增量调制研究.docx

增量调制研究摘要：存在带宽大、比特率高的缺点，可用增量调制调制代替它。介绍了增量调制的基本概念及调制原理，分析了调制不产生过载的条件，提出了用的器件实现的方法。设计制作了这种调制的硬件、软件。通过在线调试，用示波器测试波形，结果表明硬件稳定，软件可靠，调制信号速率可达，系统性能较好。关键词：；调制；调制；在线调试引言通信系统信源可分为数字、模拟两类，数字信源一般是模拟信源经采样、量化、编码转换成数字信号传输的。数字信源能够编成如，码的格式，然后对其进行加密、信道编码进行传输。是数字通信的编码方式之一，并广泛用于数字通信系统。但是，存在传输占有更大带宽的缺点，为降低传输比特率，能够采用差分脉冲调制的方法对其进行改良。将前一采样值作为预测值，当前采样值与它的差值进行编码传输。假如仅采用一位对当前值与前一值进行编码，就是增量调制。增量调制研究方法主要有模拟仿真法和硬件实现法。模拟仿真法是运用、软件对调制性能进行研究。硬件实现法主要集中在连续的模拟信号进行采样，用单片机实现。增量调制与相比，具有构造简单、传输比特率高、抗干扰性能强，广泛用于军用、民用部门的通信。论文在研究增量调制原理的基础上，提出了可编程逻辑器件实现的方案，具有速度快，编码灵敏等优点。原理分析调制占用更大的带宽，原因是信号的抽样值范围大，导致数字传输需要较多的编码位数。为了降低编码信号的比特率及带宽，法国工程师提出了一种新的差分调制方法，即增量调制。它是差分脉冲调制的一种特例，基本思想是对当前抽样值与预测值的差进行比特编码。调制的工作原理能够用如图所示框图来描绘。其中，为当前采样值，为预测值。预测值是预测输入延时时间得到。将两者之差量化成两个电平或，用二进制的“或“表示。当编码输出连续为“时，表明信号为连续增加的信号；当编码输出连续为“时，表明信号为连续递减的信号。显然需要模数转换器件和控制器来实现。根据图的增量调制原理，能够采用一个模数转换器件和一个控制器来完成。控制器通过模数转换器获得当前模拟信号值，与过去值比拟，选择端口输出。系统组成硬件模块硬件模块有控制器、模数转换、数模转换。控制模块采用公司的器件，主要完成功能：控制器件进行模数转换，完成增量调制编码。控制器件进行数模转换，完成增量调制译码。产生位同步信号。模块采用德州仪器模数转换器，它属于开关电容逐次逼近型位器件。控制输入端口有：片选、输入时钟、地址输入端。输出端口：转换完成、数据输出，相对并行器件需要的端口少得多。它具有通道多、精度高、速度快、使用灵敏的特点，为设计者提供了一种高性价比的选择。为单一伏电源，的电压为伏，设计的接口电路需考虑电平转换问题。系统采用简单的解决办法，对于的输入端口，如片选、时钟、地址命令输入应将其通过电阻上拉至伏；输出端口可串联电阻接的。十分注意的是转换完成端口一定要与相连接，并作为控制端口，否则不能到达预期目的。模块选择德州仪器数模转换器，是位并行器件，控制端口：片选、写使能、低功耗、异步数据更新，并行输入数据。设计时需注意将模拟通道尽量缩短以防止信号的反射；数字通道与模拟通道要保持一定距离，以避免数字信号耦合到模拟通道；最后需注意器件与的连接方式，解决方式能够参考的方案完成。系统的主控器件为的型，设计电路时输入时钟和复位要使用全局时钟管脚；设计下载口采用方式，主动配置则可有可无。为保证正常下载程序，的特殊管脚、需上拉至伏；、则下拉至地；、接地；电源、内核电源、锁相环电源必须用电容去耦。软件模块软件编程语言为，程序设计方法为有限状态机进程，包括分频进程、编码进程和译码进程。编码进程严格遵循的时序，即个时钟传输，传输的高位在前、片选为低电平；译码进程参照的时序。的技术指标表明，它的输入时钟最大值为，的数字输入时钟频率相对高很多，因而，分频进程输出的时钟不能高于的最大值。分频进程采用计数方法，并将分频时钟作为编码进程的输入时钟。编码进程采用单一进程的有限状态机，设定了两个状态变量和，前者实现模数转换，后者实现编码信号的输出。共有个状态，实现功能为选择输入地址、转换方式以及读取本次转换数据，它们都是在“时完成状态转移的。也有个状态，是在“情况下完成状态转移。将转换完成的数据从寄存器中读出与先前的数据比照，决定编码输出的电平。随着状态改变，将增量调制信号和位同步信号在的固定管脚输出。分五个状态，主要完成的工作如下：状态：片选、时钟赋初值“；输入位地址指令“，前位“表示选择通道。“选择输出位，接下的“表示高位在前，输出单极性信号，后位“无实际意义。设置变量：对位命令串行计数，位命令在时钟作用下串行输出至的地址输入端。赋值“，：“，下一个的时钟上升沿来时程序跳转至状态。状态：此处仅有一条语句：，其作用是跳到状态。状态：将减计数，“。当位指令串行发送完毕跳到状态，否则跳到状态。状态：“，把转换完成的数据读位放到的寄存器，再跳到状态。状态：“，读模数转换寄存器中的最后位，并赋延时数，跳到状态。状态：延时个时钟，完成后跳到状态。也分为个状态，状态，输出位同步信号“，跳到状态。状态将本次采样值与上次采样值比拟并编码，跳到状态，位同步信号输出“。状态，仅仅改变状态。状态，输出位同步低电平，状态变量不做改变，进而到达采样一次输出一个增量编码的效果。译码进程同样为单一进程的有限状态机，分成个状态，设置变量。系统复位时，状态变量赋值“，片选端“，写使能端“，异步数据更新“。各状态完成的工作如下：状态，片选端“，选中数模转换器跳到状态。状态，写使能端“，根据输入编码求输出数据，跳到状态。状态，根据编码值求出位数据并行输出，跳到状态。状态，写使能端“，跳到状态。状态，异步数据更新“跳到状态。状态，片选端“，“，跳到状态。测试结果测试结果随着微电子技术、封装技术的发展，传统的探针法测试系统功能越来越困难，嵌入式逻辑分析仪能提供高效的解决方案。公司的硬件调试工具利用的内部资源，可在片上直接调试系统，为的程序调试提供了极大方便。软件通过边界扫描能够捕获和显示信号，并通过口送逻辑分析仪，为调试者提供实时数据来观察程序运行能否正确。进行模数转换，器件的接口为串行接口，存在控制端口多，输入有片选端、时钟输入端、地址命令输入端。采样时序有时钟、时钟、时钟的，用编写数据转换程序复杂。假如不符合预定时序，则不能正确获得数据。为了保证程序能正确操作，在系统硬件调试时采用了工具，调试步骤如下：创立文件，在菜单或菜单下新建一个文件。在的标签页中将要观察的节点或总线添加至列表。设置逻辑分析仪的采样时钟，它决定了显示信号的分辨率，可采用全局输入时钟作为触发信号。根据芯片设置采样深度为。设置触发类型为上升沿触发，最后选择触发级数为级。完成上述设置后重新编译程序；设置编程硬件注意用口，选择目的器件，要把逻辑分析仪的编程文件下载至芯片。查看采样数据。单击运行逻辑分析仪，当设置的触发条件知足时，逻辑分析仪开场捕获数据，根据数据分析能否与预期信号能否一致，进而判定程序能否存在问题。硬件系统中的模数转换程序实现的困难最大，为了测试系统能否采集到信号，采用逻辑分析仪对编码信源调试。将器件的相关端口添加至文件，根据上述步调试步骤得到图波形。为转换时钟，为片选、为转换完成端口、为地址命令输出端、为转换完成的数据输入端。转换时钟为个，地址命令端输出位命令来选择转换通道、输出数据位数、位序、极性等功能，同时数据输入端读出上一次转换完成的数据。在转换完成端为高电平、片选为低电平的情况下，输入地址命令到。其中前个时钟输出低电平，讲明下次转换是通道。第个时钟下降沿，连续输出两个高电平，对应的功能是位数据输出，后续个时钟输出全部为“，其中第一个“为高位在前，后一个“为输出数据位单极性。为低电平，表示转换中，程序设计时采用延时等待，它与片选端变高相差不大，讲明延时比拟准确。判定能否采集到数据，将模拟信号的输入端接正弦信号，观察能否变化，假如一直不变则讲明未采样到数据，此时需修改硬件程序。图的波形知足的时序要求，并且采样的数据输入端口一直在变化，因而能够断定程序没有问题。模数转换程序调试通过后，再进行调制编码输出功能的调试，也就是编码和同步时钟输出。图中的为同步时钟，为增量调制的编码输出。当前采样值从中读出后便与前一采样值进行比照，当前值大于前值输出高电平，否则输出低电平。图的同步时钟是在时钟的下降沿输出，输出的编码在同步的上升沿输出且保持到下一同步信号。上述情况讲明输出的编码信号和位同步信号都没有问题。硬件测试结果为了测试增量调制系统编码、译码能否正确，采用的测试方法为：将正弦信号、三角信号、方波、锯齿波输入系统，观察编码信号与同步信号、编码信号与输入信号、编码输入信号与译码输出信号能否符合增量调制编码、译码的规律。为检测同步信号与编码信号关系能否一致，用数字示波器得到输入为正弦信号的输出波形比照图，如图所示。图中上部的图形为编码信号，下部为同步时钟。同步时钟分布均匀，讲明编码是等间的。正弦信号一边是增加的一边是减少，图的编码信号为高、低电平交织，这种现象符合正弦信号的编码规律。比照了正弦信号、三角信号、方波信号的输入和译码输出信号，增量调制的优点是无需帧同步信号、只要位同步即可。为了讲明解调译码没有问题，这里给出了三角信号的比照图，见图。图中的上半部分为输入的模拟信号，下半部分为译码输出信号，两者只是在输出幅度上有差异。实验结果表明输入信号在伏，频率在小于的条件下能正确译码。结论本文设计的增量调制系统，用技术控制模数转换、数模转换器件，实现的调制信号传输速率可达，电压范围伏，且译码正确无误。讨论了以为核心的硬件设计要领，并给出了增量调制程序编制的思想。若要提高系统的速率，可选择转换速度更快的模数转换器件。设计系统充分利用了的丰富资源，设计的系统灵敏性、可靠性较好。调试采用工具，为复杂的可编程系统提供了参考。测试结果表明电路稳定、抗干扰性能强，软件运行可靠，该系统可广泛应用于其它通信设备及教学。