福建農林大學計算機與資訊學院
資訊工程類
實驗報告
2023年 12 月 3 日
實驗專案列表
福建農林大學計算機與資訊學院資訊工程類實驗報告
系： 電子資訊工程專業： 電子資訊工程年級： 2010
姓名： 學號： 實驗課程： 資料通訊原理
實驗室號：_____田c－405 實驗裝置號： 4 實驗時間： 11.21
指導教師簽字成績
實驗一數字訊號源實驗
一、 實驗目的和要求
1、了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶訊號波形特點。
2、掌握集中插入幀同步碼時分復用訊號的幀結構特點。
3、掌握數字訊號源電路組成原理。
4、用示波器觀察單極性非歸零碼（nrz）、幀同步訊號（fs）、位同步時鐘（bs）。
5、用示波器觀察nrz、fs、bs三訊號的對應關係。
6、學習電路原理圖。
二、實驗原理
本模組是實驗系統中數字訊號源，即傳送端，其原理方框圖如圖1-1所示。本單元產生nrz訊號，信號碼速率約為170.5kb，幀結構如圖1-2所示。
幀長為24位，其中首位無定義，第2位到第8位是幀同步碼（7位巴克碼1110010），另外16位為2路資料訊號，每路8位。此nrz訊號為集中插入幀同步碼時分復用訊號。發光二極體亮狀態表示『1』碼，熄狀態表示『0』碼。
本模組有以下測試點及輸入輸出點：
clk-out時鐘訊號測試點，輸出訊號頻率為4.433619mhz
bs-out信源位同步訊號輸出點/測試點，頻率為170.5khz
fs信源幀同步訊號輸出點/測試點,頻率為7.1khz
nrz-outnrz訊號輸出點/測試點
圖1-3為數字信源模組的電原理圖。圖1-1中各單元與圖1-3中的元器件對應關係如下：
晶振cry：晶體；u1：反相器7404
分頻器us2：計數器74161；us3：計數器74193；
us4：計數器40160
並行碼產生器 ks1、ks2、ks3：8位手動開關，從左到右依次與幀同步碼、資料1、資料2相對應；發光二極體左起分別與一幀中的24位**相對應
八選一us5、us6、us7：8位資料選擇器4512
三選一us8：8位資料選擇器4512
倒相器us10：非門74hc04
抽樣us9：d觸發器74hc74
圖1-1 數字信源方框圖
圖1-2 幀結構
下面對分頻器，八選一及三選一等單元作進一步說明。
（1）分頻器
74161進行13分頻，輸出訊號頻率為341khz。74161是乙個4位二進位制加計數器，預置在3狀態。
74193完成÷2、÷4、÷8、÷16運算，輸出bs、s1、s2、s3等4個訊號。bs為位同步訊號，頻率為170.5khz。
s1、s2、s3為3個選通訊號，頻率分別為bs訊號頻率的1/2、1/4和1/8。74193是乙個4位二進位制加/減計數器，當cd= pl =1、mr=0時，可在q0、qb、qc及qd端分別輸出上述4個訊號。
40160是乙個二一十進位制加計數器，預置在7狀態，完成÷3運算，在q0和q1端分別輸出選通訊號s4、s5，這兩個訊號的頻率相等、等於s3訊號頻率的1/3。
分頻器輸出的s1、s2、s3、s4、s5等5個訊號的波形如圖1-4（a）和1-4（b）所示。
（2）八選一
採用8路資料選擇器4512，它內含了8路傳輸資料開關、位址解碼器和三態驅動器，其真值表如表1-1所示。us5、us6和us7的位址訊號輸入端a、b、c並連在一起並分別接s1、s2、s3訊號，它們的8個資料訊號輸入端x0 ~ x7分別k1、k2、k3輸出的8個並行訊號連線。由表1-1可以分析出us5、us6、us7輸出訊號都是碼速率為170.
5kb、以8位為週期的序列訊號。
（3）三選一
三選一電路原理同八選一電路原理。s4、s5訊號分別輸入到us8的位址端a和b，us5、us6、us7輸出的3路序列訊號分別輸入到us8的資料端x3、x0、x1，u8的輸出端即是乙個碼速率為170.5kb的2路時分復用訊號，此訊號為單極性不歸零訊號（nrz）。
圖1-4 分頻器輸出訊號波形
（4）倒相與抽樣
圖1-1中的nrz訊號的脈衝上公升沿或下降沿比bs訊號的下降沿稍有點遲後。在實驗二的數字調製單元中，有乙個將絕對碼變為相對碼的電路，要求輸入的絕對碼訊號的上公升沿及下降沿與輸入的位同步訊號的上公升沿對齊，而這兩個訊號由數字信源提供。倒相與抽樣電路就是為了滿足這一要求而設計的，它們使nrz-out及bs-out訊號滿足碼變換電路的要求。
表1-1 4512真值表
fs訊號、nrz-out訊號之間的相位關係如圖1-5所示，圖中nrz-out的無定義位為0，幀同步碼為1110010，資料1為11110000，資料2為00001111。fs訊號的低電平、高電平分別為4位和8位數碼訊號時間，其上公升沿比nrz-out碼第一位起始時間超前乙個碼元。
圖1-5 fs、nrz-out波形
三、 主要儀器裝置
（1）通訊原理實驗箱
（2）示波器
四、操作方法與實驗步驟
1、熟悉信源模組的工作原理。
2、開啟電源開關及模組電源開關，用示波器觀察數字信源模組上的各種訊號波形。
3、用同軸電纜將fs輸出與示波器外同步訊號輸入端相連線，把fs作為示波器的外同步訊號，進行下列觀察：
（1） 示波器的兩個通道探頭分別接nrz-out和bs-out，對照發光二極體的發光狀態，判斷數字信源單元是否已正常工作（1碼對應的發光管亮，0碼對應的發光管熄）；
（2） 用撥碼k1產生**×1110010（×為任意**，1110010為7位幀同步碼），k2、k3產生任意資訊**，觀察本實驗給定的集中插入幀同步碼時分復用訊號幀結構，和nrz碼特點。
五、實驗內容及實驗資料記錄
1、熟悉信源模組的工作原理。
本模組有以下測試點及輸入輸出點：
clk-out時鐘訊號測試點，輸出訊號頻率為4.433619mhz
bs-out信源位同步訊號輸出點/測試點，頻率為170.5khz
fs信源幀同步訊號輸出點/測試點,頻率為7.1khz
nrz-outnrz訊號輸出點/測試點
2、示波器探頭檢查
3、示波器觀察數字信源模組上的各種訊號波形。
（1）clk訊號波形
（2）bs-out訊號波形（位同步訊號）
（3）fs訊號波形（幀同步訊號）
（4）nrz訊號波形（單極性不歸零碼訊號）
3、用同軸電纜將fs輸出與示波器外同步訊號輸入端相連線，把fs作為示波器的外同步訊號電路：
（1） 示波器的兩個通道探頭分別接nrz-out和bs-out，對照發光二極體的發光狀態。
（2） 用撥碼k1產生**×1110010，k2、k3產生任意資訊**。
六、實驗資料處理與分析
1、當示波器的兩個探頭分別接nrz-out和bs-out時，發光二極體處於亮的狀態（且可以仔細觀察發現撥碼k為低電平時候發光二極體滅，為高電平時發光二極體亮），表明數字信源單元正常工作。
（2）從示波器中可以觀察到的單極性非歸零碼（nrz）、幀同步訊號（fs）、位同步時鐘（bs）影象如上所示。從示波器中可以觀察到nrz、fs兩個訊號的對應關係見下圖：
注：圖中nrz-out的無定義位為0，幀同步碼為1110010，資料1為11110000，資料2為00001111。fs訊號的低電平、高電平分別為4位和8位數碼訊號時間，其上公升沿比nrz-out碼第一位起始時間超前乙個碼元。
（3）從示波器中可以看出單極性不歸零的占空比為100%。
（4）由本實驗以及上述可以總結nrz的特點為傳送能量大且有利於提高接受端信比，帶寬窄但直流和低頻成分大，但是nrz不能提取同步資訊，而且判決電平也不穩定，其主要用於裝置內部和短距離通訊中。
（5）根據實驗觀察和記錄結果可知nrz、fs、bs三個訊號的對應關係為：fs訊號的上公升沿比nrz-out碼第一位起始時間超前乙個碼元，信源同步訊號bs是週期矩形訊號。
七、質疑、建議、問題討論
通過實驗我了解了單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶訊號波形特點；掌握集中插入幀同步碼時分復用訊號的幀結構特點；掌握數字訊號源電路組成原理；用示波器觀察單極性非歸零碼（nrz）、幀同步訊號（fs）、位同步時鐘（bs）；學習了電路原理圖。根據實驗觀察記錄結果可以知道nrz、fs、bs三個訊號的對應關係為：fs訊號的上公升沿比nrz-out碼第一位起始時間超前乙個碼元，信源同步訊號bs是週期矩形訊號
在實驗後對數字訊號源電路組成原理有了更進一步的理解。對示波器的使用也有了進一步的學習。
福建農林大學計算機與資訊學院資訊工程類實驗報告
系： 電子資訊工程專業： 電子資訊工程年級： 2010
姓名： 學號： 實驗課程： 資料通訊原理
實驗室號：_____田c－405 實驗裝置號： 4 實驗時間： 11.21
指導教師簽字成績實驗二數字調製實驗
資料通訊原理實驗報告
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資料通訊原理實驗報告5
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