脉冲编码调制(PCM)实验报告

1、脉冲编码调制(pcm)实验报告 实验四 脉冲编码调制(pcm)实验 一、实验目的 通过本实验,学生应达到以下要求: 1,了解语音信号pcm编译码的工作原理及实现过程. 2,验证pcm编译码原理. 3,初步了解pcm专用大规模集成电路的工作原理和应用. 4,了解语音信号数字化技术的主要指标,学习并掌握相应的测试方法. 二、实验内容 本实验可完成以下实验内容： ? 观察测量pcm调制解调的各种时隙信号 ? 观察编译码波形 ? 测试动态范围、信噪比和系统频率特性 ? 对系统性能指标进行测试和分析 ? 系统输出信噪比特性测量 ? 编码动态范围和系统动态范围测量 ? 系统幅频特性测量 ? 空载噪声测量

2、三、基本原理 脉冲编码(pcm)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用.十多年来,由于超大规 模集成技术的发展,pcm通信设备在缩小体积,减轻重量,降低功耗,简化调试以及方便维护等方面都有了显著的改进.目前,数字电话终端机的关键部件,如编译码器(codec)和话路滤波器等都实现了集成化.本实验是以这些产品编排的 pcm 编译码系统实验,以期让实验者了解通信专用大规模集成电路在通信系统中应用的新技术. pcm 数字电话终端机的构成原理如图 4.1 所示.实验只包括虚线框内的部分,故名 pcm编译码实验. 发滤波器voice编码器合路发混合装置收滤波器译码器分路 收图4.1 pcm数字电话终端机

3、的结构示意图 1、实验原理和电路说明 pcm编译码系统由定时部分和pcm编译码器构成,电路原理图附于本章后. ? pcm编译码原理 为适应语音信号的动态范围,实用的pcm编译码必须是非线性的.目前,国际上采用的 均是折线近似的对数压扩特性.itu-t 的建议规定以 13 段折线近似的 a 律(a=87.56)和 15段折线近似的律(=255)作为国际标准.a 律和律的量化特性初始段如图 4.2 和图 4.3所示.a律和律的编译码表分别列于表1和表2.(附本章后) 这种折线近似压扩特性的特点是:各段落间量阶关系都是 2 的幂次,在段落内为均匀分层量化,即等间隔16个分层,这些对于用数字电路实现非

4、线性编码与译码是极为方便的. ? pcm编译码器简介 鉴于我国国内采用的是a律量化特性,因此本实验采用tp3067专用大规模集成电路,它 是cmos工艺制造的单片pcma律编译器,并且片内带输入输出话路滤波器. tp3067的管脚如图4.4所示,内部组成框图如图4.5所示. tp3067的管脚定义简述如下: (1)vpo+ 收端功率放大器的同相输出端. (2)gnda 模拟地.所有信号都以此管脚为参考. (3)vpo- 收端功放的反相输出端. (4)vpi 收端功放的反相输入端. (5)vfro 接收部分滤波器模拟输出端. (6)vcc +5v电压输入. (7)fsr接收部分帧同步时隙信号,是

5、一个8khz脉冲序列. (8)dr接收部分pcm码流解码输入端. (9)bclkr/clksel位时钟(bitclock),它使pcm码流随着fsr上升沿逐位移入dr端,位时钟 可以为从 64khz 到 2048mhz 的任意频率.或者作为一个逻辑输入选择 1536mhz,1544mhz 或 2048mhz,用作同步模式的主时钟. (10)mclkr/pdn接收部分主时钟,它的频率必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mcklx 异步,但是同步工作时可达到最佳状态.当 mclkx 接低电平,mclkr被选择为内部时钟,当 mclkx接高电平,该芯片进入低功耗状态. (11

6、)mclkx发送部分主时钟,必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mclkr异步,但 是同步工作时可达到最佳状态. (12)bclkx发送部分时钟,使pcm码流逐位移入dr端.可以为从64khz到2048mhz的任意 频率,但必须和mclkx同步. (13)dx发送部分pcm码流编码输出端. (14)fsx发送部分帧同步时隙信号,为一个8khz的脉冲序列. (15)tsx漏极开路输出端,它在编码时隙输出低电平. (16)anlb 模拟反馈输入端.在正常工作状态下必须置成逻辑当置成逻辑时,发送 部分滤波器的输入端并不与发送部分的前置滤波器相连,而是和接收部分功放的vpo+相

7、连. (17)gsx发送部分输入放大器的模拟基础,用于在外部同轴增益. （18）vfxi发送部分输入放大器的反相输入端。 （19）vfxi发送部分输入放大器的同乡输入端。 （20）v58接-5v电源 vpo+gndavpo-vpivfrovccfsrdrbclkr/clksetmclkr/pdn12345678910201918vbbvfxi+vfxi-gsxanlbtsxfsxdxbclkxmclkx tp306717161514131211图4.4 tp3067管脚图 ? 定时部分 tp3067编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供。这里只需要主时钟2048khz和帧定时8khz信号。 为

8、了简化实验内容，本实验系统的编译码部分公用一个定时源以确保发收时隙的同步。在实际的pcm数字电话设备中，必须有一个同步系统来保证发收同步的。 vfxi-r1r2-+gsx拟开关anlb模自动调零rc滤波器带通滤波器a/dvfxi+vpo+s/n dac寄存器寄存器dxr-+电压基准比较器rc滤波器控制逻辑s/ndacrvpo-r3vpir4vfro-+带通滤波器dr定时控制+5v-5vtsxvccvbbgndamclkxfsrfsxbclkxbclkr/mclkr/pdnclkset四、实验仪器 基本仪器 名称 双踪同步示波器 直流稳压电源 低频信号发生器 要求达到指标 20mhz +7v（1

9、a）、-7v（0.5a）、+14v（0.5a） 输出频率范围满足50hz-8khz 输出电压范围满足0-5v（峰峰值） 数量 1台 1台 1台 1台 1台 1台 失真度测试仪 pcm实验箱 万用表 可选仪器 名称 毫伏表 杂音计 数字频率计 测量频率范围满足50hz-8khz 测量信噪比范围050db 要求达到的指标 测量电压范围优于50mv-3v，频率范围50hz-8khz nd5 测量频率范围50hz-10mhz 数量 1台 1台 1台 五、实验内容 (一)、电源检查 使用万用表检测实验箱的电源接入点和 gnd 之间是否有短路现象,如果有则禁止继续 实验. 在实验箱中使用了 7805 和

10、7905芯片来保护实验板电子元器件,由于稳压器需要一定的电压差,故电路板上+5v,-5v的电源需要由+7v,-7v的电源通过稳压来提供.两组电源的接入点请参考电路板上的印刷文字. 在连接电源和实验箱之前,一定要用万用表确认两组电源的电压极性和电压值正确,在 确认完全无误之前不允许将实验箱和电源连接. (二)、时钟部分 本实验箱中所有的时隙都是从频率为4096khz的主振分频得到.4096khz的主振首先经分频后得到2048khz的位定时,再经分频分相后得到8khz的主同步时钟和路时钟.用示波器在测试点(1)观察主振波形,并测量其频率.在测试点(2),(3)和(4)观测其它时钟信号. (三)、p

11、cm编译码器 将音频信号发生器输出的音频信号从(5)(5)输入,其中5为gnd,5为信号输入端. 输入信号的频率为1khz,幅度为2v(峰峰值),在测试点(6)可观察到pcm编码输出的码流.(需 要指出的是,由于我们只在一个时隙上工作,而标准的基群信号中间包括32个时隙,由于没 有在其它时隙进行编码,因此编码器只在一个时隙上有输出,然后慢慢衰竭,这样从表明上 看起来pcm输出码流象一个衰减振荡). 用连接线连接插孔(6)(7),则在测试点(8)可观察到经译码和和接收低通滤波器恢复出的音频信号.比较该信号与输入信号的差别. (四)、系统性能测试 系统性能测试有三项指标,即动态范围,信噪比特性,空