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2011年电子国赛E题:简易数字信号传输性能分析仪.docx
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2011 年全国大学生电子设计竞赛
简易数字信号传输性能分析仪(E 题)
【本科组】
2011 年 9 月
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88964331/bg2.jpg)
I
摘 要
眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息:可以
从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱,有助于直观地了解码间串扰和噪
声的影响,评价一个基带系统的性能优劣。眼图的形成是由于示波器的余辉
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。本设计
中使用可编程器件和线性移位寄存器设计成一个数字信号发生器,用来产
生数字信号和伪随机信号。用低通滤波器模拟传输信道,并且把伪随机信
号模拟为信道噪声。用 FPGA 以及一定的外围电路作为数字信号处理系统,
提取位同步信号。我们把经过模拟信道后的数字信号传输给数字信号分析
模块处理,最后通过示波器观察其眼图,以便对信号进行进一步的分析和调
理。
关键字:数字信号处理;伪随机信号;低通滤波;眼图
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88964331/bg3.jpg)
II
Abstract
Eye diagram to display digital signal transmission system performance to
provide much useful information: can also be seen from the crosstalk between
the code size and noise intensity, contribute to the intuitive understanding of
intersymbol interference and noise effects, evaluation of a baseband system
performance. Eye formation is due to the persistence of oscilloscope, the
scanned every symbol waveforms will overlap together, thereby forming the
eye diagram. The design of using FPGA and linear shift register design into a
digital signal generator, used to generate the digital signal and the pseudo
random signal. With low pass filter is used as a transmission channel, and the
pseudo random signal as channel noise. Using FPGA as well as some of the
peripheral circuit as a digital signal processing system. We put after the analog
channel after the digital signal is transmitted to the digital signal analysis circuit,
finally through the oscilloscope to observe the eye, so that the signal for further
analysis and conditioning.
Keywords: digital signal processing; pseudo random signal; low pass filter; eye
diagram
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88964331/bg4.jpg)
III
目 录
第一章 系统方案...............................................................1
1.1 信号发生模块的论证与选择.............................................................................................1
1.2 低通滤波器模块的论证与选择.........................................................................................1
1.3 数字信号分析方案论证与选择..........................................................................................2
第二章 系统理论分析与计算.....................................................3
2.1 低通滤波器的分析...........................................................................................................3
2.1.1 阶数的确定..............................................................................................................3
2.1.2 电阻、电容参数的确定。......................................................................................3
2.1.3 通带增益..................................................................................................................4
2.2 m 序列数字信号的产生......................................................................................................4
2.2.1 数字信号的产生......................................................................................................4
2.2.2 伪随机信号的产生..................................................................................................5
2.3 眼图显示方法.....................................................................................................................6
2.3.1 眼图的概念..............................................................................................................6
2.3.2 眼图的意义..............................................................................................................6
2.3.3 眼图的显示..............................................................................................................7
2.4 同步信号提取.....................................................................................................................7
第三章 电路与程序设计.........................................................8
3.1 电路的设计..........................................................................................................................8
3.1.1 系统总体框图...........................................................................................................8
3.1.2 电源...........................................................................................................................8
3.2 程序的设计..........................................................................................................................8
3.2.1 程序模块...................................................................................................................8
3.2.2 程序流程图...............................................................................................................8
第四章 测试方案与测试结果....................................................10
4.1 测试方案............................................................................................................................10
4.1.1 硬件测试.................................................................................................................10
4.1.2 软件仿真测试.........................................................................................................10
4.1.3 硬件软件联调.........................................................................................................10
4.2 测试条件与仪器...............................................................................................................10
4.3 测试结果及分析...............................................................................................................10
4.3.1 测试结果(数据) ......................................................................................................10
4.3.2 测试分析与结论.....................................................................................................13
第五章 结论.................................................................15
附录 1:电路原理图 ...........................................................17
附录 2:源程序 ...............................................................18
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88964331/bg5.jpg)
1
简易数字信号传输性能分析仪(E 题)
【本科组】
第一章 系统方案
本次设计主要由信号发生模块、低通滤波器、控制部分、数字信号分析部
分和电源组成。
1.1 信号发生模块的论证与选择
方案一:单片机控制线性移位寄存器产生数字信号和伪随机信号。由于普通
单片机所能产生的时钟信号频率不是很高,而本设计中要产生数据率为 100Kbps
的数字信号何数据率为 10Mbps 的伪随机信号,所以必须要用 DDS 信号发生器
来产生频率如此高的时钟信号,以控制线性移位寄存器的工作。一个 DDS 同一
时间只能产生单一频率的信号,但是题目中数字机信号的数据率与伪随机信号的
数据率相差甚远,所以要控制这两个信号的发生,要使用两组 DDS,这不利于
节约成本。
方案二:FPGA 控制线性移位寄存器产生数字信号和伪随机信号。要产生任
意频率的时钟信号,用 FPGA 是相当容易实现的,因此原则上可以用 FPGA 同时
控制两组移位寄存器同时产生数字信号和伪随机信号。由于考虑到题目要求数字
信号发生器和数字信号分析电路各制作一块电路板 ,而且我们在设计中要使用
FPGA 来分析数字信号,这个矛盾是难以解决的。
方案三:分别用单片机控制移位寄存器产生数字信号,用 FPGA 控制移位寄
存器产生伪随机信号。本方案很有效的解决了上面两种方案遇到的问题,这样技
能满足题目要求,又可节约成本。
综合以上三种方案,基于性价比和可行性的设计指标,我们选择方案三。
1.2 低通滤波器模块的论证与选择
方案一:切比雪夫低通滤波。这种低通滤波电路采用切比雪夫传递函数,其
带外衰减比较快,与巴特沃思滤波器相比所使用的阶数低,在设计中可以节约成
本。但是这种滤波器在带内幅频特性很不稳定,通带内部分会带有纹波,因而会
对原信号产生干扰,这对于小信号的滤波是相当不利的。
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