語音模數(shù)轉換試驗

1、實驗一語音模數(shù)轉換實驗、實驗目的了解模擬/數(shù)字,數(shù)字/模擬信號的轉換過程；了解PCM的編譯碼原理；通過觀測A/D、D/A波形，加深對模數(shù)轉換的理解。二、實驗內(nèi)容.觀測A/D轉換前后及D/A轉換前后的波形；.通過改變輸入模擬信號，觀測 A/D波形的變換。三、實驗原理1 .模數(shù)轉換的基本原理在現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)男盘柖际菙?shù)字信號，而我們通信的主要業(yè)務一一語音是 模擬信號，要想在數(shù)字通信的網(wǎng)絡中傳輸，必須進行信號的模數(shù)轉換，將模擬信號轉換為數(shù)字信號。在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中以 PCM為代表的編碼調(diào)制技術被廣泛應用于模擬信號的數(shù)字傳輸。 PCM勺主要優(yōu)點是：抗干擾能力強；失真小；傳輸特性穩(wěn)定，尤其是遠距

2、離信號再生中繼時 噪聲不累積，而且可以采用壓縮編碼、糾錯編碼和保密編碼等來提高系統(tǒng)的有效性、可靠性和保密性。另外，PCM3E可以在一個信道上將多路信號進行時分復用傳輸。脈沖編碼調(diào)制(PCM是把模擬信號變換為數(shù)字信號的一種調(diào)制方式，其最大的特點是 把連續(xù)輸入的模擬信號變換為在時間和振幅上都離散的量，然后將其轉化為代碼形式傳輸。PCM碼通過抽樣、量化、編碼三個步驟將連續(xù)變化的模擬信號轉換為數(shù)字編碼。為便于用數(shù)字電路實現(xiàn)，其量化電平數(shù)一般為 2的整數(shù)次哥，有利于采用二進制編碼表示。采用均勻量化時，其抗噪聲性能與量化級數(shù)有關，每增加一位編碼，其信噪比增加約6dB,但實現(xiàn)的電路復雜程度也隨之增加，占用帶

3、寬也越寬。因此實際采用的量化方式多為非均勻量化，通常使用信號壓縮與擴張技術來實現(xiàn)非均勻量化。在保持信號固有的動態(tài)范圍前提下，在量化前將小信號進行放大而對大信號進行壓縮。通常的壓縮方法有13折線A律和科律兩種標準，國際通信中多采用 A律。采用信號壓縮后，用 8位編碼實際可以表示均勻量化11位編碼時才能表示的動態(tài)范圍，能有效提高小信號時的信噪比。圖示為脈沖編碼調(diào)制的原理框圖。(1)抽樣定理及其應用低通信號均勻抽樣定理：一個頻帶限制在 0到fx以內(nèi)的低通信號，如果以 fs之2 fx的 抽樣速率進行均勻抽樣，則 x可以由抽樣后的信號 xs(t)完全地確定指xs(t)包含有x(t) 的成分，可以通過適當

4、地理想低通濾波器不失真地恢復x(t)。而最小抽樣速率 fs = 2 fx稱為奈奎斯特速率，1/(2 fx)稱為奈奎斯特間隔。(2)量化量化的過程是指模擬信號 f(t)按照適當抽樣速率 fs進行均勻抽樣，抽樣周期Ts=1/fs。 第k個抽樣值為f(kTs)。抽樣值在量化時轉換為 Q個規(guī)定電平mm?、.、mn中的一個。 量化后的信號是對原來信號的近似。當抽樣速率一定時，量化級數(shù)目增加和量化電平選擇適當，可以使與f(t)近似程度提高。量化過程分為均勻量化和非均勻量化。在均勻量化中，量化噪聲與信號電平大小無關。量化誤差的最大瞬時值等于量化階距的一半。所以信號電平越低，信噪比越小。當信號的振幅動態(tài)范圍越

5、寬，需要的量化電平數(shù)就越多。為了克服均勻量化的缺點，需要量化階距跟隨 輸入信號電平的大小而改變。在低電平時分層細一些，用小的量化階去近似，對大信號則用 大的量化階去近似。這樣就使輸入信號與量化噪聲之比在小信號到大信號的整個范圍內(nèi)基本 一致。因此，就要使用壓擴技術來實現(xiàn)非均勻量化。(3)編碼信號經(jīng)過抽樣、量化以后成為可以編碼的量化信號。量化信號經(jīng)過模/數(shù)變換可以轉換成各種各樣的編碼信號，然后就可以將它們送到信道中去傳輸，這就是基帶信號。代碼的形式通常采用二進制，而多進制代碼只是用在線路的信噪比較好，可以利用的頻帶比較窄的情形。(4)數(shù)模轉換數(shù)模轉換為模數(shù)的反過程，通過將模數(shù)轉換的數(shù)據(jù)通過內(nèi)插和低

6、通濾波來完成。2. A/D和D/A轉換芯片 AD73311在語音變換實驗中，我們采用了Analog Device 公司的芯片一AD73311。AD73311具有線fA/D和D/A轉換功能，采樣頻率為 8kHZ64kHZ,可以編程控制，采樣字長為 16位。 具有大信噪比、輸入輸出增益可編程控制、 低工作電壓(2.7V5.5V),并且一片兩用的特點， 是一種很受歡迎的芯片。AD公司的 AD73311用起來非常靈活，內(nèi)部有五個控制寄存器(CRA,CRB,CRC,CRD,CRE),工作時先對其進行一些必要的參數(shù)設置。前兩個控制寄存器( CRA和CRB) 是用來進行參數(shù)設置的，例如設置內(nèi)部計數(shù)器、序列時

7、鐘分頻率和主時鐘分頻率。 其他三個 寄存器用來設置模數(shù)、 數(shù)模控制以及設備的電源控制等。 這些寄存器的配置是由和 AD73311 直接相連的語音壓縮芯片 AMBE2000來自動完成的。AD73311的主時鐘頻率是16.384MHZ , 采樣頻率是經(jīng)過主時鐘分頻得到的， 是AD73311的輸出信號。A/D轉換電路如圖43所示。地克4MHz15一 】4AD73311MLKSCLK19赭F串口使能 20SD15 MSDIFSSUOFSAVDD1AVD&2DVDDwAGND1REFOUTAGND2 REFCAP DCMD.M38647nF57 l蝕 01 4：8 z_/ T *4而F1工T2VOUTP

8、VOUTNVINPV1NN+5V rr 47nF圖4 3AD73311電路外圍電路設計模擬語音信號通過麥克分到達AD73311的模擬輸入端口 VIN,經(jīng)過內(nèi)部的A/D轉換，完成采樣量化和編碼，通過 SDO端口串行數(shù)字輸出，每個采樣點16比特，同時芯片的 SDI端口可以接收數(shù)字化后的語音信號，進行D/A轉換，通過 VOU琬口，到達喇叭?？梢月牭较鄳穆曇簟Ｆ渲蠸DOF說SDIFS分別為發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的幀同步信號。四、實驗步驟1,給實驗箱加電，通過鍵盤和液晶選擇“菜單”中的“二語音變換”。.在語音變換實3中選擇“1.語音模數(shù)變換”。.按下AMBE200O勺復位按鈕，對 AMBE2000S行復位。.

9、將K501撥到“ SIN”，將輸入的模擬信號設置為2kHZ的正弦信號，通過測試點 TP501可以觀測到輸入給 AD73311的模擬信號。調(diào)節(jié)面板上的 W501可以改變輸入信號的幅度。.通過測試點 TP502觀測AD73311中A/D和D/A變換的時鐘輸出，為 1024kHZ。.通過測試點TP503觀測AD73311中數(shù)字輸出和輸入的幀同步信號。.通過測試點TP504觀測AD73311的A/D轉換后的數(shù)字輸出信號。.通過測試點TP505觀測AD73311的D/A轉換前的數(shù)字輸入信號。.通過測試點TP506觀測AD73311完成D/A轉換后的模擬信號，可以通過調(diào)節(jié)面板上的 W502改變輸出信號的幅

10、度。五.實驗操作與結果CH1 連接至U TP501; CH2 連接至U TP506;按下示波器的“ AUTO”鍵；分別將CH1和CH2的電壓檔設為“ 200mV”，時間檔設為“ 200us” ；將CH1向移動，CH2向下移動。調(diào)節(jié)面板上的 W501和W502,分別將TP501和TP506信號的幅度調(diào)整至U 300 mV和500 mV左右。按“RUN/STOP”鍵停止波形采樣。CH1為輸入的模擬2KHz正弦波，CH2為輸出恢復信號，可以看到恢復波形比原始波形質(zhì)量變差了。如圖 2-1-TP501TP50&2-1-TP501TP506CH1連接至ij TP502, CH2連接至ij TP503,電壓

11、檔設置保持為“ 2.0V”， 時間檔設為“ 5us”?？梢源蜷_測量功能，測量 CH1和CH2的頻率?？?以觀測到時鐘波形和幀同步波形，時鐘信號的頻率為1.048MHz (示波器 測試不精確顯示為1.053MHz),幀同步信號的頻率為32KHz0波形如圖 2-1-TP502 TP5032-1-TP502TP503（9） CH1連接至ij TP502, CH2連接至ij TP504,電壓檔設置保持為“ 2.0V”， 時間檔設為“ 5us”?？梢源蜷_測量功能，測量 CH1的頻率。可以觀測 到時鐘波形和A/D轉換后的數(shù)字輸出信號波形，時鐘信號的頻率為1.048MHz （示波器測試不精確顯示為1.000

12、MHz）。波形如圖2-1-TP502 TP504。2-00U /陋 2 .30U Time 5 ,00us &*0,O0002-1-TP502TP504CH1連接至ij TP502, CH2連接至ij TP505,電壓檔設置保持為“2.0V；時 問檔設為5us”?？梢源蜷_測量功能，測量 CH1的頻率。可以觀測到時 鐘波形和D/A轉換前的數(shù)字輸入信號波形，時鐘信號的頻率為1.048MHz （示波器測試不精確顯示為1.053MHz）。波形如圖2-1-TP502 TP505。注意，由于延時D/A轉換前的數(shù)字信號和（9）中的A/D轉換 后的數(shù)字信號不是同一個時刻的信號，所以波形不同。2-1-TP502TP505