脈沖編碼調制PCM報告-電子科技大學

PAGE21實驗十二脈沖編碼調制PCM實驗【實驗目的】加深對PCM編碼過程的理解。熟悉PCM編、譯碼專用集成芯片的功能和使用方法。了解PCM系統(tǒng)的工作過程【實驗環(huán)境】實驗分組：兩人一組或者單人設備：通信實驗箱，數(shù)字存儲示波器【實驗原理】PCM基本工作原理:脈沖調制就是把一個時間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散、取值離散的數(shù)字信號后在信道中傳輸。脈碼調制就是對模擬信號先抽樣，再對樣值幅度量化、編碼的過程。所謂抽樣，就是對模擬信號進行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經過抽樣后還應當包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。在該實驗中，抽樣速率采用8KHz。所謂量化，就是把經過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示。一個模擬信號經過抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調制信號，它僅為有限個數(shù)值。所謂編碼，就是用一組二進制碼組來表示每一個有固定電平的量化值。然而，實際上量化是在編碼過程中同時完成的，故編碼過程也稱為模/數(shù)變換，可記作A/D。由此可見，脈沖編碼調制方式就是一種傳遞模擬信號的數(shù)字通信方式。PCM的原理如圖5-1所示。話音信號先經防混疊低通濾波器，進行脈沖抽樣，變成8KHz重復頻率的抽樣信號（即離散的脈沖調幅PAM信號），然后將幅度連續(xù)的PAM信號用“四舍五入”辦法量化為有限個幅度取值的信號，再經編碼，轉換成二進制碼。對于電話，CCITT規(guī)定抽樣率為8KHz，每抽樣值編8位碼，即共有28=256個量化值，因而每話路PCM編碼后的標準數(shù)碼率是64kb/s。為解決均勻量化時小信號量化誤差大、音質差的問題，在實際中采用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號時分層密、量化間隔小，而在大信號時分層疏、量化間隔大，如圖5—2所示。實際中廣泛使用的是兩種對數(shù)形式的壓縮特性：A律和μ律。A律PCM用于歐洲和我國，μ律用于北美和日本。它們的編碼規(guī)律如圖5-3所示。圖中給出了信號抽樣編碼字與輸入電壓的關系，其中編碼方式（1）為符號/幅度數(shù)據(jù)格式，Bit7表示符號位，Bit6～0表示幅度大?。唬?）為A律壓縮數(shù)據(jù)格式，它是（1）的ADI（偶位反相）碼；（3）為μ律壓縮數(shù)據(jù)格式，它是由（1）的Bit6～0反相而得到，通常為避免00000000碼出現(xiàn)，將其變成零抑制碼00000010。對壓縮器而言，其輸入輸出歸一化特性表示式為:PCM編譯碼電路TP3067芯片介紹編譯碼器的簡單介紹模擬信號經過編譯碼器時，在編碼電路中，它要經過取樣、量化、編碼，如圖5-4(a)

所示。到底在什么時候被取樣，在什么時序輸出PCM碼則由A→D控制來決定，同樣PCM碼被接收到譯碼電路后經過譯碼、低通濾波、放大，最后輸出模擬信號，把這兩部分集成在一個芯片上就是一個單路編譯碼器，它只能為一個用戶服務，即在同一時刻只能為一個用戶進行A\D及D\A變換。編碼器把模擬信號變換成數(shù)字信號的規(guī)律一般有二種，一種是μ律十五折線變換法，它一般用在PCM24路系統(tǒng)中，另一種是A律十三折線非線性交換法，它一般應用于PCM30\32路系統(tǒng)中，這是一種比較常用的變換法.模擬信號經取樣后就進行A律十三折線變換，最后變成8位PCM碼，在單路編譯碼器中，經變換后的PCM碼是在一個時隙中被發(fā)送出去，這個時序號是由A→D控制電路來決定的，在其它時隙時編碼器是沒有輸出的，即對一個單路編譯碼器來說，它在一個PCM幀里只在一個由它自己的A→D控制電路決定的時隙里輸出8位PCM碼，同樣在一個PCM幀里，它的譯碼電路也只能在一個由它自己的D--A控制電路決定的時序里，從外部接收8位PCM碼。其實單路編譯碼器的發(fā)送時序和接收時序還是可由外部電路來控制的，編譯碼器的發(fā)送時序由A→D控制電路來控制。我們定義為FSx和FSr，要求FSx和FSr是周期性的，并且它的周期和PCM的周期要相同，都為125μS，這樣，每來一個FSx，其Codec

就輸出一個PCM碼，每來一個FSr，其Codec就從外部輸入一個PCM碼。圖5-4(b)是PCM的譯碼電路方框圖，工作過程同圖5-4(a)相反，因此就不再討論了。本實驗系統(tǒng)編譯碼器電路的設計我們所使用的編譯碼器是把Codec和Filter集成在一個芯片上，它的框圖見圖5－5所示。該器件為TP3067。圖5-6是它的管腳排列圖。引腳符號符號功能VPO+接收功率放大器的同相輸出。GNDA模擬地，所有信號均以該引腳為參考點。VPO-接收功率放大器的倒相輸出。

VPI接收功率放大器的倒相輸入。VFRO接收濾波器的模擬輸出。VCC正電源引腳，VCC=+5V士5%

FSR接收幀同步脈沖，F(xiàn)SR為8kHz脈沖序列

DR接收幀數(shù)據(jù)輸入.PCM數(shù)據(jù)隨著FSR前沿移入DR。

BCLKR\CLKSEL在FSR的前沿后把數(shù)據(jù)移入DR的位時鐘，其頻率可從64kHz至2.48MHz。MCLKR\PDN接收主時鐘，其頻率可以為1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz.MCLKX發(fā)送主時鐘，其頻率可以是1.536MHz，1.544MHz或2.048MHz.它允許與MCLKR異步，同步工作能實現(xiàn)最佳性能。BCLKXPCM數(shù)據(jù)從DX上移出的位時鐘，頻率從64kHz至2.048MHz，必須與MCLKX同步。DX由FSX啟動的三態(tài)PCM數(shù)據(jù)輸出。

FSX發(fā)送幀同步脈沖輸入，它啟動BCLKX并使DX上PCM數(shù)據(jù)移到DX上。ANLB模擬環(huán)回路控制輸入，在正常工作時必須置為邏輯“0”拉到邏輯“1”GSX發(fā)送輸入放大器的模擬輸出。用來在外部調節(jié)增益。

VFXI-發(fā)送輸入放大器的倒相輸入。

VFXI+發(fā)送輸入放大器的非倒相輸入。

VBB負電源引腳，VBB=-5V±5%。PCM編譯碼電路PCM編譯碼電路所需的工作時鐘為2.048MHz，F(xiàn)SR、FSX的幀同步信號為8KHz窄脈沖，圖5-7是短幀同步定時波形圖，圖5-8是時鐘電路測量點波形圖，圖5-9是PCM編譯碼電路的波形圖，圖5-10是它的電原理圖。在本實驗中選擇A-Law變換，以2.048Mbit來傳送信息，信息幀為無信令幀，它的發(fā)送時序與接收時序直接受FSX和FSR控制。還有一點，編譯碼器一般都有一個PDN降功耗控制端，PDN=0時，編譯碼能正常工作，PDN=1時，編譯碼器處于低功耗狀態(tài)，這時編譯碼器其它功能都不起作用，我們在設計時，可以實現(xiàn)對編譯碼器的降功耗控制。【實驗內容】用同步信號源TP106的輸出波形觀察A律PCM八比特編碼的實驗脈沖編碼調制（PCM）及系統(tǒng)實驗具體內容方法如下：在不加信號的情況下，用二蹤示波器測量TP501-TP508各點處的波形，仔細觀察。從實驗一中的信號發(fā)生器TP106輸入一單音頻正弦信號至S201，單音頻正弦信號的幅度大小可由W102、W001進行調節(jié)，再測量TP501-TP508各點波形，仔細測量TP505的輸出PCM數(shù)字信號，觀察PCM輸出的8比特碼并作詳細記錄，畫出各點波形并分析其相位關系。外加信號輸入一正弦信號至S201中，重復上述“2”的過程及步驟進行實驗。用音頻夾子線連接，將外加廣播信號源接入S201信號插座中，用二蹤示波器觀察輸入、輸出波形。喇叭接在K001的1、2腳，仔細鑒別話音傳輸質量與效果?！緦嶒灢襟E】按下開關：K2、K3、K100、K500。按一下“開始”與“PCM”功能鍵，顯示代碼“2”。這樣就給PCM系統(tǒng)中送上三信號，即：a.2048KHz主時鐘信號b.8KHz收發(fā)分幀同步信號c.使能信號，此為低電平

有效。跳線開關放置：K101的1–2腳、K501的1–2腳。外加300Hz～3400Hz信號從S201進入。PCM系統(tǒng)實驗電路波形圖見5-9所示。

測量點說明:TP501：在S201輸入端輸入一個300～3400Hz的正弦波信號，若幅度過大，則被陷幅電路陷幅成方波了，因此信號波形幅度盡量小一些，方法是改變外部信號源的幅度大小。TP502：波形同TP501，但幅度可能被放大，也可能被減小，幅度可由通信話路終端發(fā)送濾波器電路中的電位器W001進行調節(jié)。TP503：頻率為2.048MHz的主時鐘信號。TP503=TP101。TP504：頻率為8KHz的分幀同步信號，TP504=TP104。TP505：PCM編碼輸出數(shù)字信號，數(shù)據(jù)的速率是64KHz，為8比特編碼，其中第一位為語音信號編碼后的符號位，后七位為語音信號編碼后的電平值。TP506：PCM譯碼輸入數(shù)字信號，波形同TP505，由開關K501的1與2相連。TP507：PCM譯碼輸出模擬信號，波形同TP501。TP508：PCM譯碼輸出模擬信號，波形同TP507，但幅度可能被放大，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W003進行調節(jié)?！緦嶒炗涗洝?．實驗小組及其成員小組名稱成員（班級-學號）2、實驗數(shù)據(jù)記錄和分析TP501TP502TP503TP504TP505TP506【思考題】在實際中廣泛使用的是兩種對數(shù)形式的壓縮特性是哪兩種？答：A律和μ律。A律PCM用于歐洲和我國，μ律用于北美和日本。（1）為符號/幅度數(shù)據(jù)格式，Bit7表示符號位，Bit6～0表示幅度大小；（2）為A律壓縮數(shù)據(jù)格式，它是（1）的ADI（偶位反相）碼；（3）為μ律壓縮數(shù)據(jù)格式，它是由（1）的Bit6～0反相而得到，通常為避免00000000