【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 實(shí)驗(yàn)五 程控交換PCM編譯碼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?． 掌握PCM編譯碼器在程控交換機(jī)中的作用。2． 熟悉單片PCM編譯碼集成電路TP3057的電路組成和使用方法。3． 觀測(cè)PCM相關(guān)各測(cè)量點(diǎn)的工作波形。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備　　20M通用示波器一臺(tái)，萬(wàn)用表一塊，THECJ2型現(xiàn)代程控交換實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)二、 組成和原理 圖5－1 數(shù)字通信示意框圖 量化是將樣值幅度取值連續(xù)的模擬信號(hào)變成樣值幅度取值離散的數(shù)字信號(hào)。即是將信號(hào)的幅度取值限制在有限個(gè)離散值上。只要信號(hào)的幅值落在某一個(gè)量化級(jí)內(nèi)的中間值或起始值來(lái)代表信號(hào)的量化值。 信號(hào)的量化方法通常有兩種：（1）均勻量化 （1）非均勻量化。非均勻量化的量化間隔是不相等的，大信號(hào)區(qū)的量化間隔大，小信號(hào)區(qū)的量化間隔小，即量化間隔△V是不固定的。 如何實(shí)現(xiàn)非均勻量化？一種辦法是：在對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼之前，先對(duì)小信號(hào)進(jìn)行高增益的放大，對(duì)大信號(hào)則使增益很小，甚至沒(méi)有增益，然后再進(jìn)行均勻量化及編碼。完成這一任務(wù)的部件稱壓縮器，它的輸入輸出特性稱為壓縮特性。接收端恰要與此相反，對(duì)解碼后的信號(hào)經(jīng)過(guò)擴(kuò)張器，使信號(hào)還原成原值。目前在國(guó)際上廣泛采用的只有兩種：A律和u律。A律壓擴(kuò)特性是根據(jù)非均勻量化的概念推導(dǎo)出來(lái)的，它是一個(gè)種對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性，分為兩段。其輸出y與輸入x的關(guān)系為： y=A/(1+lnA)x (0≤x≤(1/A) y=(1+lnAx)/(1+lnA) (1/Ax≤1) 圖5－2 A率壓擴(kuò)特性13折線示意圖其中常數(shù)A為壓縮系數(shù)，表示壓縮的程度。A值不同，壓擴(kuò)特性也就不同，如圖所示。A=1，y=x，為一條直線，表示不無(wú)壓縮，即為均勻量化情況。A值越大，在小信號(hào)處的斜率越大，對(duì)提高小信號(hào)的信噪比越有利。目前各廠家多采用A=。 圖5－3 A率壓擴(kuò)特性示意圖u律壓擴(kuò)特性是根據(jù)三極管的特性而演變的，它也是一種對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性。其輸出y和輸入x的關(guān)系式為：y=ln(1+u|x|)/ln(1+u) (0≤x≤1)u為壓縮系數(shù)，當(dāng)u=0時(shí)，相當(dāng)無(wú)壓縮。u越大則壓縮效果越明顯。早期用u=100,現(xiàn)在采用u=255。A律和u律的性能基本相似，各有優(yōu)缺點(diǎn)。u律最早是由美國(guó)提出，在北美和日本被采用。A律后來(lái)由歐洲提出，在歐洲和中國(guó)被采用。它們是CCITT建議共存的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，但在國(guó)際通路均采用A律。四路數(shù)字電話編譯碼電路的原理圖都是一樣的，因此只對(duì)其中一路進(jìn)行說(shuō)明。圖51就是一路的PCM編譯碼電原理框圖。 SLIC電路PCM編譯碼數(shù)字程控交換網(wǎng)絡(luò) 圖5－4 PCM編譯碼電原理框圖PCM編譯碼電路本系統(tǒng)使用TP3057來(lái)完成。FSXBCLKXDX8KHz幀同步信號(hào)輸入PCM數(shù)字信號(hào)輸出DRPCM數(shù)字信號(hào)輸入圖5－5 PCM編譯碼數(shù)字信號(hào)波形圖 該電路特點(diǎn)發(fā)送高通低通濾波器。接收低通濾波器。RC噪聲濾波器。A率編碼解碼。 技術(shù)指標(biāo)內(nèi)部基準(zhǔn)源，內(nèi)部自零電路。串行I/O接口。177。5V工作電壓。D3/D4和CCITT標(biāo)準(zhǔn)。低功耗50MW，自動(dòng)休眠功能，休眠模式時(shí)功耗3MW。兼容TTL和CMOS邏輯電平。 芯片介紹引腳 名稱 說(shuō)明 1 VBB 5V供電引腳2 GNDA 模擬地3 VFR0 模擬輸出端4 VCC ＋5V供電引腳 5 FSR 接收幀同步6 DR 接收數(shù)據(jù)輸入7 BCLKR 接收位時(shí)鐘 8 MCLKR 接收主時(shí)鐘9 MCLKX 發(fā)送主時(shí)鐘 10 BCLKX 發(fā)送位時(shí)鐘 11 DX 發(fā)送數(shù)據(jù)輸12 FSX 發(fā)送幀同步13 /TSX 輸出使能 14 GSX 輸出增益端15 VFXI 反相輸入端16 VFXI＋ 同相輸入端 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖5－7 典型應(yīng)用電路圖圖57是TP3057的應(yīng)用電路圖，圖58是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。從兩圖中我們可以看到，信號(hào)由輸入端輸入，經(jīng)放大以后經(jīng)由RC噪聲濾波，帶通濾波送給編碼部分。編碼部分由S/H DAC、比較器、A/D控制電路、自歸零電路和反饋組成，編碼的數(shù)據(jù)送給發(fā)送寄存器保存，發(fā)送幀同步信號(hào)到來(lái)后就由DX端輸出。輸入的PCM數(shù)據(jù)由DR端輸入，幀同步信號(hào)到來(lái)后，送給S/H DAC進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，經(jīng)由帶通濾波器、RC噪聲濾波和音頻放大后由VFR0端輸出。 圖5－8 TP3057內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉A率編解碼的原理。2．了解PCM信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法。3．觀測(cè)PCM信號(hào)，加深對(duì)PCM信號(hào)的理解。五、實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)量AinAoutDinDoutFSTFSR1及BCLK的各點(diǎn)波形。1．將兩部電話機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱用戶一、用戶三接口連接，系統(tǒng)上電。2．將用戶一與用戶三按正常呼叫接通，建立正常通話后，通過(guò)話機(jī)輸入語(yǔ)音信號(hào)或雙音多頻信號(hào)。在各收發(fā)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行觀察測(cè)量。3．各測(cè)量點(diǎn)波形說(shuō)明如下：Dout1：用戶一PCM數(shù)字信號(hào)輸出Ain1：用戶一PCM 模擬話音信號(hào)輸入Aout1：用戶一PCM模擬話音信號(hào)輸出Din1：用戶一PCM 數(shù)字信號(hào)輸入FST1：用戶一輸出幀同步信號(hào)FSR1：用戶一輸入幀同步信號(hào)BCLK：，四用戶共用 4．用雙通道觀察輸入幀同步信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)，觀察輸入幀同步信號(hào)與輸出幀同步信號(hào)。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) PCM編譯碼電路中，在沒(méi)有建立通話時(shí)，PCM編譯碼電路是沒(méi)有有輸出的。實(shí)驗(yàn)六　信號(hào)音產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．了解常用的幾種信令信號(hào)音和鈴流發(fā)生器的電路組成和工作過(guò)程。 2．熟悉這些信號(hào)音和鈴流信號(hào)的技術(shù)要求。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備　　20MHZ通用示波器一臺(tái)，萬(wàn)用表一塊，電話一部，THECJ2型現(xiàn)代程控交換實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)三、電路工作過(guò)程在用戶話機(jī)與交換機(jī)之間的用戶線上，要沿兩個(gè)方向傳遞語(yǔ)言信息。但是，為了實(shí)現(xiàn)一次通話，還必須沿兩個(gè)方向傳送所需的控制信號(hào)。比如，當(dāng)用戶想要通話時(shí)，必須首先向程控機(jī)提供一個(gè)信號(hào)，能讓交換機(jī)識(shí)別并使之準(zhǔn)備好有關(guān)設(shè)備，此外，還要把指明呼叫的目的地的信號(hào)發(fā)往交換機(jī)。當(dāng)用戶想要結(jié)束通話時(shí)，也必須向電信局交換機(jī)提供一個(gè)信號(hào)，以釋放通話期間所使用的設(shè)備。除了用戶要向交換機(jī)傳送信號(hào)之外，還需要傳送相反方向的信號(hào)，如交換機(jī)要向用戶傳送關(guān)于交換機(jī)設(shè)備狀況，以及被叫用戶狀態(tài)的信號(hào)。 圖6－1 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)傳送信號(hào)流程圖由此可見(jiàn)，一個(gè)完整電話通信系統(tǒng)，除了交換系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)外，還應(yīng)有信令系統(tǒng)。用戶向電信局交換機(jī)發(fā)送的信號(hào)有用戶狀態(tài)信號(hào)（一般為直流信號(hào)）和號(hào)碼信號(hào)（地址信號(hào)）。交換機(jī)向用戶發(fā)送的信號(hào)有各種可聞信號(hào)與振鈴信號(hào)（鈴流）兩種。 A．各種可聞信號(hào)：一般采用頻率為450Hz或950Hz的正弦信號(hào)，例如：撥號(hào)音：（Dial tone）連續(xù)發(fā)送的450Hz正弦信號(hào)?；剽徱簦海‥cho tone）1秒送，4秒斷的5秒斷續(xù)的450Hz正弦信號(hào)。忙音： （busy tone）?？仗?hào)音：為450Hz的斷續(xù)信號(hào)。，、。 催掛音：950Hz，連續(xù)發(fā)送響度較大的信號(hào)與撥號(hào)音有明顯區(qū)別。B．振鈴信號(hào)（鈴流）：一般采用頻率為25Hz，幅度為90V177。15V的交流電壓，以1秒送，4秒斷的5秒斷續(xù)方式發(fā)送。 C．撥號(hào)音由DSP生成相關(guān)的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)配置時(shí)隙經(jīng)PCM轉(zhuǎn)換后輸出模擬信號(hào)到MY88622輸入端，由MY88622將信號(hào)音饋到電話線上。頻率為450Hz，幅度在5V左右。測(cè)量點(diǎn)為Aout1。 D．回鈴音由DSP生成相關(guān)的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)配置時(shí)隙經(jīng)PCM轉(zhuǎn)換后輸出模擬信號(hào)到MY88622輸入端，由MY88622將信號(hào)音饋到電話線上。為1秒通、4秒斷的重復(fù)周期為5秒的450Hz的正弦信號(hào)。測(cè)量為Aout1。E．忙音由DSP生成相關(guān)的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)配置時(shí)隙經(jīng)PCM轉(zhuǎn)換后輸出模擬信號(hào)到MY88622輸入端，由MY88622將信號(hào)音饋到電話線上。， 的450Hz的正弦信號(hào)，測(cè)量點(diǎn)為Aout1。F．空號(hào)音由DSP生成相關(guān)的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)配置時(shí)隙經(jīng)PCM轉(zhuǎn)換后輸出模擬信號(hào)到MY88622輸入端，由MY88622將信號(hào)音饋到電話線上。， 的450Hz的正弦信號(hào)，測(cè)量點(diǎn)為Aout1。G．催掛音由DSP生成相關(guān)的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)配置時(shí)隙經(jīng)PCM轉(zhuǎn)換后輸出模擬信號(hào)到MY88622輸入端，由MY88622將信號(hào)音饋到電話線上。為頻率為950Hz的連續(xù)正弦信號(hào)，連續(xù)發(fā)送響度較大，與撥號(hào)音有明顯區(qū)別，測(cè)量點(diǎn)為Aout1。H．鈴流信號(hào)是鈴流發(fā)生器產(chǎn)生的25Hz方波經(jīng)放大電路放大，逆變后形成。鈴流信號(hào)送入振鈴繼電器后，需要MY88622來(lái)驅(qū)動(dòng)，向用戶送出鈴流，完成振鈴，它的測(cè)量點(diǎn)為狀態(tài)指示模塊的TF21(鈴流測(cè)試端)。圖62為它們各信號(hào)音工作波形圖。撥號(hào)音f=450Hz回鈴音1s4s1sf=450Hz忙音f=450Hz空號(hào)音f=450Hz鈴流信號(hào)50vf=25Hz50v圖62 各信號(hào)音工作波形圖 上圖的各種信號(hào)音（除鈴流）是由DSP產(chǎn)生數(shù)字音頻信號(hào)，通過(guò)配置時(shí)隙經(jīng)PCM轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)的。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1． 用萬(wàn)用表測(cè)量各測(cè)量點(diǎn)撥號(hào)音、忙音、空號(hào)音、催掛音、回鈴音及鈴流控制信號(hào)的電壓。2． 用示波器測(cè)量各測(cè)量點(diǎn)撥撥號(hào)音、忙音、空號(hào)音、催掛音、回鈴音及鈴流控制信號(hào)的波形。3． 各測(cè)量點(diǎn)說(shuō)明如下：Aout1：信號(hào)音TF21(狀態(tài)指示模塊)：鈴流信號(hào)音信號(hào)五、實(shí)驗(yàn)步驟1．將一部電話機(jī)接入用戶接口模塊一。2．打開(kāi)系統(tǒng)主電源開(kāi)關(guān)，觀察系統(tǒng)上電狀態(tài)。3．將鈴流開(kāi)關(guān)關(guān)閉。4．在電話摘機(jī)的同時(shí)，用示波器觀察Aout1點(diǎn)的波形，記錄下?lián)芴?hào)音的波形及頻率。5．在不按鍵即不更改系統(tǒng)參數(shù)的情況下，20秒后，Aout1出現(xiàn)忙音，記錄下忙音的波形及頻率。6．繼續(xù)20秒后，Aout1出現(xiàn)催掛音，記錄下催掛音的波形及頻率。7．將電話掛機(jī)。8．將電話摘機(jī)，鍵入非本系統(tǒng)電話號(hào)碼，如333等，用示波器測(cè)量Aout1的波形，記錄下空號(hào)音的波形及頻率。9．將電話掛機(jī)，打開(kāi)鈴流開(kāi)關(guān)，觀察鈴流狀態(tài)指示燈D202的狀態(tài)及閃爍情況，用萬(wàn)用表交流電壓檔測(cè)量TF21的電壓值。10．用示波器觀察TF21的波形及頻率。11．關(guān)閉鈴流開(kāi)關(guān)，關(guān)閉系統(tǒng)電源，整理實(shí)驗(yàn)記錄及實(shí)驗(yàn)設(shè)備。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 在測(cè)量25Hz的鈴流信號(hào)發(fā)生器輸出的波形時(shí)，一定要注意萬(wàn)用表的量程和示波器的電壓量程檔，以防止損壞儀器和其它電子器件。實(shí)驗(yàn)七 DTMF譯碼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．了解電話號(hào)碼雙音多頻信號(hào)在程控交換系統(tǒng)中的發(fā)送和接收方法。2．熟悉該電路的組成及工作過(guò)程。3．觀測(cè)電話機(jī)發(fā)送的DTMF信號(hào)波形。4．觀測(cè)DTMF信號(hào)的接收工作波形。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備　　20M通用示波器一臺(tái)，THECJ2型現(xiàn)代程控交換實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)，話機(jī)兩部三、實(shí)驗(yàn)電路工作過(guò)程按鍵話機(jī)所發(fā)出的選擇信號(hào)是采用編碼方式傳送，用一組按鍵代替撥號(hào)盤，每個(gè)話機(jī)共有8個(gè)頻率，分成高頻組和低頻組。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖： 圖7－1 按鍵號(hào)碼與頻率的關(guān)系按鍵號(hào)碼是兩個(gè)四中取一的雙頻編碼方式，即每個(gè)按鍵按下時(shí)，發(fā)出兩個(gè)頻率，一個(gè)是高頻組中的四中取一，另一個(gè)則是低頻組中的四中取一。DTMF譯碼有硬件譯碼和軟件譯碼兩種。硬件譯碼過(guò)程如下：DTMF接收器先經(jīng)高、低群帶通濾器進(jìn)行fL/ fH區(qū)分，然后過(guò)零 Goertzel算法介紹 Goertzel算法的仿真 檢測(cè)、比較，得到相應(yīng)于DTMF的兩路fL、fH信號(hào)輸出。該兩路信號(hào)經(jīng)譯碼、鎖存、緩沖，恢復(fù)成對(duì)應(yīng)于16種DTMF信號(hào)音對(duì)的4比特二進(jìn)制碼（D1～D4）。軟件譯碼過(guò)程如上：A/D采樣輸入信號(hào)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，主要算法包括： 雙音頻率信息獲取算法：Goertzel算法 判決方法 信號(hào)強(qiáng)度大于THRSIG 雙音信號(hào)（行、列）功率差：THRTWIREV~THRTWISTD 比鄰近雙音信號(hào)強(qiáng)度大THRROWREL，THRCOLREL 二次諧波強(qiáng)度小于THRROW2nd，THRCOL2nd電路框圖：信號(hào)輸入PCM轉(zhuǎn)換電路FPGA緩存DSP軟件DTMF譯碼 圖7－2 DTMF譯碼電路框圖模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)PCM轉(zhuǎn)換電路以后，轉(zhuǎn)換為A率編碼的PCM信號(hào)，通過(guò)FPGA組合到32路信號(hào)中發(fā)送給DSP，DSP通過(guò)其MCBSP口接收到E1 PCM信號(hào)，提取該時(shí)隙的PCM信號(hào)并講A率編碼信號(hào)解擴(kuò)為線性PCM編碼進(jìn)行DTMF軟解碼。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉DTMF信號(hào)的特性。2．了解DTMF信號(hào)軟件譯碼的算法和流程。3．體會(huì)DSP實(shí)現(xiàn)DT