【導讀】第一章信號源實驗·······································································1. 實驗一CPLD可編程數(shù)字信號發(fā)生器實驗························································1. 實驗二模擬信號源實驗··············································································6. 第二章語音編碼技術···································································12. 實驗三抽樣定理和PAM調制解調實驗·························································12. 實驗四脈沖編碼調制解調實驗·····························································&#18

　　

【正文】 也就是壓縮器具有如下特性的壓縮律： 1,01 lnAxyXAA? ? ?? 11,ln1 ln1 ????? XAAAxy 南開大學信息技術科學學院 LTETX02E 型通信原理實驗指導書 第 24 頁 共 210 頁 A 律壓擴特性是連續(xù)曲線， A 值不同壓擴特性亦不同，在電路上實現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當復雜的。實際中，往往都采用近似于 A 律函數(shù)規(guī)律的 13 折線（ A=）的壓擴特性。這樣，它基本上保持了 連續(xù)壓擴特性曲線的優(yōu)點，又便于用數(shù)字電路實現(xiàn)，本實驗模塊中所用到的 PCM 編碼芯片 W681512 正是采用這種壓擴特性來進行編碼的。圖 54 示出了這種壓擴特性。 圖 54 13 折線 南開大學信息技術科學學院 LTETX02E 型通信原理實驗指導書 第 25 頁 共 210 頁 表 51 列出了 13 折線時的 x 值與計算 x 值的比較。 表 51 y 0 81 82 83 84 85 86 87 1 x 0 1281 1 按折線 分段時的 x 0 1281 641 321 161 81 41 21 1 段落 1 2 3 4 5 6 7 8 斜率 16 16 8 4 2 1 21 41 表中第二行的 x 值是根據(jù) ?A 時計算得到的，第三行的 x 值是 13 折線分段時的值?？梢?， 13 折線各段落的分界點與 ?A 曲線十分逼近，同時 x 按 2 的冪次分割有利于數(shù)字化。 編碼 所謂編碼就是把量化后的信號變換成二進制碼，其相反的過程稱為 譯碼。當然，這里的編碼和譯碼與差錯控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。 在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結為三類：逐次比較型、折疊級聯(lián)型、混合型。本實驗模塊中的編碼芯片 W681512采用的是逐次比較型。在逐次比較型編碼方式中，無論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內碼的順序排列。下面結合 13折線的量化來加以說明。 在 13 折線法中，無論輸入信號是正是負，均按 8 段折線（ 8 個段落）進行編碼。若用 8位 折疊二進制碼來表示輸入信號的抽樣量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位（第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段落碼，它的 8 種可能狀態(tài)來分別代表 8個段落的起點電平。其它四位表示段內碼，它的 16 種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的 16 個均勻劃分的量化級。這樣處理的結果， 8個段落被劃分成 27＝ 128 個量化級。段落碼和 8 個段落之間的關系如表 52 所示；段內碼與 16 個量化級之間的關系見表 53?？梢?，上述編碼方法是把壓縮、量化和編碼合為一體的方法。 南開大學信息技術科學學院 LTETX02E 型通信原理實驗指導書 第 26 頁 共 210 頁 表 52 段落碼 表 53 段內碼 段落序號 段落碼 量化級 段內碼 8 111 15 1111 14 1110 7 110 13 1101 12 1100 6 101 11 1011 10 1010 5 100 9 1001 8 1000 4 011 7 0111 6 0110 3 010 5 0101 4 0100 2 001 3 0011 2 0010 1 000 1 0001 0 0000 （二）實驗電路說明 本實驗采用大規(guī)模集成電路 W681512 對語音信號進行 PCM 編、解碼。 W681512 是應用于語音、模擬轉數(shù)字、數(shù)字轉模擬的單通道 CODEC。此語音 CODEC 以全差動輸出功能來將噪音最小化。芯片符合 ITUT 及 ITUT 工業(yè)標準，所以能提供最可能的清晰訊號。 W681512 可工作在 256KHz、 512kHz、 1536kHz、 1544kHz、 2048kHz、 2560kHz 和4096kHz。 這里 選擇 編碼速率為 ，每一 時隙 數(shù)據(jù)為 8 位，幀同 步信號為 8KHz。模擬信號在編碼電路中，經過抽樣、量化、編碼，最后得到 PCM 編碼信號。在單路編譯碼器中，經變換后的 PCM 碼是在一個時隙中被發(fā)送出去的，在其他的時隙中編譯碼器是沒有輸出的，即對一個單路編譯碼器來說，它在一個 PCM 幀（ 32 個時隙）里，只在一個特定的時隙中發(fā)送編碼信號。同樣，譯碼電路也只是在一個特定的時隙（此時隙應與發(fā)送時隙相同，否則接收不到 PCM 編碼信號）里才從外部接收 PCM 編碼信號，然后進行譯碼，經過帶通濾波器、放大器后輸出。 下面對 PCM 編譯碼專用集成電路 W681512 芯片做一些簡單的介紹。 南開大學信息技術科學學院 LTETX02E 型通信原理實驗指導書 第 27 頁 共 210 頁 44 圖 56 為 W681512 的內部結構方框圖，圖 57 是 W681512 的管腳排列圖。 圖 56 W681512 邏輯方框圖 圖 57 W681512 管腳排列圖 W681512 管腳的功能 （ 1） RO+：接收 濾波 器的非倒相輸出 （ 2） RO： 接收濾波器的倒相輸出 （ 3） PAI：功率放大器的倒相輸 入 （ 4） PAO： 功率放大器的倒相輸出 南開大學信息技術科學學院 LTETX02E 型通信原理實驗指導書 第 28 頁 共 210 頁 （ 5） PAO+： 功率放大器的非倒相輸出 （ 6） VDD： 供 電引腳 （ 7） FSR：接收幀同步脈沖，它啟動 BCLKR，于是 PCM 數(shù)據(jù)移入 PCMR， FSR 為 8KHz脈沖序列。 （ 8） PCMR：接收數(shù)據(jù)幀輸入。 PCM 數(shù)據(jù) 必須與 FSR 和 BCLKR 同步 。 （ 9） BCLKR： 接收數(shù)據(jù)位時鐘輸入。 （ 10） PUI： 省電模式的控制端，接 VDD 時為正常工作模式，接 VSS時為省電模式。 （ 11） MCLK： 系統(tǒng) 主時鐘 輸入 ，其頻率可以是 256KHz、 512KHz、 、 、 、 。 （ 12） BCLKT： 發(fā)送數(shù)據(jù)位時鐘輸入 （ 13） PCMT： 輸出 數(shù)據(jù) 發(fā)送 。 （ 14） FST： 8KHz 發(fā)送幀同步脈沖輸入，它 發(fā)送 PCM 數(shù)據(jù) 同步 。 （ 15） VSS： 地，必須接到 0V。 （ 16） μ/ALaw： 壓縮 方式選擇引腳 。 接 VDD時為 μ律，接 VSS時為 A律。 （ 17） AO：發(fā)送輸入放大器的模擬輸出。 （ 18） AI：發(fā)送輸入放大器的倒相輸入。 （ 19） AI+：發(fā)送輸入放大器的非倒相輸入。 （ 20） VAG： 為模擬信號提供 。 功能說明 i 上電 當開始上電瞬間，復位電路啟動，芯片處于掉電狀態(tài)，所有非主要電路都沒有正常工作，而 PCMT、 RO+、 PAO、 PAO+均處于高阻狀態(tài)。為了使器件上電，一個邏輯低電平或時鐘脈沖必須作用在 PUI引腳上，并且 FST 和 FSR脈沖必須存在。于是有兩種掉電控制模式可以利用。在第一種中 PUI 引腳電位被拉高。在另一種模式中使 FST 和 FSR二者的輸入均連續(xù)保持低電平，在最后一個 FST 或 FSR 脈沖之后相隔 2ms左右，器件將進入掉電狀態(tài)，一旦第一個FST 和 FSR脈沖出現(xiàn)，上電就會發(fā)生。三態(tài)數(shù)據(jù)輸出將停留在高阻抗狀態(tài)中，一直到第二個FST 脈沖出現(xiàn)。 ii 短幀同步工作 芯片既可以用短幀，也可以用長幀同步脈沖。在加電開始時，器件采用短幀模式，在這種模式中， FST 和 FSR 這兩個幀同步脈沖的長度均為一個位時鐘周期。在 BCLKT 的下降沿南開大學信息技術科學學院 LTETX02E 型通信原理實驗指導書 第 29 頁 共 210 頁 當 FST 為 高時， BCLKT 的下一個上升沿可啟動輸出符號位的三態(tài)輸出 PCMT 的緩沖器，緊隨其后的 7個上升沿以時鐘送出剩余的 7個位，而下一個下降沿則阻止 PCMT輸出。在 BCLKR的下降沿當 FSR 為高時（ BCLKT 在同步模式），其下一個下降沿將鎖住符號位，跟隨其后的7 個下降沿鎖住剩余的 7 個保留位。 iii 長幀同步工作 為了應用長幀模式， FST 和 FSR這兩個幀同步脈沖的長度應等于或大于位時鐘周期的三倍。在 64KHz 工作狀態(tài)中，幀同步脈沖至少要在 160ns 內保持低電位。隨著 FST 或 BCLKx的上升沿（無論哪一個先到）來到， PCMT 三 態(tài)輸出緩沖器啟動，于是被時鐘移出的第一比特為符號位，以后到來的 BCLKx的 7 個上升沿以時鐘移出剩余的 7 位碼。隨著第 8個上升沿或 FST 變低（無論哪一個后發(fā)生）， PCMT 輸出由 BCLKx的下降沿來阻塞，在以后 8個 BCLKR的下降沿（ BCLKR），接收幀同步脈沖 FSR 的上升沿將鎖住 PCMR 的 PCM 數(shù)據(jù)。 iv 發(fā)送部件 發(fā)送部件的輸入端為一個運算放大器，并配有兩個調整增益的外接電阻。在低噪聲和寬頻帶條件下，整個音頻通帶內的增益可達 20dB以上。該運算放大器驅動一個增益為 1 的濾波器（由 RC有源前置濾波器組成），后面跟隨一 個時鐘頻率為 256KHz 的 8階開關電容帶通濾波器。該濾波器的輸出直接驅動編碼器的抽樣保持電路。在制造中配入一個精密電壓基準，以便提供額定峰值為 的輸入過載（ tmax）。 FST 幀同步脈沖控制濾波器輸出的抽樣，然后逐次逼近的編碼周期就開始。 8 位碼裝入緩沖器內，并在下一個 FST 脈沖下通過 PCMT 移出，整個編碼時延近似地等于 165ns 加上 125ns（由于編碼時延），其和為 290ns。 v 接收部件 接收部件包括一個擴展 DAC（數(shù)模轉換器），而它又驅動一個時鐘頻率為 256KHz 的 5階開關電容低通濾波器。譯碼器是依照 A律（ W681512）設計的，而 5階低通濾波器矯正 8KHz抽樣 — 保持電路所引起的 sinx/x 衰減。在濾波器后跟隨一個輸出在 RO+上的 2 階 RC 低通后置濾波器。接收部件的增益為 1，但利用功率放大器可加大增益。當 FSr 出現(xiàn)時在后續(xù)的 8個 BCLKR（ BCLKT）的下降沿， PCMR 輸入端上的數(shù)據(jù)將被時鐘控制。在譯碼器的終端，譯碼循環(huán)就開始了。 vi 接收功率放大器 兩個倒相模式的功率放大器用來直接驅動一個匹配的線路接口電路。 本編譯碼器的功能比較強，它既可以進行 A律變換，也可以進行 μ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信令幀，南開大學信息技術科學學院 LTETX02E 型通信原理實驗指導書 第 30 頁 共 210 頁 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。 在實驗中我們 可以自由 選擇它進行 A律 、 μ律 變換，以 來傳送信息，信令幀為無信令幀，它的發(fā)送時序與接收時序直接受 FST 和 FSR 控制。 還有一點，編譯碼器一般都有一個 PUI 降功耗控制端， PUI=1 時，編譯碼能正常工作，PUI=0，編譯碼器處于低功耗狀態(tài)，這時編譯碼器其它功能都不起作用，我們在設計時，可以實現(xiàn)對編譯碼器的降功耗控制，這時，用戶摘機，編譯碼器工 作，用戶掛機，編譯碼器低功耗。 五、 輸入、輸出點參考說明 輸入點說明 MCLK：芯片工作主時鐘，頻率為 。 SIN INA：模擬信號輸入點。 BSX： PCM 編碼所需時鐘信號輸入點。 BSR： PCM 解碼所需時鐘信號輸入點。 FSXA： PCM 編碼幀同步信號輸入點。 FSRA： PCM 解碼幀同步信號輸入點。 PCMINA： PCM 解調信號輸入點。 EARIN1：耳機 語音信號輸入點 。 MICOUT1：麥克風 語音信號輸出點 。 K K2： A律、 μ律切換開關 輸出點說明 PCMAOUTA：脈沖編碼調制信號輸出 點。 SIN OUTA： PCM 解調信號輸出點。 六、 實驗步驟 將信號源模塊和模塊 2 固定在主機箱上，將黑色塑封螺釘擰緊，確保電源接觸良好。 插上電源線，打開主機箱右側的交流開關，將信號源模塊和模塊 2 的電源開關撥下，觀察指示燈是否點亮，紅燈為 +5V電源指示燈，綠燈為 12V電源指示燈，黃色為 +12V電源指示燈。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，再打開電源南開大學信息技術科學學院 LTETX02E 型通信原理實驗指導書 第 31 頁 共 210 頁 做實驗，不要帶電連線）。 觀測 PCM 編、譯碼波形。 1） 用示波器測量信號源板上“ 2K 同步正弦波”點，調節(jié)信號源板上手調電位器 W1使輸出信號峰 峰值在 3V 左右。 1) 將信號源板上 S4 設為 0111（時鐘速率為 256K）， S5 設為 0100(時鐘速率為 )。 2) 實驗系統(tǒng)連線――關閉系統(tǒng)電源，進行如下連接： 源端口 目的端口 連線說明 信號源： 2K 同步正弦波 模塊 2： SIN INA 提供音頻信號 信號源： CLK2 模塊 2： MCLK 提供 W681512 工作的主時鐘（ ） 信號源： CLK1 模塊 2： BSX 提供位同步信號 (256K) 信號源： FS 模塊 2： FSXA 提供幀同步信號 模塊 2： FSXA 模塊 2： FSRA 作自環(huán)實驗，直接 將接收幀同步和發(fā)送幀同步相連 模塊 2： BSX 模塊 2： BSR 作自環(huán)實驗，直接將接收位同步和發(fā)送位同步相連 模塊 2： PCMOUTA 模塊 2： PCMINA 將 PCM 編碼輸出結果送入 PCM 譯碼電路進行譯碼 * 檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源 3) 用示波器 觀測各測試點以及 PCM編碼輸出點“ PCMOUTA”和解調信號輸出點“ SIN OUTA”輸出的波形。 4) 改變位時鐘為 （將 S4設為 “ 0100” ），觀測 PCM調制和解調波形。 5) 改變 K K2 開關，觀測 PCM 調制和解調波形。 從信號源引 入非同步正弦波，調節(jié) W4 改變輸入正弦信號的頻率，使其頻率分別大于3400Hz或小于 300Hz，觀察點“ PCMOUTA”、“ SIN OUTA”的輸出波形，記錄下來（應可觀察到，當輸入正弦波的頻率大于 3400Hz 或小于 300Hz 時， PCM解碼信號的幅度急劇減小）。 用麥克風或音樂輸出