实验六 增量调制.doc

实验六 增量调制（M）编译码实验一、实验目的1. 了解语音信号的M编码过程；2. 验证M的编译码原理；3. 粗略了解M编译码专用集成电路的基本工作原理、外部电路设计原则和一般使用方法。二、实验仪器1. 音频信号发生器XDF-7A2. 杂音计ND53. 失真度测试仪BS14. 毫伏计GB95. 直流稳压电源JWY-30-46. 双踪同步示波器SR87. 数字频率计8110A三、实验原理1. 增量调制（M）增量调制简称M或DM，它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字传输的方法，可以看成是DPCM的一个重要特例。 其目的在于简化语音编码方法。 M与PCM虽然都是用二进制代码去表示模拟信号的编码方式。但是，在PCM中，代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，从而导致编译码设备复杂；而在M中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映出抽样时刻波形的变化趋势，与样值本身的大小无关。 M与PCM编码方式相比具有编译码设备简单， 低比特率时的量化信噪比高，抗误码特性好等优点。在军事和工业部门的专用通信网和卫星通信中得到了广泛应用，近年来在高速超大规模集成电路中用作A/D转换器。不难想到，一个语音信号，如果抽样速率很高（远大于奈奎斯特速率），抽样间隔很小，那么相邻样点之间的幅度变化不会很大，相邻抽样值的相对大小（差值）同样能反映模拟信号的变化规律。 若将这些差值编码传输， 同样可传输模拟信号所含的信息。此差值又称“增量”，其值可正可负。 这种用差值编码进行通信的方式，就称为“增量调制”（Delta Modulation），缩写为DM或M。为了说明这个概念，我们来看图8 -1。图中，m(t)代表时间连续变化的模拟信号，我们可以用一个时间间隔为t， 相邻幅度差为+或-的阶梯波形m(t)来逼近它。只要t足够小，即抽样速率fs=1/t足够高，且足够小，则阶梯波m(t)可近似代替m(t)。其中，为量化台阶，t=Ts为抽样间隔。图6-1 增量编码波形示意图阶梯波m(t)有两个特点：第一，在每个t间隔内， m(t)的幅值不变；第二，相邻间隔的幅值差不是+（上升一个量化阶），就是-（下降一个量化阶）。利用这两个特点，用“1”码和“0”码分别代表m(t)上升或下降一个量化阶，则m(t)就被一个二进制序列表征（见图8 -1横轴下面的序列）。于是，该序列也相当表征了模拟信号m(t)，实现了模/数转换。除了用阶梯波m(t)近似m(t)外，还可用另一种形式图中虚线所示的斜变波m1(t)来近似m(t)。斜变波m1(t)也只有两种变化：按斜率/t上升一个量阶和按斜率-/t下降一个量阶。用“1”码表示正斜率，用“0”码表示负斜率，同样可以获得二进制序列。由于斜变波m1(t)在电路上更容易实现，实际中常采用它来近似m(t)。 与编码相对应，译码也有两种形式。一种是收到“1”码上升一个量阶（跳变），收到“0”码下降一个量阶（跳变），这样把二进制代码经过译码后变为m(t)这样的阶梯波。另一种是收到“1”码后产生一个正斜率电压，在t时间内上升一个量阶，收到“0”码后产生一个负斜率电压，在t时间内下降一个量阶，这样把二进制代码经过译码后变为如m1(t)这样的斜变波。考虑到电路上实现的简易程度，一般都采用后一种方法。2. 单片M编码系统组成随着中、大规模集成电路技术的进步，各种通信专用集成电路迅速发展。M编译码器、开关电容滤波器以及用户接口电路的集成化，为全集成化M数字电话终端设备提供了物质条件。目前，由三块中规模集成电路加少量外接元件设计的新型集成化M数字电话终端机已投入批量生产。图6-2就是这种设备的一个话路方框图。与通用的分立元件及小规模集成电路的编译码器相比，集成化系统在缩小体积、降低功耗方面有明显的效益，对减少量化噪声、增大动态范围等指标起到了良好的作用。本实验用单片MC3518M编译码器和单片CD2912开关电容滤波器组成一个M编译码实验系统。其功能只涉及图6-2中虚线以右的部分。单片M编译码系统组成的方框图如图6-3所示，它是由定时部分、M编译码器及收、发开关电容滤波器组成的。图6-2 集成化M数字电话框图图6-3 M编译码系统框图四、实验步骤1. 时钟部分主振频率为4096kHz，经分频后得到2048Hz的定时，再经分频分相后得到8路32kHz的定时。用示波器在TP1点观察主振波形，在TP2和TP3观察2048kHz至32kHz的波形，并记录其波形参数。2. 发送滤波器在TP5输入频率为1kHz、幅度为2VP-P的音频信号。用双踪示波器在TP5观察输入信号，在TP6观察输出信号，记下它们的幅度和波形。3. M编码器在TP6观察经发送滤波器限带后输入编码器的音频信号，在TP7观察本地译码信号。在TP8观察编码器输出的数字信号（幅度约为10VP-P）。以音频信号作为同步信号，观察信码的变化规律。对应正弦波过零处应有连“0”或连“1”码型出现；对应正弦波的波峰和波谷处应有“0”、“1”交替码型出现。4. M译码器用短线连接TP8 TP9，即将编码信号送入译码器。在TP9观察输入译码器的编码信号，在TP10观察译码器输出的模拟信号，画出波形。5. 接收滤波器在TP10观察滤波器的输入信号。在TP11观察滤波器输出的模拟信号。记下它们的波形和幅度。6. 系统性能测试系统性能有三项指标：动态范围、信噪比和频率特性。（1） 动态范围在满足一定的信噪比（S/N）条件下，编译码系统所对应于1kHz音频信号的幅度范围定义为动态范围。M编译码器允许输入信号的最大幅度为4.36V。为了确保器件的安全使用，本实验在进行动态范围这一指标测试时，不再对输入信号的临界过载进行验证。取输入信号的最大幅度为5VP-P（注意：信号要由小至大调节），测出此时的S/N值。然后以10dB间隔衰减输入信号，将测试数据填入下表。0dB-10dB-20dB-30dB-40dB-50dBVin（mv）P-P500015005001505015S幅度N幅度SNR（dB）（2） 信噪比特性在上一项测试中选择出最佳编码电平（S/N最高）。在此电平下测试不同频率下的信噪比值。频率选择在500Hz/1kHz/2kHz/3kHz上。f（Hz）500100020003000Vin（mv）P-P2000200020002000S幅度N幅度SNR（dB）（3） 频率特性选择一合适的输入电平，改变输入信号的频率，频率范围从50Hz到4000Hz。在T