课程设计说明书_位同步信号提取电路功能模块的设计与建模
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：阙大顺王虹工作单位：信息工程学院题目: 位同步信号提取电路功能模块的设计与建模初始条件：（1）MAX PLUSII、Quartus II、ISE等软件；（2）课程设计辅导书：《通信原理课程设计指导》（3）先修课程：数字电子技术、模拟电子技术、电子设计EDA、通信原理。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）课程设计时间：周；（2）课程设计题目：位同步信号提取电路功能模块的设计与建模；（3）本课程设计统一技术要求：按照要求题目进行逻辑分析，掌握锁相法，画出实现电路原理图，设计出各模块逻辑功能，编写VHDL语言程序，上机调试、仿真，记录实验结果波形，对实验结果进行分析；（4）课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，并标明参考文献至少5篇；（5）写出本次课程设计的心得体会（至少500字）。
时间安排：第19周参考文献：段吉海.数字通信系统建模与设计.北京：电子工业出版社，2004江国强.EDA技术与应用. 北京：电子工业出版社，2010John G. Communications. 北京：电子工业出版社，2011指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1 软件介绍 (2)2 设计原理 (3)3 设计思路 (4)设计方法 (4)思路流程 (4)4 电路仿真 (6)4.1 码型变换模块 (6)鉴相模块 (7)控制调节模块 (8)5 运行结果与总结 (9)6 总电路图 (10)7 心得体会 (11)8 参考文献 (12)9 成绩评定表 (13)1 Xilinx ISE软件介绍Xilinx ISE硬件设计工具。
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位同步信号提取实验
实验五位同步信号提取实验一、实验目的1．掌握用数字环提取位同步信号的原理及对信息代码的要求。
2．掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。
二、实验内容1．观察数字环的失锁状态、锁定状态。
2．观察数字环锁定状态下位同步信号的相位抖动现象及相位抖动大小与固有频差的关系。
3．观察数字环位同步器的同步保持时间与固有频差之间的关系。
三、实验器材1．信号源模块2．同步信号提取模块3．20M双踪示波器一台4．频率计（选用）一台四、实验步骤1．将信号源模块、同步信号提取模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2．插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D500、D501发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。
3．将信号源模块的位同步信号的频率设置为15.625KHz（通过拨码开关SW101、SW102进行设置），将信号源模块输出的NRZ码设置为1、0交替码（通过拨码开关SW103、SW104、SW105进行设置）。
4．将同步信号提取模块的拨码开关SW501的第一位拨上，即将数字锁相环的本振频率设置为15.625KHz，然后将信号源模块输出的NRZ码从信号输入点“NRZ-IN”输入，按一下同步信号模块上的“复位”键，使单片机开始工作，以信号源产生的位同步信号“BS”为内触发源，用示波器双踪同时观察信号输出点“位同步输出”的信号与信号源中的“BS”信号。
5．特别注意的是，本模块只能提取NRZ码的位同步信号，而且当信号源模块中的位同步信号的频率偏离同步信号提取模块设置的数字锁相环的本振频率过远时，将无法正确提取输入信号的位同步信号。
本实验中数字锁相环共有15.625KHz、10KHz、8KHz、4KHz四种本振频率可供选择，分别对应拨码开关SW501的1、2、3、4位，实验时请注意正确选择。
位同步提取设计课程设计
位同步提取设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解位同步的概念，掌握位同步提取的基本原理；2. 学生能够运用所学知识，分析并设计简单的位同步提取电路；3. 学生了解位同步提取在实际通信系统中的应用及其重要性。
技能目标：1. 学生通过实验和仿真，能够实际操作位同步提取过程，提升实践技能；2. 学生能够运用数学工具和分析方法，解决位同步提取中的问题；3. 学生能够小组合作，进行有效沟通，共同完成位同步提取设计方案。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对通信原理的兴趣，激发探索精神和创新意识；2. 学生通过学习，认识到科技发展对社会进步的重要性，增强社会责任感；3. 学生在小组合作中，学会尊重他人意见，培养团队协作精神。
课程性质：本课程为通信原理的实践应用课程，结合理论知识和实际操作，提高学生的综合能力。
学生特点：学生为高二年级，已具备一定的电子线路基础和数学分析能力，对通信原理有一定了解。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，鼓励学生动手实践，培养解决实际问题的能力。
在教学过程中，注重引导学生主动探究，激发学生的学习兴趣和创新能力。
通过小组合作，培养学生团队协作精神和社会责任感。
课程目标分解为具体学习成果，以便于后续教学设计和评估。
二、教学内容本章节教学内容以《通信原理》教材中“位同步提取”章节为基础，结合以下内容展开：1. 位同步提取基本原理：介绍位同步的概念，同步提取的原理和方法，包括插入导频法、自相关法和锁相环法等；- 教材章节：第三章第五节“位同步提取技术”2. 位同步提取电路设计：分析并设计简单的位同步提取电路，包括电路原理、参数计算和应用实例；- 教材章节：第三章第六节“位同步提取电路的设计与应用”3. 位同步提取在实际通信系统中的应用：介绍位同步提取在数字通信、光纤通信等领域的应用；- 教材章节：第三章第七节“位同步提取在实际通信系统中的应用”4. 实践操作与仿真：安排学生进行位同步提取实验，利用相关软件进行仿真，加深对位同步提取原理和电路设计的理解；- 教材章节：第三章实验“位同步提取实验”教学进度安排：第一课时：位同步提取基本原理第二课时：位同步提取电路设计第三课时：位同步提取在实际通信系统中的应用第四课时：实践操作与仿真教学内容科学系统，注重理论与实践相结合，旨在帮助学生掌握位同步提取技术，提高通信原理应用能力。
基于单片机的数字通信系统位同步提取
步 时 钟 脉 冲 Ｃ Ｋ， 相 位 受 相 位 误 差 数 字 信 号 控 制 可 提 Ｌ 其
前 或推迟 ， 后与接 收码元 相位锁 定 。 最
这样 的定 时脉冲序列 称为码 元 同步 ， 称位 同步 。 或 实 现 位 同 步 的 方 法 和 载 波 同 步 类 似 ，有 直 接 法 （ 自 同步 法） 插 入 导 频 法 （ 同 步 法 ） 种 ， 直 接 法 又 分 为 和 外 两 而 滤 波 法 和 锁 相 法 。 文 介 绍 的 方 法 就 是 用 直 接 法 中 的锁 本
ｅ ｒ ｃｉｎ ｅ ｈｎ ｌｇ ｏ ｔ ｙ ｈ ｏ ｉａ ｉｎ ｉｎａ ｂ ｓ ｄ ｎ ｉｇ ｅ ｈｉ ｘｔａ ｔｏ ｔｃ ｏｏ ｙ ｆ ｂｉ ｓ ｎｃ ｒ ｎ ｚ ｔｏ ｓｇ ｌ ａ ｅ ｏ ｓｎ ｌ ｃ ｐ．
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Ａｂ ｔ ｃ ： Ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａｉｎ ｓ ｖ ｒ ｉ ｏｔｎ ｐａ ｔ ａ ｐｏ ｌｍ ｉ ｔｅ ｏ ｓｒ ｔ ａ ｙ ｃ ｒｎｚ ｔ ｉ ａ ｅｙ ｍｐ ｒａ ｔ ｒｃｉ ｌ ｒｂｅ ｏ ｃ ｎ ｈ ｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｙ ｔｍ．Ｉ ｔｅ ｏ ｎｃ ｔ ｓｓｅ ｏ ｎ ｈ ｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｙｔｍ， ｎｃ ｔ ｓｓｅ ｏ
中 图 分 类 号 ：Ｔ １ ． Ｎ９ ４ ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１７ — ７ ０ ２ １ ） ３ ０ ６ — ２ ６ ４ ７ ２ （０ ０ ２ — ０ ６ ０
通信原理 位同步提取实验与帧同步提取实验
实验三位同步提取实验与帧同步提取实验一、实验目的1、掌握用滤波法提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求。
2、掌握用数字锁相环提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求。
3、掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。
4、掌握巴克码识别原理。
5、掌握同步保护原理。
6、掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态的概念。
二、实验内容1、观察滤波法提取位同步信号各观测点波形。
2、观察数字锁相环的失锁状态和锁定状态。
3、观察数字锁相环锁定状态下位同步信号的相位抖动现象及相位抖动大小与固有频差的关系。
4、观察数字锁相环位同步器的同步保持时间与固有频差之间的关系。
5、观察帧同步码无错误时帧同步器的维持态。
6、观察帧同步器的假同步现象、漏识别现象和同步保护现象。
三、实验器材1、信号源模块一块2、⑦号模块一块3、20M双踪示波器一台4、频率计（选用）一台四、实验原理1、位同步提取实验实验原理数字通信中，除了有载波同步的问题外，还有位同步的问题。
因为消息是一串相继的信号码元的序列，解调时常需要知道每个码元的起止时刻。
在最佳接收机结构中，需要对积分器或匹配滤波器的输出进行抽样判决。
抽样判决的时刻应位于每个码元的终止时刻，因此，接收端必须产生一个用作抽样判决的定时脉冲序列，它和接收码元的终止时刻应对齐。
我们把接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步或位同步，而称这个定时脉冲序列为码元同步脉冲或位同步脉冲。
实现位同步的方法也和载波同步类似，可分插入导频法和直接法两类。
这两类方法有时也分别称为外同步法和自同步法。
数字通信中经常采用直接法，这种方法是发端不专门发送导频信号，而直接从数字信号中提取位同步信号的方法。
下面我们着重介绍自同步法。
采用自同步法实现位同步首先会涉及两个问题：（1）如果数字基带信号中确实含有位同步信息，即信号功率谱中含有位同步离散谱，就可以直接用基本锁相环提取出位同步信号，供抽样判决使用；（2）如果数字基带信号功率谱中并不含有位定时离散谱，怎样才能获得位同步信号。
3. 总结从hdb3码中提取位同步信号的原理。
3. 总结从hdb3码中提取位同步信号的原理。
HDB3码（High Density Bipolar of Order 3）是一种传输编码方式，常用于数字通信系统中提取位同步信号。
在这篇文章中，我将详细解释HDB3码的基本原理，并逐步说明提取位同步信号的过程。
1. HDB3编码HDB3编码是一种基于2B1Q（Two Binary One Quaternary）编码的改进版本。
在HDB3编码中，每个数据位被映射为2个信号（2B），而不是通常的1个信号。
具体编码过程如下：- 当输入数据位为“0”时，HDB3编码使用相同极性的两个脉冲表示，例如“+ -”。
- 当输入数据位为“1”时，HDB3编码使用“+ - - +”或“- + + -”的脉冲序列来表示，这取决于前导码和编码规则。
2. HDB3码的原理HDB3码的原理是通过编码规则和前导码检测来提取位同步信号。
编码规则和前导码检测有助于确定信号中的传输位数和编码违例。
- 编码规则编码规则主要包括以下两个方面：- 连0的限制：HDB3码中不能出现连续超过3个的0，否则需要进行编码违例操作。
- 传输位保持性：传输位的极性保持不变，也就是相邻的2个传输位之间没有极性变化。
- 前导码检测前导码检测是通过分析信号中连续的“0”序列来确定传输位的边界。
前导码通常是一个固定的位模式，在HDB3码中常用的前导码是“000V”或“B00V”，其中“V”表示前导编码违例位。
3. 提取位同步信号的过程提取位同步信号的过程可以分为以下几个步骤：- 第一步，检测前导码：接收到的信号中连续的“0”序列被检测为前导码。
如果前导码检测到了，那么下一个传输位即为位同步信号的开头。
- 第二步，检查编码违例：在检测到前导码后，通过分析前导码后的脉冲序列，确定是否存在编码违例。
编码违例是指不符合HDB3编码规则的情况。
- 第三步，校正编码违例：如果存在编码违例，需要进行编码违例的校正操作。
校正通常包括一系列的编码规则变换，以确保传输位的正确解码。
基于单片机的信号提取
用单片机编程实现一个固定速率数字基带序列的同步时钟提取MT9172的基本性能特点1.采用自适应回波抵消技术，在单对线上实现全双工数字传输。
2.线路传输速率可选：80Kbit/s或160kbit/s；最大传输距离可达4公里（对于普通双绞线而言）。
3.系统侧采用ST-BUS，兼容ISDN的2B+D数据格式。
4.具备帧同步和时钟提取能力。
5.作为时，透明传输数据。
6.采用+5V的单电源供电，功耗很低（典型值约为50mW）。
芯片封装形式及引脚功能描述MT9172有DIP、PLCC和SSOP等三种封装形式，下面以22脚的双列直插式封装（DIP）为例，介绍其引脚功能。
MT9172的结构与工作原理MT9172芯片的内部结构框图，它主要包括发送接口、接收接口、线路接口（LIN、LOUT）、回波抵消器、扰码/解扰码器、二相差分编码/解码器、收发时序与控制电路以及时钟锁相环路等几部分电路。
发送和接收接口又都包含一个数据/语音接口（DSTi/Di、DSTo/Do，简称DV口）和一个控制/数据接口（CDSTi/CDi、CDSTo/CDo，简称CD口），DV口用于传送语音编码或其它用户数据信息，CD口用于传送各种控制信息和低速数据。
MT9172有多种工作方式，可以通过方式选择端MS0~MS2进行设定。
"MODEM"和"数字网络"（以下简称"DN"）是两种主要的工作方式。
在DN方式下，线路输出ISDN的2B+D数据，此时，DV口和CD口是标准的ST-BUS；而在MODEM方式下，DV口和CD口是透明的串行数据流。
另外，其工作方式还有主/从以及单/双口之分。
主方芯片的时间基准信号和帧同步时钟由外部高稳定度的时钟源提供，而从方则直接从线路上提取。
在一个数据传输链上，必须一端工作在主方式，而另一端工作在从方式。
双口工作时，DV口和CD口都有效；而单口工作时，所有的信息都通过DV口传递，CD口无效。
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基于单片机的数字通信系统位同步提取
在数字通信系统中，发送端按照确定的时间顺序，逐个传输数码脉冲序列
中的每个码元。
而在接收端必须有准确的抽样判决时刻才能正确判决所发送的
码元，因此，接收端必须提供一个确定抽样判决时刻的定时脉冲序列。
这个定
时脉冲序列的重复频率必须与发送的数码脉冲序列一致，同时在最佳判决时刻(或称为最佳相位时刻)对接收码元进行抽样判决。
可以把在接收端产生这样的
定时脉冲序列称为码元同步，或称位同步。
实现位同步的方法和载波同步类似，有直接法(自同步法)和插入导频法(外同步法)两种，而直接法又分为滤波法和锁
相法。
本文介绍的方法就是用直接法中的锁相环实现的。
1 数字锁相位同步提取原理数字通信系统接收端位同步提取通常采用如图1 所示的数字锁相环DPLL(Digital Phase Locked Loop)。
DPLL 包括3 个部件：
(1)数字鉴相器DPD(Digital Phase Ditector)比较接收码元与本地DCO 输出的位同步时钟相位，输出反映相位差的数字信号。
(2)数字环路滤波器DLF(Digital Loop Filter)对DPD 输出相位误差数字信号滤波，去掉随机噪声的影响，输出较准确的相位误差数字信号。
(3)数控振荡器DCO(Digital Controlled Oscillator)是数字电路构成的振荡器，输出与接收码元相同速率的位同步时钟脉冲CLK，其相位受相位误差数字信号控制可提前或推迟，最后与接
收码元相位锁定。
DPD 及DCO 是构成数字锁相环必不可少的部件，DLF 可视需要而加入。
3 个部件各由多种形式的电路组成不同的数字锁相环。
最典型
的数字锁相环为超前-滞后型数字锁相环，又称为微分整流型数字锁相环，在码
速率不高时可由图2 所示单片机系统实现。
图中，边缘检测又称为过零检测，
它将输入数据信号DK1 放大整形后，再将其跳变沿(整形前的过零点)变换为窄。