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1、实验二 ADPCM编译码实验一、实验目的1. 理解自适应差值脉冲编码调制（ADPCM）的工作原理2. 了解ADPCM编译码集成电路MC145532的电路组成和工作原理3. 掌握ADPCM帧结构的特点4. 熟悉系统的时钟信号与各种定时信号的产生方法5. 加深对PCM编译码的理解二、 实验仪器1. 双踪示波器一台2. 通信原理实验箱一台3. 若干数据连线4. 麦克风和扬声器一套三、基本原理1. 系统电路组成系统电路和总体方框图如图12-1所示，整个系统主要由以下模块组成：l 系统定时与时钟电路l 双通道PCM编码电路l 双通道ADPCM编码电路l 双通道ADPCM译码电路l 双通道PCM译码电路2
2、. 系统时钟信号与信号产生电路在数字电路中，时钟信号是非常重要的，时钟信号的好坏，将直接影响整个电路的质量，所以对于时钟信号必须要有严格的要求，如相位关系，脉冲占空比等。1） 时钟信号与定时信号电路组成由图12-1可知，整个时钟电路主要有由三个模块组成：4.096MHZ时钟发生器、20.48MHZ时钟发生器和分频电路与定时信号产生电路组成。其中：l 4.096MHZ时钟信号经二分频后得到2048KHZ时钟脉冲，该时钟脉冲为PCM及ADPCM的主编/译码时钟，该时钟信号决定了整个通信系统的码率。l 20.48MHZ时钟为ADPCM编译码芯片MC145532内部数字信号处理器主时钟。l 4.096
3、MHZ时钟信号经分频后，送定时电路产生整个系统所需的帧同步信号，在本系统中帧同步信号为8KHZ的定时脉冲。图12-1 ADPCM编译码电路组成框图2）时钟电路原理分析整个时钟电路的电路原理图如图12-2所示。为了确保PCM到ADPCM编译码的同步，所以ADPCM编译码的时钟与PCM编译码时钟为同一个时钟信号源，所以它们为同一个时钟电路。在整个PCM&ADPCM系统中，有关时钟信号输出及测试点有：l SLA：信号A的PCM抽样信号及时隙同步信号测试点l SLB：信号B的抽样信号及时隙同步信号测试点l SL0：PCM基群第0个时隙同步信号l BS： PCM及ADPCM时钟信号(位同步信号)测试点l
4、 FSA：信号A的ADPCM帧同步信号输入及测试点l FSB：信号B的ADPCM帧同步信号输入及测试点电路中，各芯片的功能如下：l 晶振 X1l：4.096MHZ晶振l 分频器1和2 U1:74LS193； U6：74HC4060l 抽样信号产生器 U5：74HC73； U2：74HC164l 帧同步信号产生器 U3：8位数据产生器74HC151；U4:A：与门7408l 复接器 U9:或门74LS32SER图122时钟分频与定时变换电路晶振、分频器1、分频器2及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定时器，为两个PCM及ADPCM编译码器提供2.048MHZ的时钟信号和8KHZ的时隙同步信号
5、。在实际通信系统中，译码器的时钟信号(即位同步信号)及时隙同步信号(即帧同步信号)应从接收到的数据流中提取，方法如实验五及实验六所述。此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。 由于时钟频率为2.048MHZ，抽样信号频率为8KHZ，故码速率都是2.048MB。在实验过程中，用实验导线将FSA、FSB分别与SLA、SLB相连即可。图12-3 时钟信号波形图系统中各时钟信号的波形如图12-3所示。在图中，SLB的虚线表示通过拨码开关K1打开不同的位开关， 改变B通道的时隙同步信号。第2时隙为信号A的时隙，第1(或第3、第5、或第6 由开关S2控制)时隙为信号B的时隙。3. ADPC
6、M系统电路1）ADPCM基本原理在数字通信系统传送与处理过程中，发送、接收、处理的信息是二进制数码，因而它与模拟通信相比，具有抗干扰性强，便于加密，适于处理与集成化，可靠性好等特点。基于这些特点，使得数字通信业已成为现代通信技术发展的重要方向。对于电话数字通信，需要对话音进行编码与解码，即进行A/D、D/A变换。将模拟信号转换为数字信号的方法很多，常用的有：PCM、CVSD、LPC及它们的改进方法：DPCM、ADPCM、ADM等。在分析ADPCM工作原理之前，必须清楚PCM的工作原理才能进行分析，对于PCM的原理分析，这里不在重复，请参阅相关章节。目前，PCM的数字通信系统已经在大容量数字微波
7、、光纤通信，以及市话网局间中继传输系统中获得广泛的应用，但是现在有PCM编码必须采用64Kbit/s的A律或U律压扩方法，才能符合长途电话传输语音的质量指标，其占用频带要比模拟单边带通信系统宽很多倍。这样，对于费用昂贵的长途大容量传输，尤其是对于卫星通信系统，采用PCM数字通信方式时的经济性很难和模拟通信相比拟。因此，人们一直致力于研究压缩数字化语音占用频带的工作，也就是在相同质量指标的条件下，努力降低数字化语音数码率，以提高数字通信系统的频带利用率。 ADPCM是在DPCM基础上逐步发展起来的，DPCM的工作原理请参阅教材有关章节。它在实现上采用预测技术减少量化编码器输入信号多余度，将差值信
8、号编码以提高效率、降低编码信号速率，这广泛应用于语音和图像信号数字化。CCITT近年确定了。64Kb/s-32Kb/s变换体制，将标准PCM码变换为32Kb/sADPCM码，传输后再恢复为64kb/sPCM码，从而使传输信道的容量扩大一倍。ADPCM中的量化器与预测器均采用自适应方式，即量化器与预测器的参数能根据输入信号的统计特性自适应于最佳式，接近于最佳参数状态。通常，人们把低于64kb/s数码率的语音编码方法称为语音压缩编码技术，语音压缩编码方法很多，ADPCM是语音压缩编码中复杂度较低的一种方法。它能在32Kb/s数码率上达到符合64kb/s数码率的语音质量要求，也就是符合长途电话的质量
9、要求。2）ADPCM专用芯片MC145532介绍本次实验系统使用的ADPCM专用芯片为MC145532，其时化器与预测器均为自适应方式。MC145532芯片的管脚分配及内部框图分别如图12-4、图12-5所示。引脚功能如下：图12-4 MC145532管脚分配图图12-5 MC145532内部功能框图l MS模式选择：该端接低电平，电路兼容U律压扩方式和D3数据格式；接高电平，兼容A律压扩方式和偶位反相数据格式。l DDO解码数据输出：根据输入ADPCM信号恢复的PCM信号在DDC、DOE信号控制下经该端输出。该端为三态输出端，在不输出PCM数据时保持高阻状态。l DOE解码输出允许：该端输入
10、上升沿时，请求编码转换器输出PCM信号。该端输入信号与DIE信号一一对应。l DDC解码时钟：解码时钟从该端输入解码转换器，其下降沿用于锁存DDI端输入的ADPCM数据；上升没用于同步DDO端输出数据。该时钟频率为64KHZ5.12MHZ。l DDI解码数据输入：需要进行转换的ADPCM信号在DDC、DIE信号控制下从该庙串行输入编码转换器。l DIE解码输入允许：该端输入信号上升沿表明一个新的ADPCM码字开始从DDI端输入。当该端信号上升沿出现后，在DDC时钟下降沿控制下，ADPCM码依次进入编码转换器。该端输入信号频率不超过8KHZ。l RES编码转换器复位：该输入端可与CMOS电平兼容
11、，接低电平时，编码转换器进入降功耗状态。l PDN降功耗控制：该输入端可与CMOS电平兼容，接高电平时，编码转换器进入降功耗状态。l SPC信号处理器时钟：20.48MHZ时钟从该端输入编码转换器，作为片内数字信号处理器主时钟。该输入端与CMOS电平兼容。l EIE编码输入允许：该端输入信号上升沿表明一个新的PCM码字开始从EDI端输入。8位PCM码在此后的8个编码时钟下降沿依次输入编码转换器。该端输入信号频率不超过8KHZ。l EDI编码数据输入。需要进行转换的PCM信号在EDC和EIE端输入信号控制下串行输入编码转换器。l EDC编码时钟：编码时钟从该端输入编码转换器，其下降沿用于锁存ED
12、I端输入的PCM数据；上升没用于同步EDO端输出数据。该时钟频率为64KHZ5.12MHZ。l EOE编码输出允许：该端输入上升沿时，请求编码转换器输出ADPCM信号。该端输入信号与EIE信号一一对应。l EDO编码数据输出：根据EDI端输入PCM数据转换生成的ADPCM信号在EDC、EOE信号控制下经该端输出。MC145532为MOTOROLA公司的单路PCMADPCM码变换器。它符合CCITT G.721建议和美国T1.3011987标准，完成单路标准64kb/s PCM码与16（或24、32、64 kb/s）ADPCM码之间的相互转换功能。可以与A律或U律PCM编译码连接，构成ADPCM
13、编译码器，以应用于低速数字电话终端设备与数字通信及程控交换、卫星通信等系统中，电路的基本特性为：l PCMADPCM数据转换速率为64 kb/s5.12Mb/sl 可适应于A律或U律压扩方式 ，由用户选择l 既可同步工作，亦可异步工作l 具有降功耗功能l 提供简单时隙分配能力l 电源 +5Vl 功能 280mW图12-4和图12-5是本实验系统PCMADPCM电路原理图，由PCM编译码/滤波器（MC145503）、ADPCM码变换器（MC145532）构成，是A律和U律双压扩方式的ADPCM话音编译码电路，两种压扩方式的切换通过K2、K3进行的。它们的时钟电路如图12-2所示。该实验（模块）所
14、用到的输入输出测试点如下：l PCM_A_IN输入到ADPCM编码器A的信号输入/测试点l PCM_B_IN输入到ADPCM编码器B的信号输入/测试点l ADPCM_A信号A的ADPCM编码结果输出/测试点l ADPCM_B信号B的ADPCM编码结果输出/测试点l PCM_A_OUT信号A的ADPCM译码结果输出/测试点l PCM_B_OUT信号B的ADPCM译码结果输出/测试点l FSA信号A的帧同步信号输入/测试点l FSB信号B的帧同步信号输入/测试点l BSPCM基群时钟信号(位同步信号)测试点l SL0 PCM基群第0个时隙同步信号l SLA信号A的抽样信号及时隙同步信号测试点l S
15、LB信号B的抽样信号及时隙同步信号测试点l SRB信号B译码输出信号测试点l STA输入到编码器A的信号测试点l SRA信号A译码输出信号测试点图12-6 PCM编译码电路（话音输入输出）图127 ADPCM编译码电路（PCM码输入输出）图12-5 ADPCM编译码电路（PCM码输入输出）l STB输入到编码器B的信号测试点l PCM_OUTPCM基群信号输出点l PCM_IN PCM基群信号输入点l PCM A OUT 信号A编码结果输出点（不经过复接器）l PCM B OUT 信号B编码结果输出点（不经过复接器）l PCM A IN信号A编码结果输入点（不经过复接器）l PCM B IN信号B编码结果输入点（不经过复接器）4. 其他辅助电路介绍在完成通信系统实验时，还将用到正弦信号源和语音输入/输出两模块，对于这两模块，请参阅前面相关实验的说明，这里就不再重复。四、实验步骤1. 实验连线关闭系统电源，进行如下连接：源端口目
