系统设计实践与创新[1]-第70组(组长程然)设计报告

1、姓名班级学号具体负责的工作联系方式程然F11030245110309695统调，程序编写，电路设计，报告撰燕儿F11030245110309697电路焊接，电路调试，报告撰写李超F11030235110309690电路设计，LabVIEW编写摘 要：本实验报告主要介绍了数字基带通信实验系统和自动幅频特性测量的设计方案和要点。涉及到的实验设备有TI公司提供的MSP430 LaunchPad, FPGA实验板Basys2以及实验模拟电路。硬件部分设计包括低通滤波器、加法器的设计、焊接与调试，软件部分设计包括了用 MSP430 实现 4 阶和3阶M 序列及差分编码，位同步时

2、钟的恢复以及基于labview控制程序的幅频特性测量。报告还给出了调试过程、测试结果和实验心得等，对以后的设计类课程有一定的借鉴作用。关键词： 数字基带通信实验系统，M序列，滤波器，加法器，眼图，labviewABSTRACTThis report describes the experimental digital baseband communication system and automatic measurement of amplitude-frequency characteristics and design elements.The system involves exper

3、imental equipment provided by TI MSP430 LaunchPad, FPGA experimental board Basys2 and experimental analogue circuits. Hardware design includes the designing, soldering and debugging of LPFs and the Adder. Software design includes the realization of four/three order M sequence and differential coding

4、 on MSP430, the realization of bit synchronous clock recovery on Basys2 as well as the measuring of the amplitude frequency characteristic based on the Labview control program .The report also gives the debugging process, the results and experience in the experiment and so on. For subsequent design

5、course it may provide the readers with some reference.KEYWORDSDigital baseband communication experiment system, M series, filters, adder，eye diagram，labview上海交通大学 电子信息与电气工程学院地 址：东川路800号邮 编：200240目录1. 概述11.1 编写说明11.2 名词定义11.3 硬件开发环境21.4 软件开发环境21.5 缩略语22. 系统总述32.1 系统组成32.2 系统的主要功能32.2.1 M序列发生模块32.2.2

6、差分编码模块32.2.3 码型变换模块32.2.4 有源低通滤波器42.2.5 加法器模块42.2.6 接收滤波器模块42.2.7 位同步电路模块43. 发送机电路的设计53.1 M序列发生器的设计53.1.1 M序列概述53.1.2 M序列发生模块的原理及实现53.2 差分编码模块的设计63.2.1 差分编码简介63.2.2 差分编码模块的具体实现63.3 码型变换模块的设计73.3.1 A741运算放大器简介73.3.2 Shaping的作用73.3.3 Shaping模块原理及具体实现74. 信道电路的设计94.1 有源低通滤波器的设计94.1.1 （信道）低通滤波器的作用94.1.2

7、LPFC的具体实现94.2 加法器的设计105. 接收机电路的设计115.1 接收滤波器的设计115.2 信号调理模块的设计115.3 数字锁相法位同步电路的设计115.3.1 锁相环概述115.3.2 数字锁相法位同步电路的原理及实现126. 基于LabVIEW程序控制的幅频特性自动测量136.1 实验原理136.2 实验要求1136.3 设计和实现方法147. 眼图的观测157.1 眼图简介157.2 眼图观测方法158. 致谢169. 参考文献1710. 附录A 测试和分析1810.1 测试项目和方法1810.1.1 第一轮测试（中期检查）方法和评分规则1810.1.2 第二轮测试方法和

8、评分规则1910.2 测试的资源2010.3 测试结果及分析2011. 附录B 课程学习心得和意见建议2212. 附录C LabVIEW程序前面板及框图2313. 附录D 软件程序清单2513.1 Msp430产生M4/ M3序列及差分编码程序2513.2 Basys2数字锁相程序2914. 附录E 部分实物图33第35页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院1. 概述1.1 编写说明本篇报告为上海交通大学 2011级电子信息与电气工程学院系统设计与创新实践1的课程设计第70组的报告，介绍了数字基带通信实验系统的设计。利用 MSP430 产生3阶和4 阶 M 序列作为信号源，用信号发生器产生的

9、白噪声作为噪声源。信源经过滤波后，与噪声进行叠加并经过滤波后得到加噪信号，最后利用位同步时钟恢复电路实现信号的还原。本文旨在全面记录本实验小组的设计思路和操作过程，总结经验与心得体会，供指导老师在检查评分时参考，亦可作为与同学交流沟通的书面材料。本文适合电子相关专业人士以及有一定理论基础的业余电子设计爱好者阅读，以及以后做本课程的同学。1.2 名词定义M 序列：由n级移位寄存器所能产生的周期最长的序列，是目前广泛应用的一种伪随机序列。 运算放大器：可以对电信号进行运算，一般具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的放大器。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。加法器：将两个以上的不同频

10、率的基带信号混合在一起形成一路信号输出的器件为加法器。有源低通滤波器：由集成运放和无源元件电阻和电容构成的电路，功能是允许从零到某个截止频率的信号无衰减地通过，而对其它频率的信号有抑制作用。 位同步：位同步的目的是使每个码元得到最佳的解调和判决。位同步可以分为外同步法和自同步法两大类。 眼图：利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。1.3 硬件开发环境 表1.1硬件开发工具及运行环境开发工具运行环境直流稳压电源220V交流电示波器220V交流电数字万用表220V交流电信号发生器220V交流电

11、电烙铁220V交流电镊子，剪刀，螺丝刀，钳子，电源线等1.4 软件开发环境表1.2软件开发工具及运行环境开发工具 运行环境 Code Composer Studio v5Windows 7Xilinx ISE DesignSuiteWindows 7Filter SolutionWindows 7Adept Digilent Windows 71.5 缩略语M4：4阶M序列，0.5Kbps码率，用作信号源M3：3阶M序列，0.5Kbps码率，用作信号源Shaping：双极性码型变换LPFC： 三阶有源低通滤波器，截止频率5KHz/2KHz，十倍频程衰减大于40dB，用作基带信道Adder: 加

12、法器，使信号和噪声叠加LPFR： 接收机低通滤波器BitSyn1: 位同步时钟提取2. 系统总述2.1 系统组成数字基带通信实验系统主要由三部分组成，首先发送机电路由 MSP430 产生M序列作为信源，经过二进制差分编码和双极性码型变换产生更适于信道传输的码流波形。馈入信道电路后经过低通滤波后与高斯白噪声进行叠加得到加噪信号。进入接收机经过滤波后，利用位同步时钟恢复电路还原信号，并在示波器显示眼图。系统组成框图如下图所示。图2.1 系统组成框图12.2 系统的主要功能四阶或三阶M序列由TI公司提供的MSP430 LaunchPad产生。M序列产生后，经过二进制差分编码和双极性码型变换产生能有效

13、克服信道相位模糊和不带直流分量的信号。而后经过一个截止频率为2KHz或者5kHz的低通滤波器，滤除信号产生时的高频噪声，从而得到比较好的的低频信号。通过增益为1的加法器将噪声与白噪声叠加后，经过接收滤波器的处理，可以有效的降低高频噪声的幅值。数字锁相模块由FPGA实验板实现，输出信号经过数字锁相模块后可以得到与信号源相同的时钟信号，在锁相的过程中可以通过调节噪声的幅度和频率分别得到锁相功能的临界幅度与频率。最后，恢复出来的本地时钟信号与输出信号一同在示波器上形成眼图，得到最终的结果。2.2.1 M序列发生模块基于MSP430产生可切换的三阶或四阶M序列，数据率为0.5Kbps，数据率误差不大于

14、0.1%。2.2.2 差分编码模块基于msp430，对M序列进行差分编码之后输出。2.2.3 码型变换模块以A741运放为核心芯片，将码型转换为不带直流分量的双极性码。2.2.4 有源低通滤波器三阶有源低通滤波器，截止频率5KHz/2KHz可切换，十倍频程衰减大于40dB，用作基带信道，滤除信号产生时的高频噪声。2.2.5 加法器模块用任意波信号发生器产生高斯白噪声，和信号一起输入加法器，使信号和噪声叠加混合。用示波器可观测到受噪声污染后的数字信号“眼图”。2.2.6 接收滤波器模块接收端增加（低通）滤波器，过滤信号频带以外噪声，提升接收信噪比。示波器可观测到经过改善，但仍存有噪声的数字信号“

15、眼图”。2.2.7 位同步电路模块基于Basys2板卡，利用数字锁相环法实现位同步时钟的恢复，恢复出来的本地时钟信号与输出信号一同在示波器上形成最终“眼图”。3. 发送机电路的设计3.1 M序列发生器的设计3.1.1 M序列概述M序列（即De Bruijn序列）又叫做伪随机序列、伪噪声(PN)码或伪随机码，是一种可以预先确定并重复产生和复制，又具有随机统计特性的二进制序列。M序列是目前广泛应用的一种伪随机序列，其在通信领域有着广泛的应用，如扩频通信，卫星通信的码分多址，数字数据中的加密、加扰、同步、误码率测量等领域。M序列是最长线性移位寄存器序列的简称，是由带线性反馈的移位移存器产生的周期最长

16、的一种序列。它的周期T和移位寄存器阶数n之间的关系是。m序列具有均衡性，即在m序列的一个周期中，0和1的数目基本相等，且1比0多一个。 3.1.2 M序列发生模块的原理及实现在本次实验中我们小组选取特征多项式 和 来分别产生4阶和3阶M序列。下图是一般线性反馈器产生M序列的原理方框图。 图3.1 M序列发生原理图3基于msp430内部的计时器，可以得到1ms一次中断，时钟翻转一次，也即得到周期T=2ms的位同步脉冲。分别利用4位和3位移位寄存器按特征多项式进行运算移位和反馈，即可输出数据率为0.5Kbps的M序列。4阶M序列每15位输出一个周期同步脉冲，3阶M序列每7位输出一个周期同步脉冲。通

17、过改变外部电路的跳帽连接方式，可实现两种M序列的切换。下图为本模块流程图。 图3.2 M序列发生模块流程图3.2 差分编码模块的设计3.2.1 差分编码简介差分编码是一种把0,1信息寄存在相邻两码元电平相对变化上的编码方式，可以有效地克服信道的极性或相位不确定性，即使在传输中反相，接收端也能正确恢复出原始码流。差分编码及译码的原理图见下图（其中 为模二加运算）。图3.3 差分编码及译码原理图1 3.2.2 差分编码模块的具体实现基于msp430，取出M序列的输出的码元 ，与前一位的差分编码输出码元 做异或运算，结果作为 输出。不断循环进行上述过程，即完成差分编码。3.3 码型变换模块的设计3.

18、3.1 A741运算放大器简介A741是在电路设计中较为常见的一种集成运放芯片，其各引脚功能见下图。图3.4A741外部引脚图23.3.2 Shaping的作用 为使得信号不带直流分量，更适于在信道中传输，需要将msp430板卡输出的3.3VTTL电平转换为正脉冲峰值2V0.3V，负脉冲峰值2V0.3V的双极性码型。这样当0,1两种符号统计数量近似相等时（由M序列本身性质决定），信号直流成分近似为零。3.3.3 Shaping模块原理及具体实现下图为Shaping模块原理图。图3.5 Shaping模块原理图1电压比较部分需要选取适当的分压电阻，使反向输入端分压约为。因，所以选取即可，我们小组

19、选取了=200，=100，其余限流电阻选取适当阻值即可。钳位电路采用两组三个串联的1N4148二极管首尾相连，将对地电位差大约钳制限定在 0.7(V)3之内。钳位电路见下图。图3.6 钳位电路图14. 信道电路的设计4.1 有源低通滤波器的设计4.1.1 （信道）低通滤波器的作用模拟“带宽受限基带信道”传输特性的低通滤波器的性能是对发送的码元进行滤波，使其成为带限信号，方便接收端对于信号的还原。4.1.2 LPFC的具体实现以截止频率为5KHz的LPFC为例，其设计图及各个元件具体参数见下图。 图4.1 5KHz LPFC的设计图为了保证十倍频程阻带衰减不小于40dB，我们选取了三阶电路，基于

20、filterpro软件的功能，我们得到了图4.1所示的有源低通滤波器。在实际实验过程中，因为真实元件存在客观误差，该电路的性能并不是很好，我们于是将R1(3.3k)，R3(680)两个与滤波器性能密切相关的电阻替换成电位器，以方便微调。在设计2KHz的LPFC时，由于对此滤波器指标要求较宽松，我们小组采取的方法是将5KHz滤波器的R1并联一个电位器作为分路，通过调整其阻值使截止频率达到2KHz即可。两种截止频率LPFC的切换用跳帽完成。 图4.2 5KHz LPFC的幅频特性曲线4.2 加法器的设计Adder电路图如下图所示。图4.3 Adder电路图1加法器的目的是将滤波器输出的波形和信号发

21、生器产生的高斯白噪声叠加起来，实现方式为增益为1的同相比例加法器，图中所有电阻均选取200即可实现。5. 接收机电路的设计5.1 接收滤波器的设计接收端低通滤波器的作用是滤除带外噪声，提升接收信噪比。在设计的时候我们小组采用了和发送端截止频率为2KHz的滤波器相同的电路结构，但由于对接收端LPFR的性能并没有严格要求，因此在制作时，我们只是通过调节电位器使LPFR基本实现滤去噪声的功能即可。5.2 信号调理模块的设计信号调理模块的电路图如下图。图5.1 信号调理模块电路图1这一部分主要包括单纯尺度变换和单纯平移偏置两部分，单纯尺度变换是将信号幅值由4v左右压缩至3.3v，单纯平移偏置的目的是将

22、电压值的变化范围由双极性调整为最低从零开始的TTL电平以输入后极板卡。我们在单纯尺度变换电路中经过计算，电阻取值从左到右分别为 和，并且二者满足 ，最终我们组选择 =10k，=8k。5.3 数字锁相法位同步电路的设计5.3.1 锁相环概述锁相环（PLL: Phase-locked loops）是一种利用反馈（Feedback）控制原理实现的频率及相位的同步技术，其作用是将电路输出的时钟与其外部的参考时钟保持同步。当参考时钟的频率或相位发生改变时，锁相环会检测到这种变化，并且通过其内部的反馈系统来调节输出时钟频率，直到两者重新同步，这种同步又称为“锁相”（Phase-locked）。5.3.2

23、数字锁相法位同步电路的原理及实现数字锁相法位同步电路的工作原理如下图所示。图5.2数字锁相法位同步电路的工作原理图1电路由本地时钟源、分频器、相位比较器和控制器所组成。若接收码元速率为f（Hz），则要求位同步脉冲的重复速率也为f（Hz）。于是把接收端晶振的振荡频率设计为Nf（Hz），由晶振输出经整形后得到重复频率为Nf（Hz）的窄脉冲，经由扣除门、附加门和或门组成的控制器并N次分频后，就可得重复速率为f（Hz）的位同步信号。如果接收端晶振输出经N次分频后，不能准确地和收到的码元同频同相，这时就要根据相位比较器输出的误差信号，通过控制器对分频器进行调整。调整的原理是当分频器输出的位同步脉冲超前于

24、接收码元的相位时，相位比较器送出一超前脉冲，加到扣除门（常开）的禁止端，扣除一个a路脉冲，这样，分频器输出脉冲的相位就推后1/N周期（即360/N）；反之，当位同步脉冲相位滞后于接收码元的相位时，相位比较器送出一滞后脉冲，加于常闭的附加门令其打开，使b路输出的一个脉冲通过“或门”，插入在原a路脉冲之间，使分频器的输入端添加了一个脉冲。于是，分频器的输出相位就提前1/ N周期。经这样的反复调整相位，即实现了位同步。基于上述原理，可用Basys2板卡实现位同步时钟的恢复。要从加噪方波信号中提取位同步信号，我们可以利用方波的上升沿或是下降沿。当发现信号中有电压跳变时，便可以确定这是一个码元的起始位置

25、。在程序中，我们连续读入加噪方波信号，并且对先后读入的数据做异或处理。当发现处理后的数据出现1时，便可以将原始频率为1KHz的信号向这个时刻对齐，以达到锁相的效果。6. 基于LabVIEW程序控制的幅频特性自动测量随着技术进步，传统测量仪器，如信号发生器、电表、示波器等，都可以与PC 通信连接，厂商还常常提供上层应用程序开发接口，使开发者可以方便地设计PC 程序对测量仪器进行编程控制，以代替原来需要人工在仪器面板上的一部分操作。实验室装备的Agilent 公司仪器设备均可以通过USB 或LAN 接口与PC 连接。Agilent 公司和NI 公司（LabVIEW 产品提供商）联合为这些仪器提供了

26、LabVIEW 应用程序开发接口。电路的幅频特性测试是电路特性的一项基本测量。测量者通常采用逐频点测量取样，获得在所关心的频段上关于电路输入输出信号幅度的比值关系，从而描绘出幅频特性相应指标和曲线图示。这种逐频点操作过程往往冗长而枯躁，动作重复，恰恰十分适合交由计算机程序来操作和控制。6.1 实验原理图6.1幅频特性自动测量1 如图6.1 所示，用两根USB 电缆把笔记本个人电脑分别与函数信号发生器和多用电表连接，利用厂商提供的针对这两个仪器设备的LabVIEW 程序开发接口，设计LabVIEW应用程序自动控制幅频特性的测量过程， 并与人工测量结果做一定的对比和验证。6.2 实验要求1被测电路

27、对象选择课程实验电路LPFC 或LPFR。测量内容应包含： （1）通带特性 频率范围取20Hz 至5KHz。除20Hz 频点外，其余频点取200Hz 的整倍数。建议输入有效值为1.00V 的正弦信号，逐点测量并记录输出信号幅度，计算各频点位置的通带增益。 （2）过渡带特性和3dB 截止频率点 频率范围取5KHz 至20KHz。取1KHz 的整倍数作为测量频点，建议输入有效值为1.00V 的正弦信号， 逐点测量并记录输出信号幅度，计算各频点位置的增益。 程序控制找寻增益最接近0.707 的频点，记录为3dB 截止频率点，建议该频点位置精确到10Hz 或1Hz。程序控制的算法应适当智能优化，避免机

28、械而笨拙地以10Hz或1Hz为步进，造成测试过程过于缓慢。（3）阻带增益和十倍频程阻带衰减频率范围取20KHz至100KHz。取10KHz的整倍数作为测量频点，建议输入有效值为1.00V的正弦信号，逐点测量并记录输出信号幅度，计算各频点位置的增益。测量并计算该滤波器的十倍频程阻带衰减。（注意：多用电表的测量带宽上限，假设是100KHz，则被测滤波器带宽最好在10KHz或以下，否则十倍频程的读数可能已不够准确。）（4）幅频特性曲线图以频率为横轴，采用线性刻度，以幅度增益为纵轴，采用线性坐标，绘出包含通带和过渡带的幅频特性曲线图。以频率为横轴，采用线性刻度，以幅度增益为纵轴，采用对数坐标，绘出包含

29、通带、过渡带和阻带的幅频特性曲线图。6.3 设计和实现方法LabVIEW 前面板及整体设计框图见附录C。由上述实验要求可知，实验基本的功能在于频带的划分和不同频带中频率步长的设定，即在不同的频带范围内，频率增长的步长是不同的。实现这一基本功能，可以有很多方法，比如:matlab或者C语言的嵌入。但是，我们组认为采用高级语言的嵌入，形式上虽然比较简洁，但是并不是基于labview的编程实现。所以，我们采用是以labview图形语言为基础的编程实现。虽然看起来比较繁琐，但是对于不同频带都有着详细的划分。完整的将不同频带频率的不同变化呈现出来。对于不同频带步长的实现，我们主要采用的条件判断模块。根据

30、不同频带的不同截止频率进行判断，根据不同的判断结果设定不同的步长，从而实现了最基本的功能。十倍频的衰减和截止频率都直接能显示在前面板上，通带内增益可由读图得出。 7. 眼图的观测7.1 眼图简介眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称 为 “眼图”。从“眼图”上可 以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的

31、传输性能。利用示波器观察时，由于示波器的余辉作用，扫描所得的每一个码元波形将重叠在一起，从而形成眼图。7.2 眼图观测方法图7.1 眼图观测方法示意图1如上图所示，观测眼图时，示波器的水平扫描周期需与符号的周期同步。符号位同步时钟送入CH1，定此通道为扫描触发源，合理调整触发电平(Level)用CH2观察信号，使屏幕上CH2的波形形成“眼图”。8. 致谢本次系统设计课程让我们小组每位成员都感到受益匪浅。在实验和研究过程中，我们小组得到了许多老师的指导和同学的帮助。这门课程研究的是数字基带通信系统，将我们以前在通信原理等相关课程中学到的理论知识很好的与实践结合起来，提供了我们一个自主研究、学习、

32、实践的机会，培养了我们的创新意识以及合作精神。在听过袁老师的几次指导讲座，我们小组制定了基本的设计方案和分工。不过，在调试过程中我们遇到了许多意想不到的困难，让我们深切感受到了理论和实际之间的差距。还好有实验室的指导老师为我们指点迷津，他们并不会直接告诉我们正确的设计方法或者问题所在，而是教会我们如何调试出问题在哪里，并给予了我们丰富的参考资料。直接告诉我们正确答案也许会让我们很快完成课程任务，但却无法培养发现问题，解决问题的能力。而老师的巧妙点拨却能让我们沿着正确的方向自主研究，提高了我们电路调试的能力。此外，我们还要感谢帮助过我们的其他小组的成员，实验初期我们对电路方案进行了热烈的讨论，对

33、电路元件的选取也不断进行比较。在实验中，当我们遇到困难的时候他们总是十分乐意帮助我们。正是这种互帮互助的精神让我们能够成功地完成课程任务。在实验室奋斗的日子将是我一生的宝贵财富。衷心感谢袁老师的悉心指导，实验室老师们的精心点拨以及其他同学的热心帮助！9. 参考文献 1 上海交大电子工程系. 系统设计实践与创新1 讲义.48.2 A741 . 3王会华，李宝平.m序列发生器的设计与实现.北京电子科技学院学报.2007-6:15-2.10. 附录A 测试和分析10.1 测试项目和方法10.1.1 第一轮测试（中期检查）方法和评分规则表10.1第一轮测试基本技术指标

34、1检测项目检测条件检测方法评分规则供电电压直接观察。限定使用5V双电源（可仅使用单路；允许单片机或FPGA开发板卡另行有供电）。不合规定则停止评测。m序列发生（M）示波器CH1接C点，并定为触发源；CH2接A或B点。观察C点波形，m序列码流对应的序列周期时钟。正确得2分；不正确0分。观察B点波形，m序列码流对应的符号位时钟。正确得2分；不正确0分。观察A点波形，m序列码流。三阶、四阶可切换，正确得3分；不正确0分。0.5Kbps，正确得3分；不正确0分。码型变换（Shaping）示波器CH1接C点，并定为触发源；CH2接D点。观察D点波形，矩形波，正脉冲峰值2V0.3V，负脉冲峰值2V0.3V

35、。正确得5分；不正确0分。低通滤波器（LPFC）单独测试。点频法。使用函数信号发生器和交流电表，同时以示波器辅助观察。输入信号峰值2V截止频率选择5KHz测量和计算通带增益。老师选择合适的频点，逐点测量和计算，通带增益和起伏，误差小于等于3%，得5分；否则，小于等于5%，得3分；其他得0分。测量和计算过渡带特性；并确定实际的3dB截止频率点。截止频率误差：小于等于3%（150Hz），得10分；大于3%，小于等于7%，得8分；大于7%，小于等于10%，得6分；其他，得0分。阻带衰减，50KHz点衰减。50KHz衰减大于等于40dB，得5分；否则衰减大于36dB，得4分；其他得0分。截止频率换作2

36、KHz测量和计算过渡带特性；并确定实际的3dB截止频率点。截止频率误差：小于等于3%（60Hz），得10分；大于3%，小于等于7%，得8分；大于7%，小于等于10%，得6分；其他，得0分。加法电路（Adder）开关A接通前级信号，开关B接地示波器观察E和F点，两点波形基本一致正确得2分；不正确0分。开关A接地，开关B接通白噪声；噪声发生器峰峰值设为200mV。示波器观察G和F点，两点波形基本一致正确得2分；不正确0分。开关A和B不接地观察点F波形，信号与噪声的叠加。正确得6分；不正确0分。眼图观察由学生按模式一眼图观测法调节好示波器用示波器观察眼图能正确操作示波器，且波形正常，得5分；其他，得

37、0分；10.1.2 第二轮测试方法和评分规则表10.2第二轮测试基本技术指标1检测项目检测条件检测方法评分规则“零噪声”条件下位同步时钟恢复开关A接通前级信号，开关B接地。示波器CH1接B点，设为触发源；CH2接I点。LPFC带宽5KHz。观察CH2波形脉冲序列相对于CH1的可视相位动态抖动。CH1、CH2均应显示清晰稳定波形；CH2波形脉冲的可视相位动态抖动范围20%个码元宽度，得10分；波形稳定但抖动超标，得8分；波形偶然不稳定得6分；波形完全不稳定得0分。“有噪声”条件下位同步时钟恢复注1开关A接通前级信号，开关B接通噪声源。起始时，噪声发生器负载阻抗匹配为“高阻”，噪声带宽设为5KHz

38、，峰峰值设为3V。（见图1）LPFC带宽5KHz。1. 观察F点波形波形必须正常，否则不再进一步评测本项。2. 验证同步时钟恢复以示波器CH1观察点B；以示波器CH2观察点I。设CH1为触发源。观察CH2波形脉冲序列相对于CH1的可视相位动态抖动。2. CH1、CH2均应显示清晰稳定波形；CH2波形脉冲的可视相位动态抖动范围25%个码元宽度，得10分；波形稳定但抖动超标，得8分；波形偶然不稳定得6分；波形完全不稳定得0分。以上后三种情况，则不再进第3步评测。3. 测试位同步恢复性能极限以0.5V为步进，寻找最大的系统噪声容限。3. CH1、CH2均应显示清晰稳定波形；CH2波形脉冲相对于CH1

39、的可视相位动态抖动范围25%个码元宽度评分规则如下，噪声设置峰峰值3.5V，4分； 4.0V，5分；4.5V，6分； 5.0V，7分；5.5V，8分； 6.0V，9分；6.5V，10分； （每增加0.5V，加1分，不封顶）眼图观察LPFC带宽5KHz。由学生按模式三眼图观测法调节好示波器用示波器观察眼图并拷贝波形（用于写实验报告）。能正确操作示波器，且波形正常，得5分；其他，得0分；注1 若“零噪声”条件下位同步时钟恢复功能无法正常，则不再测试本项表10.3滤波器幅频特性自动测量评价1检测项目检测条件检测方法评分规则低通滤波器幅频特性由老师指定被测电路。记录通带内增益最大和最小值。（可以读图）

40、正确得2分；不正确0分。记录截止频率读数（必须有数字显示，不可以读图）正确得5分；不正确0分。记录十倍频程阻带衰减（必须有数字显示，不可以读图）正确得3分；不正确0分。LabVIEW程序界面和功能由老师观察、验证。能否设置频带划分点（通带、过渡带、阻带分界点）。正确得1分；不正确0分。观看通带和过渡带的幅频特性曲线图，线性坐标。正确得2分；不正确0分。观看通带、过渡带和阻带的幅频特性曲线图，对数坐标。正确得2分；不正确0分。10.2 测试的资源1. 示波器 2. 直流稳压电源 3. 函数信号发生器 4. 数字万用表 5. 电源引线若干 6. 示波器探头两个 10.3 测试结果及分析中期检测主要

41、针对发送机和信道的性能的检测。在发送机部分，通过msp430编程我们组成功产生三阶或四阶可切换的M序列，满足数据率为0.5Kbps，数据率误差不大于0.1%的指标要求。经差分编码和双极性码型变换后，得到正负脉冲峰值均在2V附近的双极性波形。在信道部分，要求滤波器能在低频部分让信号无失真的通过且增益为1，截止频率为5KHz和2KHz可切换，并在高频部分衰减大于40dB。实际检测时我们小组的两个发送滤波器的截止频率在4.94KHz和1.96KHz左右，十倍频是衰减在50dB左右，通带增益也在1附近微小波动。在滤波器的性能上，我们小组较好的达到标准。同时加法器的要求是增益为1的叠加，我们也能很好的实

42、现。最终检测对我们小组来说并不是非常困难，在增加了接收滤波器后，在零噪声输入情况下，我们利用Basys2板卡编写的程序成功地实现了锁相的目标，恢复的位同步时钟抖动幅度非常的小。在增大噪声峰峰值观察时，最多可加噪到16V，也算是锁相性能较为优秀的小组。LabVIEW自动幅频测量基本功能也能够全部实现，得到很准确的结果。总的来说，我们中期和终期的检测还是比较顺利的。11. 附录B 课程学习心得和意见建议这次的系统设计实践与创新课程让我们学到了很多。首先，这次实验运用到了许多我们以前所学的电路理论，以及正在学习的通信原理的只是，不仅让我们复习了电路基础，而且还让我们对正在学习的通信原理的许多理论有了

43、更为深入的理解，尤其是有源低通滤波器部分的设计过程中，我们还学会了利用filterpro软件帮助我们设计电路。其次，在实验过程中，我们的动手能力又得到了很好的锻炼，不仅在操作实验室仪器时更加得心应手，在电路的设计，排线，焊接方面也得到了很大的提高。而在面对实验中出现的种种问题、故障、以及意料外的误差等情况时，我们的纠错能力、细心程度，乃至耐心都得到了极大的提高。特别是在设计有源低通滤波器时，由于种种原因，滤波器的滤波性能总是与我们所希望的相去甚远，但是我们并没有马上放弃，在经过对电路的仔细分析，以及一次又一次的微调后，我们的作品终于一点一点地逼近了课程要求。再说，由于课程采用了小组参与的形式，

44、在锻炼个人能力的同时，更是极大地增强了我们的团队合作能力。可以肯定，这对于我们日后的发展必然是极为重要的。最后，在实验过程中，各位老师、助教都给予了我们极大的帮助。实验的整体思路、设计方案、需要注意的问题，老师都在课程讲座中交代过，实验室的助教也很负责，在我们缺少实验器材时，只要向助教提出，助教都能耐心的帮我们解决。12. 附录C LabVIEW程序前面板及框图图12.1 LabVIEW程序前面板图12.2 LabVIEW程序框图1图12.3 LabVIEW程序框图2图12.4 LabVIEW程序框图313. 附录D 软件程序清单13.1 Msp430产生M4/ M3序列及差分编码程序/* *

45、 main.c */#includeunsigned char output; /输出信号标志unsigned char toggle1=0,toggle2=0; /位同步时钟unsigned char period1,period2; /周期同步时钟#define V_T1ms 993void port_init(void) P1DIR |= BIT0+BIT6+BIT3+BIT4+BIT5+BIT7; /设置P1输出口 P1OUT |= BIT0;/设置两个高电平（DIR是方向，1输出0输入，OUT是直接设置成高电平） P1OUT |= BIT6; P2DIR |= BIT1+BIT2+B

46、IT3+BIT4; /设置P2输出输入口，P2.0为输入，P2.1-2.5为输出 P2DIR &= BIT0;void timer0_init(void)TA0CTL = TASSEL_2 + MC_1 ; / 定时器0时钟: SMCLK=1MHz, UP modeTA0CCR0 = V_T1ms; /计满1000一次中断，1 msCCTL0 = CCIE; /CCR0 interrupt enabledunsigned char flag=0;#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR_interrupt void Timer0_A0 (void)flag=P2IN &

47、0x01;if (flag=1)toggle1+; /每1ms时钟翻转一次，也即2ms输出一位if(toggle1%30=0)period1=1;toggle1=0;else if (flag=0)toggle2+;if(toggle2%14=0)period2=1;toggle2=0;output=1;void init_devices(void)WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; / Stop watchdog timerif (CALBC1_8MHZ =0xFF | CALDCO_8MHZ = 0xFF)while(1); / If calibration constan

48、ts erased, trap CPU!/振荡源为片内RC振荡器，DCO=8MHz,供CPU; SMCLK=1MHz,供定时器A0、串行口UARTBCSCTL1 = CALBC1_8MHZ; / Set rangeDCOCTL = CALDCO_8MHZ; / Set DCO step + modulation，DCO=8MHzBCSCTL3 |= LFXT1S_2; / LFXT1 = VLOIFG1 &= OFIFG; / Clear OSCFault flagBCSCTL2 |= DIVS_3; / SMCLK = DCO/8 = 1MHzport_init();timer0_init(

49、);_BIS_SR(GIE); /开全局中断void main(void) unsigned char m1=0x0001; /4位寄存器初始状态为1000unsigned char m2=0x0001; /3位寄存器初始状态为100unsigned char m3=0x0000;unsigned char temp1,temp2;unsigned char data1=0x01,data2=0x01;unsigned char out1,out2;unsigned char t=0;init_devices();while(1)if(output=1)t=P2IN & 0x01;if(t=1)if(toggle1%2=0) if( m1 & 0x1000=0x1000 ) /M序列输出，P1.4（c4为1时输出高电平） P1OUT|=BIT4; /置1else