眼图实验的设计

1.3 程序清单
ORG 00H
AJMP START
START : MOV SCON,#80H
;设置工作方式 2
MOV PCON,#00H
;置 SMOD=0,波特率不加倍
MOV A ,#96H
MOV C ,P
;奇偶位送 TB8
MOV TB8 ,C
LOOP : MOV SBUF,A
;送串口并发送数据
JNB TI ,$
1
(3) 模式 2 和模式 3
串行口工作于模式 2 和模式 3 时，被定义为 9 位异步通信接口。它们的每帧数据结构是 11 位组成
的：最低位是起始位（0），其后是 8 位数据位（低位在先），第 10 位是用户定义（SCON 中的 TB8 或 RB8），
最后一位是停止位（1）。模式 2 和模式 3 工作原理相似，唯一的差别是模式 2 的波特率是固定的，而模
因此，通频带
f p1 =
f0 2
fp2 =
f0 2
( ) ( ) 2
3 Auf 4
3 + Auf
( ) ( ) 2
3 Auf 4
3 + Auf
fbw = f p2
f p1
(3
Auf
)
f
0
=
f 0
Q
(6)
(7) (8) (9)
由式（1）、（4） 和（7）可得
f =3 bw
A uf
÷f = 0
2
RF R1
A
t
(a) A
(b)
t
(d) (c)
图 3 基带信号波形及眼图
3.2 眼图形成的原理 首先，不考虑噪声的影响。图 3 中(a)图是接收滤波器输出的无码间串扰的双极性基带信号波形，
用示波器观测它，并将示波器扫描周期调整到和码元周期相等，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形成图 3 中(b) 图所示的迹线细而清晰的大“眼睛”；图 3 中 (c) 图是有码 间串扰的双极性基带波形，由于存在码间串扰，此波形已经失真，示波器的扫描迹线就不完全重合，由 于形成的眼图迹线杂乱，“眼睛”张开得较小，且眼图不端正，如图 3 中 (d) 图所示。对比图(b)图(d) 可知，眼图张开得越大，且眼图越端正表示码间串扰越小，反之，表示码间串扰越大。
U R = O = 1 + f Auf
1
U R P
(1)
当 C1 = C2 C, R1 = R, R2 2R 时，电路的传输函数
[ ] ( ) A A (s) = (s)
u
uf
1+ 3
sRC Auf (s) sRC + sRC 2
(2)
令中心频率
f0
=
2
1 RC
，电压放大倍数
3
Auf
1
A = . ( ) u
÷ ÷ ÷
f
0
(10)
由式（9）可知，通过改变电阻 R2 或 R1 的阻值，可以改变通频带，且中心频率 f0 不受影响。为了
避免 Au = 3时发生自激振荡，一般取 RF p 2R。 2.3 参数的选择
因 为 信 号 的 波 特 率 为 187.5Hz ， 为 了 让 四 次 谐 波 全 部 通 过 ， 所 以 设 置 滤 波 器 的 频 率 应 为 f0 = 750 K H z ,设品质因数 Q = 5 ，由(1)、(5)式得 R f = 1.8 R1 ;由式（9）得 fbw = 1 5 0 K H z ;由(7)式
若滤波电路仅由无源元件组成，则称为无源滤波电路。若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件 组成，则称为有源滤波电路。
因为在无源滤波电路中，其通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，这一缺点常常不符合信号 处理的要求，因而在该设计中，选用有源滤波电路，即在无源滤波电路和负载之间加一个高输入电阻低 输出的隔离电路，最简单的方法是加一个电压跟随器，在本设计中选用单运放 F007，其引脚功能具体 见附录 2。为了更好地控制频带宽度以及上下截止频率，选用带通滤波器。因为一阶电路的过渡带较宽， 幅频特性的最大衰减斜率仅为-20dB/十倍频。增加环节，可加大衰减斜率，所以选择二阶电路。综上所 述，二阶带通滤波电路是最佳选择。 2.2 带通滤波电路原理
当存在噪声时，眼图的线迹变成了比较模糊的带状线，噪声越大，线条越宽越模糊，“眼睛”张开 得越小。不过，应该注意，从图形上并不能观测到随机噪声的全部状态，例如出现机率少的大幅度噪声， 由于它在示波器上一闪而过，因而用人眼是观察不到的。所以，在示波器上观测眼图只能大致估计噪声 的强弱。
开始，把一个起始位（0）送到 TXD 端，移位后数据由寄存器送到 TXD 端，再过一位，出现第一个移位
脉冲。
第一次移位时，把一个停止位“1”由控制器的停止位发生端送入移位寄存器的第 9 位。此后，每
次移位时，把 0 送入第 9 位。因此，当 TB8 的内容送到移位寄存器得输出位置时，起左面一位是停止位
这是将单片机的串行口扩展为若干并行输入口的工作模式，而在该设计中主要用它的串行口输出一 随机序列，所以在这不研究这种模式。 (2) 模式 1
串行口工作于模式 1 时，为波特率可变的 8 位异步通信接口。因为波特率是可变的，就会影响到信 道（带通滤波器）的中心频率，使之不确定，所以这种模式也不在考虑的范围之内。
SCON 用于控制和监视串行口的工作状态，其各位定义[9]如图 1 所示：
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
图 1 SCON 格式
SM0、SM1：用于定义串行口的工作模式，两个选择位对应四个模式；TB8 为用户定义位，在该设计 中它表示奇偶校验位。其余位不用，所以不再分析。 1.1.3 串行口工作模式选择[8] (1) 模式 0
;检测是否发送结束并清 TI
JMP LOOP
;重复发送相同的数据
程序注释：
第一句，SCON 中放而进制代码 10000000，说明 SM1 为 1，SM0 为 0，所以设置的工作模式位 2；第二句，
PCON 中放 00000000，说明 SMOD=0，波特率不加倍；第三句，说明要求输出的序列为 10010110。
(2) 对于操作模式 2 或 3，应根据需要在 TB8 中写入待发送的第 9 位数据。
(3) 若选定的操作模式不是模式 0，还需设定接收/发送的波特率。设定 SMOD 的状态，以控制波特率是
否加倍。若选定操作模式 1 或 3，则应对定时器 T1 进行初始化以设定其溢出率。在该设计中选择
模式 2，所以只需置 TB8（奇偶校验位）的值。
得
f p1
=
675KHz
;由式(8)式得
f p2
= 825KHz
;又
f0
=
2
1 RC
,所以当 R 1
=
200
时, C = 0 .0 1 F ,又
R = R1 R3 , R 2 = 2 R ，则原理图中各参数都已确定。
4
3 眼图的观测及其分析
从理论上讲，只要基带传输特性满足奈奎斯特第一准则，就可实现无码间串扰传输。但在实际中， 由于滤波器部件调试不理想或信道特性的变化等因素，都可能使传输特性改变，从而使系统性能恶化。 计算由于这些因素所引起的误码率非常困难，尤其在码间串扰和噪声同时存在的情况下，系统性能的定 量分析更是难以进行，因此在实际应用中需要用简单的实验方法来定性测量系统的性能，其中一个有效 的实验方法是观测接收信号的眼图。眼图是指利用实验手段方便地估计和改善（通过调整）系统性能时 在示波器上观测到的一种图形。
3 Auf
1+ j 3
1 Auf
f f0
f0 f
(3)
当 f = f 0 时，得出带通放大倍数
A
u
p
=
3
Au A
f u
f
Q Au f
(4)
Q= 1
所以
3 Auf
(5)
令式（3）分母的模为 2 ，即式（4）分母虚部的绝对值为 1，即
1
fp f 0
1
3 Auf f 0 fp
解方程，取正根，就可得到上限截止频率 f p1 和下限截止频率 f p2 分别为:
带通滤波电路可用低通滤波电路串联高通滤波电路得到。设前者的截止频率为 f1，后者的截止频率 为 f2，f2 应小于 f1，则通频带为 f2 减去 f1 的值。实用电路中采用了单个集成运放构成压控电压源二阶带 通滤波电路，电路原理如图 2 所示：
F007
Hale Waihona Puke 图 2 压控电压源二阶带通滤波电路
up (s) 同相比例运算电路的输入，比例系数
式 3 的波特率是可变的，与定时器 T1 的溢出率有关，所以不选择模式 3。
综上所述，模式 2 是最理想的选择。现在对模式 2 的发送过程进行具体分析：
发送过程是由执行任何一条 SBUF 为目的寄存器的指令来启动的。由“写入 SBUF”信号把 8 位数据
装入 SBUF，同时还把 TB8 装入发送移位寄存器的第 9 位，并通知发送寄存器要求进行一次发送。发送
串行口缓冲器 SBUF 是可直接寻址的特殊寄存器，其内部 RAM 字节地址是 99H。在物理上，它对应 着两个独立的寄存器，一个发送寄存器，一个接收寄存器。发送时，就是 CPU 写入 SBUF 的时候，51 系 列单片机没有专门的启动发送状态的指令；接收时，就是读取 SBUF 的过程，接收寄存器是双缓冲的以 免在接收下一帧数据之前，CPU 未能及时响应接收器的中断，没有把上一帧数据读走，而产生两帧数据 重叠的问题。 1.1.2 串行口控制寄存器 SCON
眼图实验的设计
摘 要： 设计了一个由信号源和模拟信道组成的眼图实验系统，通过相同信号经过两个不同性能信道后眼