自适应1bitΔM编码解码电路综合实验报告

1、广州大学电子电路课程设计综合设计性实验报告册实验项目自适应1bitM编码解码电路 学院 物理与电子工程学院 年级专业班 电子信息科学与技术 姓名 Jason.P 同组人 学号 实验地点 广州大学 实验进行时间 2015 年10月 26 日至12月 13 日 指导老师 综合设计性实验预习报告实验项目：自适应1bit M编码解码电路 一 引言：增量调制简称M或增量脉码调制方式（DM），它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字化的方法。1946年由法国工程师De Loraine提出，目的在于简化模拟信号的数字化方法。主要在军事通信和卫星通信中广泛使用，有时也作为高速大规模集成电路中的A/D转换器使用。

2、二 实验目的：输入一个幅值不超过10V的被转换信号，经过M编码与解码电路后，输出被还原信号。三 实验原理：增量调制(DM)原理：增量调制：当DPCM系统中量化器的量化电平数取为2，且预测器仍是一个延迟时间为T 的延迟线时，此DPCM系统就称作增量调制系统。增量调制编码基本原理是只用一位编码，这一位码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量特性，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是减小，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，不表示信号的绝对值。实际上增量调制是将模拟信号变换成

3、仅有一位二进制码组成的数值信号序列。它是一种把信号上一采样的样值作为预测值的单纯预测编码方式。增量调制是预测编码中最简单的一种。它将信号瞬时值与前一个抽样时刻的量化值之差进行量化，而且只对这个差值的符号进行编码，而不对差值的大小编码。因此量化只限于正和负两个电平，只用1bit传输一个样值。如果差值是正的，就发“1”码，若差值为负就发“0”码。因此数码“1”和“0”只是表示信号相对于前一时刻的增减，不代表信号的绝对值。同样，在接收端，每收到一个“1”码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量阶，每收到一个“0”码就下降一个量阶。当收到连“1”码时，表示信号连续增长，当收到连“0”码时，表示信

4、号连续下降。译码器的输出再经过低通滤波器滤去高频量化噪声，从而恢复原信号，只要抽样频率足够高，量化阶距大小适当，收端恢复的信号与原信号就非常接近，量化噪声可以很小。一个简单的M系统组成如图1所示。它由相减器、判决器、本地译码器、积分器、抽样脉冲产生器及低通滤波器组成。本地译码器实际为一脉冲发生器和积分器，它与接收端的译码器完全相同。 其工作过程如下：消息信号m(t)与来自积分器的信号m(t)相减后得到量化误差信号e(t).如果在抽样时刻e(t)>0，判决器（比较器）输出则为“1”；反之若e(t)<0时则为“0”。判决器输出一方面作为编码信号经信道送往接收端，另一方面又送往编码器内部

5、的脉冲发生器：“1”产生一个正脉冲，“0”产生一个负脉冲，积分后得到m(t)。由于m(t)与接收端译码器中积分输出信号是一致的，因此m(t)常称为本地译码信号。接收端译码器与发送端编码器中本地译码部分完全相同，只是积分器输出再经过一个低通滤波器，以滤除高频分量。从上述讨论可以看出，M信号是按台阶s来量化的，因而同样存在量化噪声问题。M系统中的量化噪声有两种形式：一种称为过载量化噪声，另一种称为一般量化噪声，如图3-3所示。过载量化噪声发生在模拟信号斜率陡变时，由于阶梯电压波形跟不上信号的变化，形成了很大失真的阶梯电压波形，这样的失真称为过载现象，也成为了过载噪声；如果无过载噪声发生，则模拟信号

6、与阶梯波形之间的误差就是一般的量化噪声。四 实验内容：（1） 看懂自适应1bitM编码解码电路原理图；（2） 熟悉原理图中的每一个功能模块及其作用；（3） 用AD软件画出电路原理图及PCB图；（4）用multisim软件仿真，对比观察输入与还原信号之间的差异；（5）购买元器件，用热转印法制作好6块PCB板；（6）根据电路原理图及连线说明焊接电路；（7）测试电路：输入一个幅值不超过10V的被转换信号，经过M编码与解码电路后，观察被还原的输出信号，并分析结果。若得不到理想波形，则用示波器测出各电路模块的主要测试点波形，找出错因并更正。五 参考文献：1.樊昌信.通信原理教程M.北京：电子工业出版社，

7、2012.122.数字电子技术基础M. 阎石.北京：高等教育出版社，2006.53.模拟电子技术基础M.华成英，童诗白.北京：高等教育出版社，2006.10综合设计性实验实验报告实验项目：自适应1bitM编码解码电路一 引言：增量调制简称M或增量脉码调制方式（DM），它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字化的方法。1946年由法国工程师De Loraine提出，目的在于简化模拟信号的数字化方法。主要在军事和卫星通信中广泛使用，有时也作为高速大规模集成电路中的A/D转换器使用。二 实验要求：输入一个幅值不超过10V的被转换信号，经过M编码与解码电路后，输出被还原的信号。三 实验仪器：1） 20M

8、Hz双踪示波器一台。2） 函数信号发生器一台（外置）。3） 多路输出的开关电源控制设备一台。4） 计算机一台、仿真软件一套。5） 电阻、电容、集成运放块、多种芯片、覆铜板、杜邦线等组件。6） 电烙铁、镊子、万用表等设备、工具一套。四 实验步骤：1） 查找相关设计M编码译码电路的相关书籍、资料；2） 用AD软件画出电路原理图及PCB图；3） 用multisim软件仿真（以下为仿真电路图）；4） 制作好6块PCB板并根据电路原理图及连线说明焊接实物；5） 测试电路，分析结果。电路2/5电路6电路1电路4注：将电路6中连接4066芯片引脚IN1和IN2的连线对调，其他保持不变，即构成电路3；电路2和

9、电路5一致。右图为DAC0832的管脚图，由于multisim软件没有该芯片，故在此说明一下具体的连线：1、 1、电路2和5中的“点4、7、8、9、33、32、31、30”分别与D/A转换器和的“DI0-DI7”相连。2、 电路3和6中的“点0、17、3”分别与D/A转换器和的“IOUT2、IOUT1、RF”相连。3、 D/A转换器和的“CS、WR1、XFER、WR2、DGND、AGND”接“电源地”，“VDD、ILE、VREF”接“+5V”。4、 电路1-6需共地。五 数据处理及实验结果表示：1）电路1相关测试点的波形图：测试点12的波形图 测试点11与12的波形对比图测试点10的波形图2）

10、真实电路实验分析：在正式上芯片加电源电压测试之前，再次校对每块芯片的底座引脚接线，然后不带芯片上电后，用万用表测量每个芯片底座的VCC引脚的电压，确认无误后再将6块PCB板连接起来上芯片进行测试。首先在电路1的端60点输入频率为1KHz的正弦波信号，从电路6的21端输出的波形却只是一条噪声直线，得不到想要的解码波形。于是我们开始分板测试，以找出出错的原因。我们首先测试的是电路1。从产生时钟脉冲源的LM555芯片入手，在OUT端（即测试点12）测得的输出时钟振荡方波频率约为172kHz，虽然与理论值200kHz存在一定的差距，但结合示波器上显示的波形可以看出芯片是完好的，时钟能正常工作。输入信号

11、点60接入一定频率的正弦波，并将预测值输入端1接地，经过两个反向并接的二极管稳压后将信号输入到LM393差分比较器，在其输出端5和经4013 D触发器抽样后的输出端10得到了与输入信号相近频率的方波，以此得出比较输出模块和信号抽样模块均能正常工作。对于对信号进行PWM调制的另一块LM555芯片，保持10端的方波输入以及11端的时钟信号接入，在输出端只得到的是一个低电平的噪声信号，不能输出不同占空比的方波，以此可以判断由这块LM555芯片构成的多谐振荡器不能正常工作。我们进行细致的分析：电容C5是用来隔直流的，根据数电知识，多谐振荡器的周期T=（R1+2*R5）*C4*ln2=4.71*10-6

12、（us）；T1=（R1+R5）*C4*ln2=2.63*10-6（us），占空比=T1/T50%；频率=1/T=1/（4.71*10-6）（Hz）0.21MHz。所以当单稳态触发器的9端输出为高电平时，u0的占空比tw=1.1*R4*C2=3.63*10-6（us），约为3T/4；输出为低电平时，约为T/4。理论上各电路元件的参数选取是没有问题的。接着，我们用示波器探头测位于电路原理图1右方的那块555芯片的引脚2，根据波形，我们发现电平偏高，经老师指导，我们的二极管用错了，改为1K的电阻替代。由于实际输出的时钟振荡频率（172kHz）偏低，所以将R4阻值改为3.6K，再次测试，结果并没有太大

13、的改善。最后我们认为经CD40106输出的方波（测试点11）并不是太理想，下降沿不陡峭，导致后面不能正常触发。这样一来，电路4、5、6就不能正常测试了。所以我们只能测试电路2,3是否可以正确正常工作。首先我们进行电路2的测试。我们把电路划分为三大部分第一部分是实现“减”斜率运算的移位寄存器部分；第二部分是实现“增”斜率运算的中间部分；第三部分是计数器部分。第一部分进行移位寄存器40194的测试，我在输入端35接入时钟脉冲和在23 DSR端接入频率为时钟脉冲一半的方波信号，在移位寄存器12到15口（即O1-O3输出口）得到了同频的方波，且各个端口间有反相，以此可以判断移位寄存器4019

14、4正常工作。在20端，当移位寄存器输出为全0或者全1时，输出为高电平，可以改变“减”方向的斜率，这部分电路也能正常工作。紧接着又以一些方法测试第二部分的电路，对于27端，当电路1抽样输出为101或者010的时候可以输出高电平,实现“增”方向的斜率改变。随后的第三部分2个二进制计数器的测试也成功。整体来说电路2的功能均能实现。电路5的工作原理和功能与电路2相似。最后是电路3的测试。我先在3端输入一个一定频率的正弦波，在2端和4端得到了一个互相反相的正弦波，可见运放部分是可以正常工作的。设1端输入电压为ui，2端输出电压为uo，则两者之间的关系为：uo=-4ui/5（R8/R5=4/5）。电路3的

15、功能是控制积分的方向，即控制斜率增减的方向。而电路6只是将CD4066BD芯片引脚上的IN1和IN2接线对调，效果与电路2的恰好相反（积分方向与2的相反）。电路4的功能就是实现PWM解调。最后总结错因：电路1中的施密特触发器芯片CD40106性能尚有欠缺，输出的方波信号不理想，再者，电路1的带负载能力不足，最终导致单稳态触发器无法正常工作。六 实验心得与体会：常言道：“世上无难事，只怕有心人”。用心坚持去做，一切皆有可能！时间过得真快，转眼间已经过去一个多月了，现在回想起来，和队友们一起学习，研究，奋斗的时光还历历在目。但是无可否认的是：这些经历将会是我人生中不可多得的财富和经验的积累。 当老师交代的设计任务下来后，我们小组就开始马不停蹄地查阅有关M编码解码电路的相关资料。从一开始的一脸茫然，不懂原理，无从下手，到如今电路的基本完成，是我们小组不懈努力所得到的成果，虽然最后并没有成功，但从这一过程中我们不仅温习了所学的知识，而且还将其运用到实际电路中来，做到学以致用。在电路调试过程中，我们遇到了很多意想不到的问题，但我们不会因此而气馁，而是更加细心，有耐心的去一级级排查错误。有时甚至要整块板重新接线，反复校对，找出问题的所在并加以解决。 通过这次电子电路课程设计实习，使我对自适应增量调制理论知识有了更加深刻的理解。除此之外，因为本次设计还涉及之前学到的数