PCM編解碼芯片控制

黑龍江科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：二、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：指導(dǎo)教師：日期：教師評(píng)語(yǔ)：評(píng)閱成績(jī)：評(píng)閱人：日期：摘要根據(jù)設(shè)計(jì)需求選用了TP3067芯片作為PCM編譯碼器，它把編譯碼器〔Codec〕和濾波器〔Filter〕集成在一個(gè)芯片上，功能比擬強(qiáng)。TP3067具有完整的話音到PCM和PCM到話音的A律壓擴(kuò)編解碼功能。它的編碼和解碼工作既可同時(shí)進(jìn)行，也可異步進(jìn)行。編譯碼器的工作是由時(shí)序電路控制的。在編碼電路中，進(jìn)行取樣、量化、編碼，譯碼電路經(jīng)過譯碼低通、放大后輸出模擬信號(hào)，這兩局部集成在一個(gè)芯片上就是一個(gè)單路編譯碼器。在一個(gè)PCM幀里，它的譯碼電路也只能在一個(gè)由它自己的時(shí)序里，從外部接收8位PCM碼。單路編譯碼器的發(fā)送時(shí)序和接收時(shí)序可由外部電路來控制。該設(shè)計(jì)的核心語(yǔ)言是VHDL，采用MAX+pusⅡ?yàn)榉抡婀ぞ撸謩e仿真出幀同步、某一編碼時(shí)隙、某一解碼時(shí)隙的幀同步、幀同步碼不匹配、編解碼過程的波形。關(guān)鍵詞：編譯碼器，時(shí)序電路，編碼時(shí)隙，幀同步第1章PCM編解碼芯片控制概述脈沖編碼調(diào)制是把模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)母痉椒ㄖ?，本設(shè)計(jì)采用了TP3067作為PCM編解碼芯片，利用它的編解碼功能，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。1.1設(shè)計(jì)背景和目的意義VHDL語(yǔ)言主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語(yǔ)句外，VHDL的語(yǔ)言形式和描述風(fēng)格與句法是十分類似于一般的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。VHDL的根本特點(diǎn)是將一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，或稱設(shè)計(jì)實(shí)體〔可以是一個(gè)元件，一個(gè)電路模塊或一個(gè)系統(tǒng)〕分成外部〔或稱可是局部,及端口)和內(nèi)部〔或稱不可視局部〕，既涉及實(shí)體的內(nèi)部功能和算法完成局部。PCM編解碼芯片TP3067是設(shè)計(jì)無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)中的一局部，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的編碼與解碼，使其在可編程邏輯器件生成的時(shí)序控制下實(shí)現(xiàn)編譯碼。通過本課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，學(xué)生將復(fù)習(xí)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，使課堂學(xué)習(xí)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，使學(xué)生具有一定的實(shí)踐操作能力，為學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)打下根底。本課程設(shè)計(jì)中，通過VHDL語(yǔ)言的描述，使TP3067編解碼芯片產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)，完成編碼和解碼的過程。它具有很重要的意義，他實(shí)現(xiàn)了VHDL語(yǔ)言對(duì)語(yǔ)音信號(hào)編碼和解碼這一問題的完成，而且VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)更加使程序簡(jiǎn)潔，易懂，明了，程序簡(jiǎn)練。這是它的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)該程序還利用MAX+PLUSⅡ進(jìn)行了仿真，仿真波形簡(jiǎn)單、易懂，具有很強(qiáng)的說服能力。設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)的功能利用VHDL設(shè)計(jì)pcm編碼芯片的控制,生成時(shí)鐘信號(hào),發(fā)送時(shí)添加幀同步碼,解碼時(shí)檢測(cè)幀同步碼。以控制編解碼的時(shí)序?qū)崿F(xiàn)編解碼功能。本系統(tǒng)中所有的時(shí)隙都是從頻率為8.102MHz的外部時(shí)鐘信號(hào)頻后得到2.048MHz的碼同步時(shí)鐘，再經(jīng)分頻分相后得到8KHz的幀同步時(shí)鐘。通過時(shí)鐘信號(hào)的抽樣、量化、編碼和經(jīng)過信道后的再生、解碼和解調(diào)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的編碼和解碼。第2章PCM編解碼芯片控制設(shè)計(jì)思想本課程設(shè)計(jì)研究了PCM系統(tǒng)和單片PCM編譯碼器TP3067，其中PCM系統(tǒng)包括PCM系統(tǒng)的工作原理和組成；單片PCM編譯碼器TP3067包括芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部接口兩局部。并通過VHDL硬件描述語(yǔ)言對(duì)TP3067進(jìn)行描述，并用MAX+PLUSⅡ仿真出波形。2.1PCM系統(tǒng)CM系統(tǒng)工作原理脈沖編碼調(diào)制是把模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)母痉椒ㄖ?，它通過抽樣、量化和編碼，把一個(gè)時(shí)間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散、取值離散的數(shù)字信號(hào)，然后在信道中進(jìn)行傳輸。接收機(jī)將收到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)再生、譯碼、平滑后恢復(fù)出原始的模擬信號(hào)。話音信號(hào)先經(jīng)過防混疊低通濾波器，得到限帶信號(hào)，進(jìn)行脈沖抽樣，變成8KHz重復(fù)頻率的抽樣信號(hào)，然后將幅度連續(xù)的PAM信號(hào)用“四舍五入〞方法量化為有限個(gè)幅度取值的信號(hào)，再經(jīng)編碼，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼?？紤]到系統(tǒng)時(shí)鐘頻率較高,本系統(tǒng)利用VHDL設(shè)計(jì)pcm編碼芯片的控制,生成時(shí)鐘信號(hào),發(fā)送時(shí)添加幀同步碼,解碼時(shí)檢測(cè)幀同步碼。以控制編解碼的時(shí)序?qū)崿F(xiàn)編解碼功能。PCM系統(tǒng)的組成話音輸入話音輸入低通濾波抽樣量化編碼話音輸出低通濾波解調(diào)解碼信道再生圖1PCM組成框圖PCM系統(tǒng)由話音輸入、低通濾波、抽樣、量化、編碼、信道、再生、解碼、解調(diào)、低通濾波、語(yǔ)音輸出組成。其組成框圖如圖1所示：2.2單片PCM編譯碼器TP3067芯片TP3067簡(jiǎn)介本課程設(shè)計(jì)選擇了TP3067芯片作為PCM編譯碼器，它把編譯碼器〔Codec〕和濾波器(Filter)集成在一個(gè)芯片上，功能比擬強(qiáng)，它既可以進(jìn)行A律變換，也可以進(jìn)行u律變換，它的數(shù)據(jù)既可用固定速率傳送，也可用變速率傳送，它既可以傳輸信令幀也可以選擇它傳送無(wú)信令幀，并且還可以控制它處于低功耗備用狀態(tài)，到底使用它的什么功能可由用戶通過一些控制來選擇。TP3067可以組成模擬用戶線與程控交換設(shè)備間的接口，包含有話音A律編解碼器。自調(diào)零邏輯。話音輸入放大器、RC濾波器、開關(guān)電容低通濾波器、話音推挽功放等功能單元。TP3067具有完整的話音到PCM和PCM到話音的A律壓擴(kuò)編解碼功能。它的編碼和解碼工作既可同時(shí)進(jìn)行，也可異步進(jìn)行。芯片TP3067工作原理編譯碼器的工作是由時(shí)序電路控制的。在編碼電路中，進(jìn)行取樣、量化、編碼，譯碼電路經(jīng)過譯碼低通、放大后輸出模擬信號(hào)，把這兩局部集成在一個(gè)芯片上就是一個(gè)單路編譯碼器。單路編譯碼器變換后的8位PCM碼字是在一個(gè)時(shí)隙中被發(fā)送出去，這個(gè)時(shí)序號(hào)是由A/D控制電路來決定的，而在其它時(shí)隙時(shí)編碼器是沒有輸出的。同樣在一個(gè)PCM幀里，它的譯碼電路也只能在一個(gè)由它自己的時(shí)序里，從外部接收8位PCM碼。單路編譯碼器的發(fā)送時(shí)序和接收時(shí)序可由外部電路來控制。只要向A/D控制電路或D/A控制電路發(fā)某種命令即可控制單路編譯碼器的發(fā)送時(shí)序和接收時(shí)序號(hào)，從而也可以到達(dá)總線交換的目的。不同的單路編譯碼器對(duì)其發(fā)送時(shí)序和接收時(shí)序的控制方式都有所不同。編譯碼器一般都有一個(gè)PDN降功耗控制端，PDN=l時(shí)，編譯碼能正常工作，PDN=0時(shí)，編譯碼器處于低功耗狀態(tài)，這時(shí)編譯碼器其它功能都不起作用。第3章PCM編解碼芯片控制詳細(xì)設(shè)計(jì)本章中主要介紹芯片TP3067內(nèi)部結(jié)構(gòu)，外部接口和各管腳的說明。同時(shí)介紹了程序中的輸入輸出端口和設(shè)置的信號(hào)量，并通過MAX+PLUSⅡ仿真得到波形。3.1芯片TP3067的結(jié)構(gòu)芯片TP3067的內(nèi)部結(jié)構(gòu)芯片TP3067的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有發(fā)送和接收兩大局部組成，其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示：圖2TP3067內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖芯片TP3067的外部接口芯片TP3067的外部接口可分兩局部:一局部是模擬接口電路，它與編譯碼器中的Filter發(fā)生聯(lián)系，這一局部可控制模擬信號(hào)的放大倍數(shù)，另一局部是與處理系統(tǒng)和交換網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字接口，它與編譯碼器中的Codec發(fā)生聯(lián)系，通過這些數(shù)字接口線來實(shí)現(xiàn)對(duì)編譯碼器的控制。其管腳排列如圖3所示：圖3TP3067管腳排列圖各管腳的說明如表1所示：表1：管腳說明號(hào)符號(hào)功能1VPO+接收功率放大器非倒相輸出2GNDA模擬地3VPO-接收功率放大器倒相輸出4VPI接收功率放大器倒相輸入5VFRO接收濾波器的模擬輸出6VCC正電源引腳，Vcc=+5V±5℅7FSR接收的幀同步脈沖，它啟動(dòng)BCLKR。8Dr接收幀數(shù)據(jù)輸入，PCM數(shù)據(jù)隨著FSR前沿移入Dr。9BCLKR\CLKSEL在FSR的前沿后把數(shù)據(jù)移入Dr的位時(shí)鐘，其頻率可從64KHz到2.048MHz。10MCLKR/PDN接收主時(shí)鐘。當(dāng)MCLKR連續(xù)聯(lián)在低電位時(shí)，MCLKx被選用為所有內(nèi)部定時(shí)，當(dāng)MCLKR連續(xù)工作在高電位時(shí)，器件就處于掉電模式。11MCLKx發(fā)送主時(shí)鐘，它允許與MCLKR異步，同步工作能實(shí)現(xiàn)最正確性能。12BCLKx把PCM數(shù)據(jù)從Dx上移出的位時(shí)鐘，其頻率可從64KHz變至2.048MHz，但必須與MCLKx同步。13Dx由FSx啟動(dòng)的三態(tài)PCM數(shù)據(jù)輸出14FSx發(fā)送幀同步脈沖輸入，它啟動(dòng)BCLKx，并使Dx上PCM數(shù)據(jù)移出。15TSx開漏輸出，在編碼器時(shí)隙內(nèi)為低電平脈沖。16ANLB模擬環(huán)回路控制輸入，在正常工作時(shí)必須置為邏輯“0〞，當(dāng)拉到邏輯“1〞時(shí)，發(fā)送濾波器和發(fā)送前置放大器輸出的連接線被斷開，而改為和接收功率放大器的VPO+輸出連接。17GSx發(fā)送輸入放大器的模擬輸出。用來在外部調(diào)節(jié)增益。18VFxI-發(fā)送輸入放大器的倒相輸入。19VFxI+發(fā)送輸入放大器的非倒相輸入。20VBB負(fù)電源引腳，VBB=-5V±5℅3.2程序中端口和信號(hào)量設(shè)置輸入端口有：CLK為時(shí)鐘輸入，pcm_in為pcm波輸入接收通道，to_Dx接3067編碼輸出端，incode_en為編碼允許信號(hào)，decode_en為解碼允許信號(hào)，code_in為設(shè)定編碼幀同步碼，code_de為設(shè)定解碼幀同步碼。輸出端口有：cp_out為2.045MHz時(shí)鐘輸出，pcm_out為pcm波輸出發(fā)送同道，to_Dr接3067解碼輸入端，incode為8KHz編碼幀同步信號(hào)。Decode為8KHz解碼幀同步信號(hào)。設(shè)置的信號(hào)量有：clk_sys為系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，sreg為8位移位存放器。3.3程序的仿真結(jié)果幀同步時(shí)，8.102MHz的外部時(shí)鐘信號(hào)clk分頻后得到2.048MHz的碼同步時(shí)鐘cp_out，再經(jīng)分頻分相后得到8KHz的幀同步時(shí)鐘。Incode信號(hào)每256個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期(cp_out)出現(xiàn)一次脈沖,啟動(dòng)編碼過程。幀同步仿真波形如圖4所示：圖4幀同步波形某一編碼時(shí)隙時(shí)，當(dāng)編碼時(shí)序參量tim計(jì)數(shù)到0時(shí)開始編碼過程。編碼時(shí)隙中,先逐位輸出8位的幀同步碼；隨后輸出編碼輸出允許信號(hào),使pcm編碼芯片輸出pcm波,控制芯片取得pcm波后直接輸出。當(dāng)然這個(gè)時(shí)序也可以根據(jù)芯片的實(shí)際速率做適當(dāng)?shù)男薷?。邊碼結(jié)束后pcm芯片的代碼輸出腳將鎖定在高阻狀態(tài),為了防止不定狀態(tài)引入后級(jí),控制芯片也將輸出鎖定在高阻態(tài)。當(dāng)然,為了防止給調(diào)制局部引入噪聲也可以鎖定在低電平。某一編碼時(shí)隙仿真波形如圖5所示：圖5某一編碼時(shí)隙某一解碼時(shí)隙幀同步中，解碼局部主要由移位存放器和同步碼檢測(cè),時(shí)序控制局部組成。收到的pcm波在系統(tǒng)時(shí)鐘的控制下逐位移入移位存放器,并隨時(shí)和設(shè)定的幀同步碼相比擬,當(dāng)兩者相同時(shí)輸出幀同步信號(hào),并且把隨后的8位數(shù)據(jù)輸入到pcm編解碼芯片。為了防止編解碼芯片誤解碼,未檢測(cè)到幀同步碼時(shí)輸出為高阻。某一解碼幀同步仿真波形如圖6所示：圖6某一解碼時(shí)隙的幀同步過程編解碼過程中，Pcm波幀同步碼和編解碼過程其實(shí)是兩個(gè)相互獨(dú)立的過程,可以同時(shí)進(jìn)行也可以不同時(shí),主要看系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。仿真時(shí)只是為了方便,把編碼身成的pcm波復(fù)制到解碼輸入端作為仿真輸入。編解碼過程仿真波形如圖7所示：圖7編解碼過程參考文獻(xiàn)[l]RichardA.Poisel《現(xiàn)代通信原理干擾原理與技術(shù)》電子工業(yè)出版社2005[2]潘松王國(guó)棟《VHDL實(shí)用教程》電子科技大學(xué)出版社2003[3]郭學(xué)理《網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)》武漢大學(xué)出版社2004[4]殷肖川《網(wǎng)絡(luò)編程與開發(fā)技術(shù)》西安交通大學(xué)出版社2005[5]齊洪喜陸穎《VHDL電路設(shè)計(jì)實(shí)用教程》清華大學(xué)出版社2003程序代碼：libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entitypcm_conisPort(clk:instd_logic;--8.192MHz時(shí)鐘輸入-- cp_out:outstd_logic;--2.045MHz時(shí)鐘輸出--pcm_in:instd_logic;--pcm波輸入接收通道--pcm_out:outstd_logic;--pcm波輸出發(fā)送同道--to_Dx:instd_logic;--接3067編碼輸出端--to_Dr:outstd_logic;--接3067解碼輸入端--incode:outstd_logic;--8KHz編碼幀同步信號(hào)--decode:outstd_logic;--8KHz解碼幀同步信號(hào)--incode_en:instd_logic;--編碼允許信號(hào)--decode_en:instd_logic;--解碼允許信號(hào)--code_in:instd_logic_vector(7downto0);--編碼幀同步碼--code_de:instd_logic_vector(7downto0));--解碼幀同步碼----為防止系統(tǒng)誤解碼,提高抗干擾能力可以增加幀同步碼位數(shù)--endpcm_con;architectureBehavioralofpcm_conissignalclk_sys:std_logic;--系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)--signalsreg:STD_LOGIC_vector(7downto0);--8位移位存放器--begincp_out<=clk_sys;--2.045MHz時(shí)鐘信號(hào)輸出--PROCESS(clk)--2.045MHz系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)程--VARIABLEtem:INTEGERBEGINIF(clk'EVENTANDclk='1')THENiftem=1thentem:=0;elseclk_sys<=notclk_sys;tem:=tem+1;endif;endif;ENDPROCESS;--時(shí)鐘信號(hào)=1/4外部時(shí)鐘--PROCESS(clk_sys)--編碼進(jìn)程--VARIABLEtim:INTEGERRANGE0TO255;--時(shí)鐘參量--BEGINIF(clk_sys'EVENTANDclk_sys='1')THENIF(incode_en='1')THENIF(tim=255) THEN tim:=0;ELSEtim:=tim+1;ENDIF;ENDIF;--幀同步時(shí)鐘=系統(tǒng)時(shí)鐘/256--IF(incode_en='1')THEN--編碼允許信號(hào)控制--IF(tim=7)THENincode<='1';--編碼同步脈沖輸出--ELSEincode<='0';--生成8KHz編碼同步脈沖--ENDIF;ENDIF;ENDIF;IF(tim=0)THEN--根據(jù)內(nèi)部時(shí)鐘參量生成串行的幀同步碼--pcm_out<=code_in(7);elsif(tim=1)THENpcm_out<=code_in(6);elsif(tim=2)THENpcm_out<=code_in(5);elsif(tim=3)THENpcm_out<=code_in(4);elsif(tim=4)THENpcm_out<=code_in(3);elsif(tim=5)THENpcm_out<=code_in(2);elsif(tim=6)THENpcm_out<=code_in(1);elsif(tim=7)THENpcm_out<=code_in(0);--幀同步碼結(jié)束--elsif(tim>7andtim<16)THENpcm_out<=to_Dx;--根據(jù)內(nèi)部時(shí)鐘參量發(fā)送八位pcm