第五次通原实验.doc

实验4 CVSD编译码系统实验一、实验目的1掌握增量调制编译码的基本原理，并理解实验电路的工作过程；2了解不同速率的编译码，以及低速率编译码时的输出波形；3学习增量调制编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。二、实验仪器1增量调制编译码模块，位号：D（实物图片如下）2时钟与基带数据产生器模块，位号:G（实物图片见第3页）320M双踪示波器1台4低频信号源1台（选用）5频率计1台（选用）6信号连接线3根7小平口螺丝刀1只三、实验原理增量调制编码每次取样只编一位码，这一位编码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还在减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。输出的“1”、“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的幅值。MC34115是单片增量调制大规模集成电路芯片。其内部组成框图分别如图4-1所示， MC34115集成电路内部电路由下列八个部分组成：模拟输入运算放大器、数字输入运算放大器、VI电压/电流转换运算放大器、积分运算放大器、斜率过载检测电路、斜率极性控制电路、工作状态选择开关电路、Vcc/2稳压电源。(1) 编码电路工作过程由图4-1可知，音频模拟输入信号，经过低通滤波器至MC34115的模拟信号输入端，第1引脚。其编码、译码工作方式由MC34115芯片的第15引脚的电平决定（高电平为编码方式、低电平为译码方式）。此时芯片内的模拟输入运算放大器与移位寄存器接通，从第1引脚(ANI)输入的音频模拟信号与2脚(ANF)输入的本地解码信号相减并放大得到误差信号，然后根据该信号极性编成数据信码从第9引脚(DOT)输出。该信码在片内经过3级或4级移位寄存器及检测逻辑电路。检测过去的3位或4位信码中是否为连续“1”或连续“0”的出现。一旦当移位寄存器各级输出为全“1”码或全“0”码时，表明积分运算放大器增益过小，检测逻辑电路从第11引脚(COIN端)输出负极性一致脉冲，经过外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压输入到第3引脚(SYL端)，由内部电路决定，GC端电压与SYL端相同，这相当于量阶控制电压加到第4引脚GC端。该端外接调节电位器，改变此电位器即可改变GC端的输入电流，以此控制积分量阶的大小，从而改变环路增益，展宽动态范围。第4引脚(GC)输入电流经过VI变换运算放大器，再经量阶极性控制开关送到积分运算放大器，极性开关则由信码控制。外接积分网络(由电阻、电容组成)与芯片内部积分运算放大器相连，在二次积分网络上得到本地解码信号送回ANF端与输入信号再进行比较，以完成整个编码过程。该芯片的外围辅助电路由三大部分组成:音节平滑滤波器电路、二次积分网络电路和直流放大器。4SW02编译码控制图4-1 增量调制系统编译码器内部方框图在没有音频模拟信号输入时，话路是空闲状态，则编码器应能输出稳定的“1”、“0”交替码，这需要一最小积分电流来实现，该电流可通过增大调节电位器来获得。由于极性开关的失配，积分运算放大器与模拟输入运算放大器的电压失调，此电流不能太小，否则无法得到稳定的“l”、“0”交替码。该芯片总环路失调电压约为1.5mv，所以量阶可选择为3mv。当本地积分时间常数1mS时，则最小积分电流取1OA，就可得到稳定的“l”、“0”交替码。如果输出不要求有稳定的“l”、“0”交替码，量阶可减小到0.lmV，而环路仍可正常工作。(2) 译码电路工作过程连接6P03和7P01铆孔，将发端送来的编码数据信号送到7U02(MC34115)芯片的第13引脚，即接收数据输入端。对译码电路，CPU中央控制单元送出低电平至7U02 (MC34115)的15引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通。这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器接收后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第2引脚，而是直接送入后面的积分网络中，再通过低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，话音信号可连接至“接收端滤波放大模块”。虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制PCM数字系统的音质，但是增量调制电路比较简单，能以较低的数码率进行编码，通常为1632kbit/s，而且在用于单路数字电话通信时，不需要收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中，如应用在传输数码率较低的军事，野外及保密数字电话等方面。四、各测量点及可调元件的作用6W01：积分量阶的大小控制电位器。7W01：译码输出积分网络调整电位器。6P01：模拟信号输入铆孔。输入3003400Hz的模拟信号，若幅度过大，当信号的实际斜率超过译码器的最大跟踪斜率时，本地译码波形跟踪不上信号的变化，将造成过载噪声。因此信号波形幅度尽量小一些。方法是：改变相应信号源输出幅度的大小。 6TP01：增量调制编码电路的本地译码信号（阶梯波形）输出测试点。波形不好可调节6W01电位器。6TP02：一致脉冲信号输出测试点。它随输入信号波形的变化而变化。当编码数字信号出现三个连0（或三个连1）时，一致脉冲信号输出负电平，直至连0（或连1）现象结束，返回正电平输出。6P02：增量调制编码时钟输出铆孔，工作频率由时钟与基带数据发生模块拨码器4SW02控制。4SW02设置为“00100”时，时钟为8K；设置为“00101”：16K；设置为“00110”：32K；设置为“00111”：64K；另外，接收滤波器截止频率默认为2.65KHZ。6P03：增量调制编码电路输出数字编码信号连接铆孔。 7P01：增量调制译码电路接收编码信号输入铆孔。6P01CVSD编码CVSD译码信号恢复滤波器6P03DDS信号源7P017P02P14P03P15图4-2 增量调制系统连接示意方框图7P02：经过二次积分网络后的本地译码波形输出铆孔，可调节7W01电位器。五、实验内容及步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“增量调制编译码模块”，插到底板“G、D”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2信号线连接：用专用导线将P03、6P01；6P03、7P01；7P02、P14连接，如图4-2。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。3加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。4增量调制的编码时钟设定：拨码器4SW02设置“00110”，即增量调制的编译码时钟为32KHZ（也可设置其它时钟）。5正弦波幅度调节及监测：DDS信号源设置为正弦波状态(通常频率设置为2KHZ)，幅度由W01电位器调节。6时钟为32KHZ，正弦波为2KHZ与阶梯波观察：调节正弦波幅度峰峰值2V左右，双踪示波器探头分别接在测量点6P01和6TP01，观察正弦波及本地译码输出的阶梯波。调整6W01电位器，使阶梯波与正弦波误差越小越好（此时呈现匀称的阶梯波）。若6W01电位器调整不当或正弦波幅度过大，阶梯波可能变成三角波，此时为严重的过载量化失真。调整6W01电位器，使测量点6TP01为匀称的阶梯波。7时钟为32KHZ，增量调制编码数据观察：调节正弦波幅度峰峰值2V左右，双踪示波器探头分别接在测量点6P01和6P03，观察正弦波及增量调制编码器输出数据。并且，调节W01电位器，改变正弦波幅度，增量调制编码器输出数据也作相应变化。严重过载量化失真时，增量调制编码器输出交替的长连“1”、 长连“0”码。8. 时钟为32KHZ，阶梯波及增量调制编码数据观察：调节正弦波幅度峰峰值2V左右，双踪示波器探头分别接在测量点6TP01和6P03，观察阶梯波及增量调制编码器输出数据。阶梯波上升，对应“1”码；阶梯波下降，对应“0”码。并且，调节W01电位器，改变正弦波幅度，阶梯波及增量调制编码器输出数据都作相应变化。9. 时钟为32KHZ，增量调制编码数据及负极性一致脉冲信号输出观察：双踪示波器探头分别接在测量点6P03和6TP02，观察增量调制编码数据及负极性一致脉冲信号输出。调节W01电位器，改变正弦波幅度，当没有长连 “0”或长连“1”码时，6TP02始终为高电位；当增量调制编码数据出现3个及3个以上长连 “0” 或长连“1”码时，6TP02为低电位，即产生负极性一致脉冲，并且长连 “0” 或长连“1”个数越多，则负极性一致脉冲宽度也越宽。10时钟为32KHZ，编码阶梯波及译码阶梯波观察：双踪示波器探头分别接在测量点6TP01和7P02，调整7W01电位器，使译码端测量点7P02输出阶梯波形，它应与编码端6TP01阶梯波形相近似。11.时钟为32KHZ，输入正弦波及译码恢复正弦波观察：双踪示波器探头分别接在测量点P03和P15观察输入正弦波及译码恢复正弦波，是否有明显失真（收端低通滤波器频率为2.6KHZ，P14为滤波器输入点）。12时钟为32KHZ，语音信号增量调制编码、译码试听：信号连线改接如下：用专用导线将P05（用户电话语音信号发送输出）与6P01（模拟信号的输入）连接；7P02（译码输出的模拟信号）与P14连接，6P03（编码输出）与7P01（译码输入）相连。对着用户电话话筒讲话或按动电话上的数字键，扬声器试听，直观感受增量调制编码译码的效果。13时钟为64KHZ，16KHZ，增量调制编码、译码测量：改变编、译码工作时钟为64KHZ，16KHZ，再重复上述613步骤实验，比较不同工作时钟下的通信效果。14关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验报告要求1根据步骤2中的连线关系，画出实验方框图，并作简要叙述。2画出各测量各点波形，结合理论分析说明所发生的各种现象。3在通话的质量方面，你认为该实验系统如何改进方能提高话音的质量，及对本实验有何改进意见？实验23 AMI/HDB3编译码实验一、实验目的1熟悉AMI / HDB3码编译码规则；2了解AMI / HDB3码编译码实现方法。二、实验仪器1AMI/HDB3编译码模块，位号：F（实物图片如下）2时钟与基带数据发生模块，位号：G (实物图片见第3页)320M双踪示波器1台4信号连接线1根三、实验原理AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码0（空号）和1（传号）按如下规则进行编码的码：代码的0仍变换为传输码的0，而把代码中的1交替地变换为传输码的1、1、1、1由于AMI码的信号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。从AMI码的编码规则看出，它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列，而且也是一个二进制符号变换成一个三进制符号。把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码称为1B1T码型。AMI码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的线路码，并得到广泛采用。但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。为了保持AMI码的优点而克服其缺点，人们提出了许多改进的方法，HDB3码就是其中有代表性的一种。 HDB3码是三阶高密度码的简称。HDB3码保留了AMI码所有的优点（如前所述），还可将连“0”码限制在3个以内，克服了AMI码出现长连“0”过多，对提取定时钟不利的缺点。HDB3码的功率谱基本上与AMI码类似。由于HDB3码诸多优点，所以CCITT建议把HDB3码作为PCM传输系统的线路码型。 如何由二进制码转换成HDB3码呢？HDB3码编码规则如下：1二进制序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，但当出现四个连“0”码时，用取代节000V或B00V代替四个连“0”码。取代节中的V码、B码均代表“1”码，它们可正可负（即V+=1，V-=1，B+=1，B-=1）。2取代节的安排顺序是：先用000V，当它不能用时，再用B00V。000V取代节的安排要满足以下两个要求：（1）各取代节之间的V码要极性交替出现（为了保证传号码极性交替出现，不引入直流成份）。（2）V码要与前一个传号码的极性相同（为了在接收端能识别出哪个是原始传号码，哪个是V码？以恢复成原二进制码序列）。 当上述两个要求能同时满足时，用000V代替原二进制码序列中的4个连“0”（用000V+或000V-）；而当上述两个要求不能同时满足时，则改用B00V（B+00V+或B-00V-，实质上是将取代节000V中第一个“0”码改成B码）。3HDB3码序列中的传号码（包括“1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替出现的原则。 下面我们举个例子来具体说明一下，如何将二进制码转换成HDB3码。二进制码序列: 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1HDB3码码序列:V+ -1 0 0 0 V- +1 0 1 B+ 0 0 V 0 1 +1 1 0 0 0 V- B+ 0 0 V+ 0 1从上例可以看出两点：（1）当两个取代节之间原始传号码的个数为奇数时，后边取代节用000V；当两个 取代节之间原始传号码的个数为偶数时，后边取代节用B00V（2）V码破坏了传号码极性交替出现的原则，所以叫破坏点；而B码未破坏传号码极性交替出现的原则，叫非破坏点。 虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个码，再将所有1变成1后便得到原消息代码。本模块是采用SC22103专用芯片实现AMIHDB3编译码的。在该电路中，没有采用复杂的线圈耦合的方法来实现AMIHDB3码的变换，而是采用TL084对HDB3码输出进行变换。编码模块中，输入的码流由SC22103的1脚在2脚时钟信号的推动下输入，HDB3码与AMI码功能由20K01选择。专用芯片的14、15脚为正向编码和负相编码输出，正负编码再通过相加器变换成AMIHDB3码。译码模块中，译码电路接收正负电平的AMIHDB3码，整流后获得同步时钟，并通过处理获得正向编码和负向编码，送往译码电路的SC22103专用芯片的11、13脚。正确译码之后21TP01与20P01的波形应一致，但由于HDB3码的编译码规则较复杂，当前的输出HDB3码字与前4个码字有关，因而HDB3码的编译码时延较大。四、各测量点及开关的作用20K01：1-2，实现AMI功能；2-3，实现HDB3功能20P01：数字基带信码输入铆孔。可从“时钟与基带数据发生模块”引入不同的数字信号进行编码，如全“1”、 全“0”及其它码组等。拨码器4SW02：当设置为“01110”时，则4P01输出由4SW01拨码器设置的8比特数据，速率为64K；当设置为“00001”时，则4P01输出15位的伪随机码数据，速率为32K。 20TP01：AMI或HDB3码编译码的64KHz工作时钟测试点。 20TP02：AMI或HDB3码编码时的负向波形输出测试点。 20TP03：AMI或HDB3码编码时的正向波形输出测试点。 20TP04：AMI或HDB3码编码输出测试点。20P02:译码数字基带信码输出铆孔。注：20TP02、20TP03、20TP04编码输出信号，都比数字基带信号20P01延时4个编码时钟周期，20TP01作为4连0检测用；20P02译码还原输出的数字基带信号，也比数字编码信号21TP04延时4个译码时钟周期。五、实验内容及步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将AMI/HDB3编译码模块、时钟与基带数据发生模块，分别插到通信原理底板插座上（位号为：F、G）。（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2信号线连接： 用专用导线将4P01、20P01连接。注意连接铆孔箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。3加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。4AMI码测试：1）跳线开关20K01选择1-2脚连，即实现AMI功能。2）拨码器4SW02：设置为“01110”， 拨码器4SW01设置“11111111”。即给AMI编码系统送入全“1”信号。观察有关