通信原理試驗05增量調(diào)制編譯碼系統(tǒng)試驗

1、實驗五增量調(diào)制編譯碼系統(tǒng)實驗19實驗五增量調(diào)制編譯碼系統(tǒng)實驗實驗內(nèi)容1. 增量調(diào)制CVSD （ M ）編譯碼實驗2. 工作時鐘可變時M編譯碼比較實驗.實驗目的1. 掌握增量調(diào)制編譯碼的基本原理，并理解實驗電路的工作過程。2. 了解不同速率的編譯碼，以及低速率編譯碼時的輸出波形。實驗電路工作原理1. 增量調(diào)制的編碼實驗（一）電路組成圖5-1是增量調(diào)制編碼器實驗結構框圖，圖5-4是電原理圖。S(t)工作時鐘圖5-1增量調(diào)制編碼器實驗結構框圖（二）電路工作原理1.增量調(diào)制的工作原理增量調(diào)制是由PCM發(fā)展而來的模擬信號數(shù)字化的一種編碼方式，它是PCM勺一種特例。增量調(diào)制編碼基本原理是只用一位編碼，這一

2、位碼不是表示信號抽樣值的大小，而是表示 抽樣幅度的增量特性，即采用一位二進制數(shù)碼“1”或“ 0”來表示信號在抽樣時刻的值相對于前一個抽樣時刻的值是增大還在減小，增大則輸出“1 ”碼，減小則輸出“ 0 ”碼。輸出的“ 1 ”、“0”只是表示信號相對于前一個時刻的增減，不表示信號的絕對值。2 .大規(guī)模集成電路 MC34115芯片功能引腳介紹。見圖 5-2所示。第1引腳：ANI （An alog In put ）模擬信號輸入端。輸入音頻模擬信號經(jīng)過直流分量轉換為內(nèi)部參考電壓值，則應在該端與第10引腳（Vcc/2端）間接入偏置電阻。第2引腳：ANF (Analog Feedback )模擬反饋輸入端。

3、該端為電路內(nèi)模擬比較器的冋相輸入端。當電路工作于編碼方式時，其本地解 碼信號從該端輸入至內(nèi)部的模擬比較器；當該電路工作于譯碼方式時，該端不 用，可接到第10引腳(Vcc/2 端),也可以接地或懸空。第3引腳：SYL (Syllabic Filter)量階控制信號輸入端。第4引腳：GC (Gain Control In put)增量控制輸入。第5引腳：Vref ( Ref In put )參考電壓輸入端。該端為積分運算放大器的冋相輸入端，用于調(diào)節(jié)模擬信號的直流分量。在編碼時，為保證輸入輸出模擬信號有相同的直流分量。該端應通過偏置電阻與VCc/2相連。第6引腳：FIL ( Filter In pu

4、t)外接積分器輸入端。該端為積分運算放大器的反相輸入端，用于外接元件組成積分濾波器。第7引腳：ANO( Analog Output )模擬信號輸出端。該端為積分運算放大器輸出端。匕根據(jù)第13引腳即DDI (接收數(shù)據(jù)輸入端)端輸入數(shù)據(jù)恢復的音頻模擬信號從該端輸出到積分網(wǎng)絡中。第8引腳：V-負電源端。當電路單電源供電時該端接地，若正、負電源供電時該端接至負電源。在本實 驗電路中，采用單電源 +12 V供電，故該引腳接地。第9引腳：DOT( Digital Output ),發(fā)送編碼數(shù)據(jù)輸出端。該電路將輸入音頻信號編碼后從該端輸出，其輸出電平與TTL或CMOS兼容。第10引腳:VC/2 (VC/2

5、Output )參考電壓輸出端。第11引腳:COIN (Coincidenee Output ) 一致脈沖輸入端。當電路內(nèi)的移位寄存器的各輸出為全“1”碼或全“ 0”碼時，該端輸出負極性一致脈沖，該脈沖經(jīng)外接音節(jié)平滑濾波器后得到量階控制電壓。第12引腳:DTN( Digital Threshold)接口 電平控制端。該端用于控制數(shù)字輸入端接口電平。第13引腳:DDI ( Digital Data In put)接收數(shù)據(jù)輸入端。電路譯碼時，收端的信碼從該端輸入至芯片內(nèi)的數(shù)字運算放大器進行比較。第14引腳:CP (Clock in put )編譯碼時鐘輸入端。該端時鐘信號的頻率決定于電路的工作速率

6、，當時鐘的下降沿到來時，芯片內(nèi)的移位寄存器工作。在實驗電路中，該端的時鐘信號可通過K201選擇不同的時鐘速率，其時鐘速率有：64KHz、32KHz、16KHz、8KHz譯碼電路有：64KHz、 32KHz、16KHz、以及從二相PSK解調(diào)來的再生時鐘等幾種方式可供選擇。第15引腳:E/D ( Encode/Decode)編碼/譯碼方式控制輸入端。當選擇編碼工作時，接高電平，使片內(nèi)的模擬運算放大器與移位寄存器連接；在實驗電路中，該端由CPU控制，由軟件輸出高電平送至該端； 當譯碼工作時， 該端接低電平，使該芯片內(nèi)的數(shù)字運算放大器與移位寄存器相連，即做增量調(diào)制譯碼實驗。第16引腳：Vcc正電源輸入

7、端。該端為4.7516.5V，在本實驗電路中，VCc為+12V電源。3 .芯片內(nèi)部電路組成MC34115 集成電路內(nèi)部電路由下列八個部分組成：模擬輸入運算放大器、 數(shù)字輸入運算放大器、V-I電壓/電流轉換運算放大器、積分運算放大器、斜率過載檢測電路、斜率極 性控制電路、工作狀態(tài)選擇開關電路、Vcc/2穩(wěn)壓電源。116(-)Vcc215(+)En code/Decode編碼/解碼控制314Clock編碼時鐘4(-)13 Digital Date in put解碼入512(+)Digital Threshold數(shù)字參考611Coi ncide nee Output 一致脈沖岀710 Vcc/2 o

8、utput Vcc/2 岀89Digital Output編碼數(shù)據(jù)岀圖65外引線排列u圖編碼入 An alo i nput(-) 反饋 An alog feedback電壓控制 Syllabic Filter電流控制Gain Contral 積分器參考Ref I nput(+) 積分器入 Filter In put(-) 積分器岀Analog OutputGND圖5-2外引線排列圖3. 編碼電路的工作過程由圖5-3、圖5-4可知，輸入的音頻信號，經(jīng)過發(fā)送通道電路輸出到電解電容E201,經(jīng)過耦合至MC34115的模擬信號輸入端，第 1引腳，因為本實驗是編碼工作方式。因此， 置高電平給U201 （

9、 MC34115的第15引腳。此時芯片內(nèi)的模擬輸入運算放大器與移位寄存 器接通，從第1引腳（ANI）輸入的模擬信號與第 2引腳（ANF輸入的本地解碼信號相減 并放大得到誤差信號，然后根據(jù)該信號極性編成數(shù)據(jù)信碼從第9引腳（DOT輸出。該信碼在片內(nèi)經(jīng)過3級或4級移位寄存器及檢測邏輯電路。檢測過去的3位或4位信碼中是否為連續(xù)“1”或連續(xù)“ 0”的出現(xiàn)。一旦當移位寄存器各級輸出為全“1”碼或全“ 0”碼時，表明積分運算放大器增益過小，檢測邏輯電路從第11引腳（COIN端）輸出負極性一致脈沖，經(jīng)過外接音節(jié)平滑濾波器后得到量階控制電壓輸入到第3引腳（SYL端）,由內(nèi)部電路決定，GC端電壓與SYL端相同，這

10、就相當于量階控制電壓加到GC端。在沒有音頻模擬信號輸入時，話路是空閑狀態(tài)，則編碼器應能輸出穩(wěn)定的“1”、“0”交替碼，這需要一最小積分電流來實現(xiàn)，該電流可通過增大調(diào)節(jié)電位器來獲得。由于極性 開關的失配，積分運算放大器與模擬輸入運算放大器的電壓失調(diào)，此電流不能太小，否則 無法得到穩(wěn)定的“ 1”、“0”交替碼。該芯片總環(huán)路失調(diào)電壓約為1.5mv （注：IGC=120 A,Vcc=12V, TA=25C），所以量階可選擇為 3mv當本地積分時間常數(shù)1ms時，則最小積分電流取10 A,就可得到穩(wěn)定的“ 1”、“0”交替碼。如果輸出不要求有穩(wěn)定的“1”、“0”交替碼，量階可減小到 0.1mv，而環(huán)路仍可

11、正常工作。MC34115是采用3位數(shù)字檢測控制的可變斜率方式，即通常所講的三連 “1”，三連“ 0”檢測算法，常用的芯片還有 MC3417（ MOTO司）、SC3417（國產(chǎn)），它們的溫度范圍為 0 70 C, MC3517 SC3517 （ -55125 C）,這些多用于軍事保密通信；還有一種檢測算法是四 連 “1”、四連 “0” 檢測算法，女口 MC3418 SC3418（ 070 C）、MC3518 SC3518（ -55 125 C） 多用于軍事或商用數(shù)字電話通信設備中。實驗五增量調(diào)制編譯碼系統(tǒng)實驗U0Vo 7=oc岀輸號信 字數(shù)送發(fā)絡網(wǎng)性線非 B放運擬模 放運擬模路電制控性極率斜E測

12、檢。全路電測檢載過率斜-Q-i* 5 特樣碼一比取編A放運字數(shù)5-U2PH0極出赧.VZ1T率頻鐘時03222U2EI 1O2P實驗五增量調(diào)制編譯碼系統(tǒng)實驗21實驗五增量調(diào)制編譯碼系統(tǒng)實驗2. 增量調(diào)制的譯碼實驗:由發(fā)端送來的編碼數(shù)據(jù)信號加至信開關J801的引腳，通過該開關的作用，把信號送到U801( MC34115芯片的第13引腳，即接收數(shù)據(jù)輸入端。本系統(tǒng)因為是譯碼電路，故置低 電平至U801( MC34115的15引腳，使模擬輸入運算放大器與移位寄存器斷開，而數(shù)字輸 入運算放大器與移位寄存器接通，這樣，接收數(shù)據(jù)信碼經(jīng)過數(shù)字輸入運算放大器整形后送 到移位寄存器，后面的工作過程與編碼時相同，只

13、是解調(diào)信號不再送回第 2引腳(ANF端)，而是直接送入后面的積分網(wǎng)絡中，再通過接收通道低通濾波電路濾去高頻量化噪聲，然后 送出話音信號，推動喇叭。圖 5-5是增量調(diào)制譯碼電路結構方框圖。雖然增量調(diào)制系統(tǒng)的話音質(zhì)量不如脈沖編碼調(diào)制PCM數(shù)字系統(tǒng)的音質(zhì)，但是由于增量調(diào)制電路比較簡單，能從較低的數(shù)碼率進行編碼，通常為1632kbit/s,在用于單路數(shù)字電話通信時，不需要收發(fā)端同步，故增量調(diào)制系統(tǒng)仍然廣泛應用于數(shù)字話音通信系統(tǒng)中， 如應用在傳輸數(shù)碼率的軍事，野外及保密數(shù)字電話等方面，在軍隊系統(tǒng)中的數(shù)字衛(wèi)星通信 地面站設備中，其終端部分的話音編碼就是應用的這種大規(guī)模集成電路MC3417 MC3418勺連

14、續(xù)可變斜率增量調(diào)制方式。圖5-5增量調(diào)制系統(tǒng)譯碼器電路結構方框圖實驗內(nèi)容(一)增量調(diào)制的編碼實驗1. 增量調(diào)制CVSD( M編碼實驗2. 工作時鐘可變狀態(tài)下M編碼比較實驗詳細內(nèi)容具體如下：(1 )用CPLD產(chǎn)生的同步正弦波信號加到增量調(diào)制電路中，測量TP201TP205各點波形，并畫出波形。(2 )用外加信號源輸入音頻信號，保持f = 800Hz不變，改變信號幅度再重復觀測 TP201TP205各點波形。3. 輸入音頻信號保持幅度不變，改變信號的頻率再逐點觀測TP201TP205各點波形。4. 用外加信號源輸入音頻信號，保持f = 800Hz不變，幅度也保持不變，而改變工作時23實驗五增量調(diào)制

15、編譯碼系統(tǒng)實驗鐘頻率，即由開關 K201來選擇時鐘信號，即：1 腳與2腳相連為64KHZ； 2腳與3腳相連為32KHz;5 腳與6腳相連為16KHZ； 6腳與7腳相連為8KHz;再觀測TP201TP205各點波形，如圖5 6所示。并分析測試結果。同時要注意時間 相位關系。TP201輸入話音字信號TP202S（t）TP2020#輸入話音字信號H 1i'|N|l|Rtt0tTP205輸出數(shù)字信號_輸出數(shù)字信號工作時鐘信號0TP2050TP203i!常常衣H i|i|i|i|t再生話音信號（積分器輸出端）數(shù)字信號輸出t一至脈沖輸出TP204圖5-6增量調(diào)制編碼電路波形圖實驗五增量調(diào)制編譯碼系

16、統(tǒng)實驗(二)增量調(diào)制的譯碼實驗:1. 連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(M譯碼實驗2. 同等條件下的PCM與M系統(tǒng)性能比較實驗詳細內(nèi)容具體說明如下：1. 單音頻信號實驗(1 )輸入一音頻信號，頻率為 800Hz,幅度在2V左右，使發(fā)端的編碼器正常工作，用示 波器測量該增量調(diào)制系統(tǒng)譯碼器電路 TP801TP803各測量點波形。并作記錄，注意相位關 系。(2)在上述實驗內(nèi)容(1)中，保持輸入信號的頻率不變，而改變輸入信號的幅度，再 測量TP801TP803各點波形。并能識別正常編碼，起始編碼與過載編碼時的波形。2. 話音通信實驗(1)單音頻信號進行實驗系統(tǒng)通信實驗，取音頻信號頻率為1KHz。(2 )單音頻信號

17、的高、低音進行實驗系統(tǒng)通信實驗，即在音頻信號的高低兩端，取頻 率點分別為300Hz、3400Hz ,分別進行實驗。(3 )輸入模擬電話或音樂信號或從 S107輸入外加模擬信號，進行實驗系統(tǒng)通信實驗， 在接收端，譯碼電路的輸出端插座K102接入喇叭，即可放出廣播信號或音樂信號進行收發(fā)通話，接收端輸出語音幅度可能被放大，也可能被減小，幅度可由通信話路終端接收濾波器電路中的電位器進行調(diào)節(jié)。如圖5-7所示。話筒信號源- 廣播信號一編碼器P(t) J8011 2亠3 1 S(t)譯碼器二哥1-*K102來自PSK軍調(diào)電路F64PF32PF16P1K201F64PF32PF16P1K801纟工作時鐘6圖5

18、-7本實驗系統(tǒng)通信實驗四.實驗步驟及注意事項1. 做增量調(diào)制編碼時，跳線開關接通設置：K201的1-2或K201的2-3或K201的4-5或K201 的 5-6。2. 做增量調(diào)制譯碼時，必須使M編碼實驗工作正常。解調(diào)工作時鐘應與調(diào)制工作時鐘一 致。因此，單獨調(diào)制時可有四種工作時鐘可選；解調(diào)時，只有三種工作時鐘可選。3. 外加信號輸入要注意幅度及其頻率。五.測量點說明TP201 :輸入3003400Hz的正弦波（J106選擇）。若幅度過大，則被限幅電路限幅 成方波了，因此信號波形幅度盡量小一些，方法是，可改變外部信號源的幅度大小，或調(diào)節(jié)電位器 W10 8。TP202 :增量調(diào)制編碼電路的本地譯碼信號輸出波形。其輸出波形與TP201相近似，但它的上升斜率和下降斜率不同。TP203 :增量調(diào)制編碼電路的工作時鐘輸入波形，工作頻率為64KHz或32KHz或16KHz或8KHz,它由開關K201的選擇來決定時鐘信號：1腳與2腳相連為64KHZ； 2腳與3腳相連為32KHz;5腳與6腳相連為16KHZ； 6腳與7腳相連為8KHz ；TP204 :一致脈沖信號輸出波形，它隨輸入信號波形的變化而變化。TP205:增量調(diào)制編碼電路的數(shù)字信號輸出波形。TP801 :增量調(diào)制譯碼電路的工作時鐘輸入波形，工作頻率為64KHz