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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
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
實驗八
類比輸入
NRZ 數位信號
CVSD 調
變
CVSD 解
調
類比輸出
時脈信號
圖 8-1 實驗七之系統方塊
類比輸入
CVSD 調變
NRZ
曼徹斯特碼
編碼
Clock
曼徹斯特碼
曼徹斯特碼
解碼
NRZ
類比輸出
CVSD 解調
Clock
圖 8-2 本實驗之系統方塊
8-1
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 (NonReturn-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
實驗八
®ЙЇЯ
јЖ¦мёк®Ж
0
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
1
NRZ
°Т№эґµЇSЅX
јЖ¦мёк®Ж
圖 8-3 NRZ 和曼徹斯特碼之信號形式
8-3
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
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
實驗八
13
In
1
2
7400
3
12
7400
11
PR
4
+5V
CLK-in
16
4
200p
470
2
5
7400
6
3
J
Q
15
Out
7476
K
Q
C LR
1N 4148
1
圖 8-4 曼徹特碼編碼電路
8-4
實驗八
In
0
1
0
1
1
0
0
0
1
CLK-in
Out
0
1
0
1
1
0
0
0
1
圖 8-5 曼徹斯特碼編碼電路各端點之波形
8-4
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
實驗八
+5V
200p
In
C1
R1
500p
200k
2
15
74LS123
1
14
Q
74LS123
470
4
13
13
11
7400
Q
1N4148
12
2
9
7400
1
200p
9
74LS123
7400
3
10
470
+5V
1N4148
5
Out
Q
10
74LS123
3
2
Q
Q
7474
8
5
D
CLK-out
Q 12
200k 7
R2
6
500p
C2
圖 8-6 曼徹斯特碼解碼電路
8-4
實驗八
(­м®ЙЇЯ)
(­мїй¤J)
0
1
0
1
1
0
0
0
1
In
0
1
0
1
1
0
0
0
1
CLK-Out
Out
0
1
0
1
1
0
0
0
1
圖 8-7 曼徹斯特碼解碼電路各端點之波形圖
8-5
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
實驗八
+5V
M/ D
In
13
1
A-in
Vi
CVSD
ЅХЕЬѕ№
D-out
3
7400
2
7400
12
11
2
4
CLK-out
+5V
J
16
470
6
7400
5
Q
15
Out
7476
K
4
200p
CLK-in
PR
3
Q
C LR
1N 4148
1
(°Т№эґµЇSЅX)
+5V
200p
In
C1
R1
500p
200k
2
15
74LS123
1
14
Q
74LS123
470
4
13
13
11
7400
Q
1N4148
12
2
9
200p
74LS123
7400
Q
10
5
Out
D-in
Q
CLK-in
CVSD
ёСЅХѕ№
A-out
Vo
74LS123
3
2
3
5
9
Q
7474
8
7400
1
D
10
470
+5V
1N4148
Q 12
200k 7
R2
圖 8-9
CLK-out
6
500p
C2
用曼徹斯特碼傳送 CVSD 調變之數位信號的實驗電路
8-6
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 Vi 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 Vi 之類比輸出 V0。
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實驗八
+5V
M/ D
In
13
1
A-in
Vi
CVSD
D-out
ЅХЕЬѕ№
3
7400
2
7400
12
11
2
4
CLK-out
+5V
J
16
470
6
7400
5
Q
15
Out
7476
K
4
200p
CLK-in
PR
3
Q
C LR
1N 4148
1
(°Т№эґµЇSЅX)
+5V
200p
500p
200k
2
In
C1
R1
15
74LS123
1
14
Q
74LS123
470
4
13
13
11
7400
Q
1N4148
12
2
9
200p
74LS123
7400
Q
10
5
Out
D-in
Q
CLK-in
CVSD
ёСЅХѕ№
A-out
Vo
74LS123
3
2
3
5
9
Q
7474
8
7400
1
D
10
+5V
470
1N4148
Q 12
200k 7
R2
圖 8-9
CLK-out
6
500p
C2
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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