数字基带信号传输码型发生器的设计

数字基带信号发生器的设计

摘要

设计一个基于FPGA的数字基带信号发生器，首先简要介绍了单极性非归零码、双极性非归零码、单极性归零码、双极性归零码、差分码、交替极性码、分相码、传号反转码等基带码的基本特点，然后根据码型转换原理设计发生器模块。由于EDA技术可以简化电路，集成多块芯片，减小电路体积，所以程序采用VHDL进行描述，并用quartusII软件仿真实现所有功能，最后将功能集成到FPGA上，并设计电路、制作实物，产生的基带码稳定、可靠，可满足不同数字基带系统传输需要。

关键词：数字基带码；EDA；VHDL；PCB；FPGA

Abstract

FPGA-based design a letter-number generator with,first of all we briefly introduce unipolar NRZ code,bipolar NRZ,Unipolar zero yards code,bipolar zero yards code,differential code, alternating polarity code,phase code,code-reversal,and third-order high-density bipolar codes etc.Then we design generator module under the code-conversion design principles.As EDA technology can make circuit simple,integrate multiple chips,reduce the size of circuits,so we take advantage of VHDL to describe it and use quartusII software to simulate.Finally we integrate all the fetures into the FPGA,and design circuit to generate stable and reliable base-band code to meet the different base-band digital transmission system needs.

Key words:digital base-band code;EDA;VHDL;PCB;FPGA

目录

摘要 (1)

Abstract (2)

1前言 (5)

2数字基带信号 (6)

2.1数字基带信号的码型设计原则[2] (6)

2.2非归零码(NRZ码)[1][3] (6)

2.2.1单极性 (6)

2.2.2双极性 (7)

2.3归零码(RZ码)[1][3] (7)

2.3.1单极性 (7)

2.3.2双极性 (7)

2.4差分码[4] (8)

2.5交替极性码(AMI码)[4] (8)

2.6分相码(曼彻斯特码)[5] (9)

2.7传号反转码(CMI码)[4][6] (9)

3EDA概述 (11)

3.1硬件描述语言[8] (11)

3.1.1Verilog-HDL (12)

3.1.2VHDL (12)

3.2可编程逻辑器件[11] (13)

3.3EDA软件[12] (14)

4基带码发生器的设计原理 (15)

4.1基带码发生器的原理框图 (15)

4.2码型转换原理 (16)

5软件设计与仿真 (17)

5.1VHDL程序设计[13][14] (17)

5.2软件仿真 (19)

5.2.1编辑和输入设计文件 (19)

5.2.2创建工程 (20)

5.2.3全程综合与编译 (22)

5.2.4仿真测试 (22)

6仿真结果及分析 (23)

6.1器件仿真结果 (23)

6.2波形仿真结果 (23)

6.2.1NRZ的仿真波形 (23)

6.2.2DRZ的仿真波形 (24)

6.2.3CFM的仿真波形 (24)

6.2.4CMI的仿真波形 (25)

6.2.5FXM的仿真波形 (25)

6.2.6SRZ的仿真波形 (25)

6.2.7AMI的仿真波形 (26)

6.2.8综合仿真波形 (26)

7课设总结 (27)

参考文献 (28)

1前言

近年来，随着大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度和技术难度降低，数字通信系统的主要缺点逐渐得到解决，因此数字传输方式日益受到欢迎。

数字传输系统中，传输对象通常是二元数字信息，而设计数字传输系统的基本考虑是选择一组有限的离散的波形来表示数字信息。这些取值离散的波形可以是未经调制的电信号，也可以是调制后的信号。未经调制的数字信号所占据的频谱是从零域或很低频率开始，称为数字基带信号。不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统。数字基带传输系统方框图如图1-1所示。

图1-1数字基带传输系统方框图

目前，虽然数字基带传输的应用不是很广泛，但对于基带传输系统的研究仍然十分有意义，主要是因为：

1、在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用了这种传输方式；

2、随着数字通信技术的发展，基带传输方式也有迅速发展的趋势；

3、基带传输中包含带通传输的许多基本问题；

4、任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统。

2数字基带信号

数字基带信号是数字信息的一种表现形式，被用于数字基带传输系统。可以用不同电压或电流的代码来表示基带码。不同形式的基带码具有不同的频谱结构，合理地设计基带码是基带传输首先要考虑的问题[1]。

2.1数字基带信号的码型设计原则[2]

（1）对于传输频率很低的信道来说，线路传输码型的频谱中应不含直流分量。

（2）可以从基带信号中提取位定时信号。在基带传输系统中，需要从基带信号上提取位定时信息，这就要求编码功率谱中具有位定时线谱。

（3）要求基带编码具有内在检错能力。

（4）码型变换过程应具有透明性，即与信源的统计特性无关。

（5）尽量减少基带信号频谱中的高频分量。这样可以节省传输频带，提高信道的频谱利用率，还可以减少串扰。

2.2非归零码(NRZ码)[1][3]

非归零码分为两种，即单极性和双极性。

2.2.1单极性

这种传输码的零电平与正电平(或负电平)分别对应于二进制代码中的“0”码与“1”码。他的特点是：脉冲极性单一，有直流分量;脉冲波的占空比为100%，即一个脉冲持续的时间等于一个码元的宽度，在整个码元期间电平保持不变。该码经常在近距离传输时被采用。

图2-1单极性非归零码