实验五 数字锁相环与位同步.doc

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1、实验五数字锁相环与位同步一、实验目的1.掌握数字锁相环工作原理。2.掌握用数字环提取位同步信号的原理及对其输入的信息代码的要求。3.掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号相位抖动等基本概念。二、实验原理可用窄带带通滤波器或锁相环来提取位同步信号。实验1中用电荷泵锁相环和实验3中的模拟锁相环对输入噪声都可以等效为一个窄带带通滤波器，因而可以用来提取位同步信号。但前者要求输入信号为周期或准周期数字信号，后者要求输入信号为周期或准周期正弦信号。本实验使用数字锁相环提取位同步信号，它不要求输入信号一定是周期信号或准周期信号。用于提取位同步信号的数字环有超前滞后型

2、数字环和触发器型数字环，TX系实验中的位同步器由控制器、触发器型数字锁相环及脉冲展宽器组成，数字锁相环包括鉴相器、量化器、数字环路滤波器、数控振荡器等单元。位同步模块原理框图如图5-1。本实验环路中的主要器件是单片机89C51及可编程定时器/计数器8254。本实验环路中使用了两个8254芯片，共6个计数器，分别表示为8254A0、8254A1、8254A2、8254B0、8254B1、8254B2。它们分别工作在M0、M1、M2三种工作模式。M0为计数中断方式，M1为单稳方式，M2为分频方式。除地址线、数据线外，每个8254芯片还有时钟输入端C、门控信号输入端G和输出

3、端O。数字鉴相器电原理图及波形图如图5-3（a）、图5-3（b）所示。输出信号宽度正比于信号及上升沿之间的相位差，最大值为的码元宽度。称此鉴相器为触发器型鉴相器，称包含有触发器型鉴相器的数字环路为触发器型数字锁相环。量化器把相位误差变为多进制数字信号，它由工作于M0方式、计数常数为N0的8254B2完成（N0为一个码元宽度的量化级数，此处N0=52）。作为8254B2的门控信号，为高电平时8254B2进行减计数，为低电平时禁止计数，计数结束后从8254B2读得的数字为（5.1）式中为脉冲宽度的量化值（下面用量化值表示脉冲宽度和时间间隔），，读数给束后再给8254B2写

4、入计数常数N0。读数时刻由8254A2控制，它工作在M1模式，计数常数为N0，作为门控信号。一个脉冲使8254A2产生一个宽度为N0的负脉冲，倒相后变为正脉冲送到89C51的端，而89C51的外中断1被设置为负跳变中断申请方式。由于8254A2产生的脉冲宽度不小于脉冲宽度且它们的前沿处于同一时刻，所以可以确保中断中请后对8254B2读数时它己停止计数。数字环路滤波器由软件完成。可采用许多种软件算法，一种简单有效的方法是对一组作平均处理。设无噪声时环路锁定后与的相位差为/2，则在噪声的作用下，锁定时的相位误差可能大于N0／2也可能小于N0／2。这两种情况出现的概率相同，

5、所以平均处理司以减小噪声的影响，m个Nd值的平均值为（5-2）数字滤波器的输出为（5-3）数控振荡器由四个8254计数器及一些门电路构成，其原理框图如5—4所示，图中己注明了各个计数器的工作方式和计数常数。以下分析环路的锁定状态及捕捉过程，此时不考虑噪声的影响。环路开始工作时，软件使8254B0和8254B1输出高电平，从而使8254A1处于计数工作状态、8254B1处于停止计数状态，G6处于开启状态，8254A1输出一个周期为N0的周期信号。若环路处于锁定状态，则，由式（5-1）及式（5-2）得。此时89C51的P1，4口不输出触发脉冲，8254A0输出端仍保持初始

6、化时的高电平，从而使8254B0的门控端G保持低电平、输出端0保持高电平。这样可保持8254A1、8254B1的工作状态不变、环路仍处于锁定状态。若环路失锁，则，，P1，4口输出一个正脉冲，在作用下，8254A0输出一个宽度为的负脉冲，倒相后变为正脉冲送给G2，G2的另一个输入信号来自8254A1。在G1输出的宽度为N0的正脉冲持续时间内，8254A1一定有（也只有）一个负脉冲信号输入，此负脉冲经G4倒相后与G1输出的正脉冲相与后给8254B0的G端送一个触发信号u4。在u4的作用下，8254B0输出一个宽度为N0-2的负脉冲。在这段时间内，8254A1停止计数工作，

7、8254B1进行减计数且在此时间内的最后一个时钟周期输出一个负脉冲。8254B0输出的负脉冲的后沿重新启动8254A1，使它重新作÷N分频。设m＝l，上述过程的有关波形如图5-5所示，图中为环路锁定状态下数控振荡器的输出信号。由图5-5可见，不管失锁时相位误差多少（不会大于N0），只要对数控振荡器作一次调整，就可使环路进入锁定状态，从而实现快速捕捉。程序流程如图5-6所示，输入信号使IEI置“1”，且使8254B2计数，对IEI进行位操作时又使之置“0”。由于量化误差，故当为，+l或-l时，环路皆处于锁定状态，不对数控振荡器进行调整。程序中令m=16