脈沖編碼調制PCM實驗

1、脈沖編碼調制PCM實驗    4-1實驗四 脈沖編碼調制(PCM)實驗 一, 實驗目的 通過本實驗,學生應達到以下要求: 1,了解語音信號PCM編譯碼的工作原理及實現(xiàn)過程. 2,驗證PCM編譯碼原理. 3,初步了解PCM專用大規(guī)模集成 二,基本原理 脈沖編碼(PCM)技術已經在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用.十多年來,由于超大規(guī)模集成技術的發(fā)展,PCM通信設備在縮小體積,減輕重量,降低功耗,簡化調試以及方便維護等方面都有了顯著的改進.目前,數(shù)字電話終端機的關鍵部件,如編譯碼器(Codec)和話路濾波器等都實現(xiàn)了集成化.本實驗是以這些產品編排的 PCM 編

2、譯碼系統(tǒng)實驗,以期讓實驗者了解通信專用大規(guī)模 PCM 數(shù)字電話終端機的構成原理如圖 4.1 所示.實驗只包括虛線框內的部分,故名 PCM編譯碼實驗. 發(fā) 濾 編碼波 器 收 濾 波 器 器 合 路 譯 碼器 分 路 混 合 裝 置 Voice發(fā) 收 圖4.1 PCM數(shù)字電話終端機的結構示意圖 1,實驗原理和電路說明 PCM編譯碼系統(tǒng)由定時部分和PCM編譯碼器構成,電路原理圖附于本章后. PCM編譯碼原理 為適應語音信號的動態(tài)范圍,實用的PCM編譯碼必須是非線性的.目前,國際上采用的均是折線近似的對數(shù)壓擴特性.ITU-T 的建議規(guī)定以 13 段折線近似的 A 律(A=87.56)和 154-2段

3、折線近似的律(=255)作為國際標準.A 律和律的量化特性初始段如圖 4.2 和圖 4.3所示.A律和律的編譯碼表分別列于表1和表2.(附本章后) 這種折線近似壓擴特性的特點是:各段落間量階關系都是 2 的冪次,在段落內為均勻分層量化,即等間隔16個分層,這些對于用數(shù)字電路實現(xiàn)非線性編碼與譯碼是極為方便的. PCM編譯碼器簡介 鑒于我國國內采用的是A律量化特性,因此本實驗采用TP3067專用大規(guī)模集成電路,它是CMOS工藝制造的單片PCMA律編譯器,并且片內帶輸入輸出話路濾波器. TP3067的管腳如圖4.4所示,內部組成框圖如圖4.5所示. TP3067的管腳定義簡述如下: (1)VPO+

4、收端功率放大器的同相輸出端. (2)GNDA 73 1u6 4-4i n F 73 4 A - .+ Z1T rP'Y ¨rP'24 ,X4 A - F *ü n $d¨ .B- Lm,Xà!9ürL,X 3&0 D+A-A' ¨ NO à!924 9-A à!9,X73 s6 4-5三,實驗儀器 基本儀器 名稱 要求達到指標 數(shù)量 雙蹤同步示波器 20M 1臺 直流穩(wěn)壓 +7V(1A),-7V(0.5A),+14V(0.5A) 1臺 低頻信號發(fā)生器 輸出頻率范圍滿足50Hz8KHz

5、, 輸出電壓范圍滿足05V (峰峰值) 1臺 失真度測試儀 測量頻率范圍50Hz8KHz, 測量信噪比范圍0-50dB 1臺 PCM實驗箱 1臺 萬用表 1臺 可選儀器 名稱 要求達到指標 數(shù)量 毫伏表 測量電壓范圍優(yōu)于50mV3V,頻率范圍50Hz8KHz, 1臺 雜音計 ND5 1臺 數(shù)字頻率計 測量頻率范圍50Hz10MHz 1臺 四,實驗內容 (一),電源檢查 使用萬用表檢測實驗箱的電源接入點和 GND 之間是否有短路現(xiàn)象,如果有則禁止繼續(xù)實驗. 在實驗箱中使用了 7805 和 7905芯片來保護實驗板 在連接電源和實驗箱之前,一定要用萬用表確認兩組電源的電壓極性和電壓值正確,在確認完

6、全無誤之前不允許將實驗箱和電源連接. (二),時鐘部分 本實驗箱中所有的時隙都是從頻率為4096KHz的主振分頻得到.4096KHz的主振首先經分頻后得到2048KHz的位定時,再經分頻分相后得到8KHz的主同步時鐘和路時鐘.用示波器在測試點(1)觀察主振波形,并測量其頻率.在測試點(2),(3)和(4)觀測其它時鐘信號. 4-6(三),PCM編譯碼器 將音頻信號發(fā)生器輸出的音頻信號從(5)(5)輸入,其中5為GND,5為信號輸入端.輸入信號的頻率為1KHz,幅度為2V(峰峰值),在測試點(6)可觀察到PCM編碼輸出的碼流.(需要指出的是,由于我們只在一個時隙上工作,而標準的基群信號中間包括3

7、2個時隙,由于沒有在其它時隙進行編碼,因此編碼器只在一個時隙上有輸出,然后慢慢衰竭,這樣從表明上看起來PCM輸出碼流象一個衰減振蕩). 用連接線連接插孔(6)(7),則在測試點(8)可觀察到經譯碼和和接收低通濾波器恢復出的音頻信號.比較該信號與輸入信號的差別. (三),系統(tǒng)性能測試 系統(tǒng)性能測試有三項指標,即動態(tài)范圍,信噪比特性,空載噪聲和頻率特性. 1,動態(tài)范圍 在滿足一定信噪比(S/N)條件下,編譯碼系統(tǒng)所對應的音頻信號的幅度范圍定義為動態(tài)范圍,如圖4.6所示.在這里我們在音頻信號的頻率1000Hz時進行測量. 動態(tài)范圍的測試框圖如圖4.7所示. -50302010( S / N )( d

8、B )-40 -30 -20 -10 0( dBmo) 圖4.6 PCM編譯碼系統(tǒng)動態(tài)范圍樣板值 4-7發(fā) 生 器失 真 儀雜 音 計譯 碼 器編 碼 器示 波 器音 頻衰 減 器可 變圖4.7 動態(tài)范圍測試框圖 原理部分已經提到,PCM編譯碼器允許輸入信號的最大幅度為4.36V.設臨界過載幅度為Vmax,這是正弦輸入信號編碼不過載的最大幅度.當輸入信號大于臨界過載幅度之后,輸出信號的 S/N 急劇下降.為了確保器件的安全使用,本實驗在進行動態(tài)范圍這一指標測試時,最好不再對輸入信號的臨界過載進行驗證,建議取輸入信號的最大幅度為5V(峰峰值) (注意:信號要由小至大調節(jié)),測出此時的S/N 值.

9、然后以10dB 間隔(電壓值)衰減輸入信號,將測試數(shù)據(jù)填入下表. -10dB -20dB -30dB -40dB -50dB Vin(mv)P-P 5000 S/N(dB) 2,信噪比特性 在上一項測試中選擇出最佳編碼電平(S/N最高),在此電平下測試不同頻率下的信噪比值,頻率選擇在500Hz,1KHz,2KHz,3KHz. 信噪比特性的測試框圖如圖4.8所示. 發(fā) 生 器 失 真 儀 譯 碼 器 編 碼 器 示 波 器 音 頻 衰 減 器 可 變 圖4.8 信噪比特性測試框圖 信噪比特性測試數(shù)據(jù)記錄于下表. 4-8信噪比特性 f(Hz) 500 1000 2000 3000 S/N(dB)

10、3,空載噪聲 將信號輸入端接地,將編碼器輸出連接到譯碼器輸入端,用毫伏表測量空載噪聲,同M的空載噪聲相比較. 4,頻率特性 選一合適的輸入電平,改變輸入信號的頻率,在測試點(8)逐頻率點測出譯碼輸出信號的電壓值. 五,實驗報告 1,整理實驗記錄,畫出PCM編譯碼中相應時隙的波形. 2,整理實驗記錄,根據(jù)實驗結果繪制PCM編譯碼過程中相關的波形和曲線. 3,分析集成化PCM編譯碼系統(tǒng)組成及各部分的作用. 3,對PCM和M系統(tǒng)的系統(tǒng)性能進行比較,總結它們各自的特點. 4,在實際的通信系統(tǒng)中收端(譯碼)部分的定時信號是怎樣獲取的 5,通過本實驗還有什么收獲和體會 4-9輸入幅度 范圍 量階 段落碼

11、電平碼 量化電平 譯碼幅度 0 1 1 2 . 15 16 1 000 0000 0001 . 1111 0 1 . 15 0.5 1.5 . 15.5 16 17 . 31 32 1 001 0000 . 1111 16 . 31 16.5 . 31.5 32 34 . 62 64 2 010 0000 . 1111 32 . 47 32 . 63 64 68 . 124 128 4 010 0000 . 1111 48 . 63 66 . 126 128 136 . 248 256 8 100 0000 . 1111 64 . 79 132 . 252 256 272 . 496 512

12、16 101 0000 . 1111 80 . 95 264 . 504 512 544 . 992 1024 32 110 0000 . 1111 96 . 111 528 . 1008 1024 1088 . 1984 2048 64 111 0000 . 1111 112 . 127 1056 . 2016 表4.1 A=87.56編譯碼表 4-104-11輸入幅度 范圍 量階 段落碼 電平碼 量化電平 譯碼幅度 0 0.5 0.5 1.5 . 14.5 15.5 1 000 0000 0001 . 1111 0 1 . 15 0 1 . 15 15.5 17.5 . 45.5 47.5 2 001 0000 . 1111 16 . 31 16.5 . 46.5 47.5 51.5 . 107.5 111.5 4 010 0000 . 1111 32 . 47 49.5 . 109.5 111.5 119.5 . 231.5 239.5 8 011 0000 . 1111 48 . 63 115.5 . 235.5 239.5 255.5 . 479.5 495.5 16 100 0000 . 1111 64 . 79 247.5 . 487.5 495.5 527.5 . 975.5 1007.5 32 101 0000 . 1111 80 . 95