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實 驗 八

實 驗 八. 曼徹斯特碼之編碼與解碼. 實驗八. 一、實驗目的. 1. 瞭解 曼徹斯特碼 (Manchester Code) 及其在位元同步上之 用途。. 8-1. 實驗八. 二、原理說明. 1. 在數位傳輸時，接收端之時脈必須維持和發送端的時脈一 致，才能正確地讀出每一位元，也就是必須保持位元同步 。 2. 在實驗七中 ( 見圖 8-1) ，除了將 CVSD 調變後之數位信號 傳送給解調端之外，還直接用另一條線將時脈信號傳給解 調端，這雖可確保兩邊之時脈一致，但卻是一種不切實際

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Presentation Transcript

  1. 實 驗 八 曼徹斯特碼之編碼與解碼

  2. 實驗八 一、實驗目的 1.瞭解曼徹斯特碼(Manchester Code) 及其在位元同步上之 用途。 8-1

  3. 實驗八 二、原理說明 1.在數位傳輸時，接收端之時脈必須維持和發送端的時脈一 致，才能正確地讀出每一位元，也就是必須保持位元同步 。 2.在實驗七中 ( 見圖 8-1)，除了將 CVSD 調變後之數位信號 傳送給解調端之外，還直接用另一條線將時脈信號傳給解 調端，這雖可確保兩邊之時脈一致，但卻是一種不切實際 的做法。在本實驗中 ( 見圖 8-2)，將以曼徹斯特碼的方式 把時脈信號隱含在要傳送的數位信號中一起傳送，所以只 須一條傳送通道即可，而到了接收端再將曼徹斯特碼復原 成原數位信號和時脈信號。 8-1

  4. 實驗八 圖 8-1　實驗七之系統方塊 圖 8-2　本實驗之系統方塊 8-1

  5. 實驗八 3.表示數位信號的形式有很多種，在實驗七中，CVSD 調變 後輸出的數位信號是最簡單的一種，稱為 NRZ (Non- Return-to-Zero) 形式，它用 High 電壓代表“1”，Low 電壓 代表“0”( 參考圖 8-3)，而曼徹斯特碼則是一種分割相位 (Split Phase) 的方式，它將每個位元週期分割成兩半，而且 這兩半所出現的 High、Low電壓是相反的，所以它以下列 兩種形式來代表“0”與“1”( 參考圖 8-3)： (1)前半段是 Low，後半段是 High，代表“0”。 (2)前半段是 High，後半段是 Low，代表“1”。 8-2

  6. 實驗八 圖 8-3NRZ 和曼徹斯特碼之信號形式 8-3

  7. 實驗八 4.在圖 8-3 中特別標出了曼徹斯特碼的大部分電壓轉換邊緣 ，仔細觀察可發現，曼徹斯特碼每隔一個時脈週期必定會 有一個轉換邊緣出現，這就是時脈信號賴以藏身的地方。 在接收端只要能利用這些邊緣而去除其他的邊緣，就能重 建出和發送端同步的時脈。 5.最後，由曼徹斯特碼中重建出原 NRZ 信號的方法有多種 ，本實驗所用的方法是在曼徹斯特碼每一位元之前半段時 間所閂鎖(latch) 到的信號做為 NRZ 的輸出，因為曼徹斯 碼可由位元前半段得知該位元是“1”還是“0”。 8-2

  8. 實驗八 三、電路說明 1.本實驗所要製作的是曼徹斯特碼的編碼電路及解碼電路， 其詳細分析請參考實驗課本電路分析之單元九、十。以下 列出其重要特性： (1)曼徹斯特碼編碼電路：如圖 8-4 所示，特性如下： (a)In 端為 NRZ 信號輸入端，CLK-in 端為時脈輸入端 ，Out 端為曼徹斯特碼輸出端，各端點信號均為 TTL 規格。 (b)各端點之相對波形如圖 8-5 所示，在時脈正邊緣時電 路對 In 端之信號取樣，若取到的是 High 則送出先 High 後 Low 的波形，若取到的是 Low 則送出先 Low 後 High 的波形。 8-3

  9. 實驗八 圖 8-4　曼徹特碼編碼電路 8-4

  10. 實驗八 圖 8-5　曼徹斯特碼編碼電路各端點之波形 8-4

  11. 實驗八 (2)曼徹斯特碼解碼電路：如圖 8-6 所示，其特性如下： (a)In 端為曼徹斯特碼輸入端，Out 端為 NRZ 信號輸出端 ，CLK-out 端為重建之時脈輸出端，各端點信號均為 TTL 規格。 (b)各端點之波形關係如圖 8-7 所示，當 In 端每個代表時脈 之轉換邊緣出現後，CLK-out 端就送出先 High後 Low 的波形，而且 High 的時間略長於 Low 的時間。由圖上 可看出 CLK-out 端之負邊緣必定發生在 In端每一位元之 前半段時間內，所以本電路以 CLK-out 之負邊緣對 In 之曼徹斯特碼取樣，取到 High 則 Out 端輸出 High，取 到 Low 則 Out 端輸出 Low。 (c)本電路適用之時脈頻率範圍約為 15 kHz~25 kHz。 8-4

  12. 實驗八 圖 8-6　曼徹斯特碼解碼電路 8-4

  13. 實驗八 圖 8-7　曼徹斯特碼解碼電路各端點之波形圖 8-5

  14. 實驗八 2.本實驗分兩階段，第一階段觀察曼徹斯特碼編碼及解碼電 路運作之情形，第二階段再加入 CVSD 調變、解調電路， 觀察曼斯特碼用於傳送 CVSD調變後之數位資料的情形。 (1)曼徹斯特碼編碼及解碼：實驗電路如圖 8-8 所示。圖中 之 CVSD 調變器是接成通道閒置信號產生器以提供實驗 所需之週期性 NRZ 信號和與之同步的時脈信號。連接 CVSD 調變器的就是圖 8-4 的曼斯特碼編碼電路，它負 責將 NRZ 信號與時脈信號結合成曼徹斯特碼送出。最 後連接的是圖 8-6 的曼徹斯特碼解碼電路，它負責將收 到的曼徹斯特碼分解成 NRZ 信號和時脈信號。 8-5

  15. 實驗八 8-6 圖 8-9　用曼徹斯特碼傳送 CVSD 調變之數位信號的實驗電路

  16. 實驗八 (2)用曼徹斯特碼傳送 CVSD 調變之數位信號：實驗電路如圖 8-9 所示。整個電路系統運作敘述如下： (a)類比信號 經 CVSD 調變後，變成 NRZ 形式之數位輸 出 D-out。 (b)數位輸出 D-out和它的時脈 CLK-out 一起送至曼徹斯特 碼編碼電路，然後以曼徹斯特碼的形式傳送至接收端。 (c)接收到的曼徹斯特碼由解碼電路復原出 NRZ 信號和時脈 信號。 (d)所復原出之 NRZ 信號和時脈信號送至 CVSD 解調器解 調出接近原類比輸入 之類比輸出 。 8-6

  17. 實驗八 8-7 圖 8-9　用曼徹斯特碼傳送 CVSD 調變之數位信號的實驗電路

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