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1、实验一 PCM编译码一、实验目的1. 掌握PCM编译码原理。2. 掌握PCM基带信号的形成过程及分接过程。、实验内容1. 用示波器观察两路音频信号的编码结果，观察PCM基群信号三、基本原理1.点到点PCM多路电话通信原理脉冲编码调制(PCM )技术与增量调制( M)技术已经在数字通信系统中得到广泛应用。当信道噪声比较小时一般用PCM否则一般用 M。目前速率在155MB以下的准同步数字系列(PDH) 中，国际上存在A解和律两种PCM编译码标准系列，在155MB以上的同步数字系列(SDH)中， 将这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的码速率相同。而 M在国际上无统一标准，但它在通信环境比较恶
2、劣时显示了巨大的优越性。点到点PCM多路电话通信原理可用图9-1表示。对于基带通信系统，广义信道包括传输媒质、 收滤波器、发滤波器等。对于频带系统，广义信道包括传输媒质、调制器、解调器、发滤波器、收滤 波器等。图9-1点到点PCM多路电话通信原理框图本实验模块可以传输两路话音信号。采用TP3057编译器，它包括了图9-1中的收、发低通滤 波器及PCM编译码器。编码器输入信号可以是本实验模块内部产生的正弦信号，也可以是外部信号源的正弦信号或电话信号。本实验模块中不含电话机和混合电路，广义信道是理想的，即将复接器输出的PCM言号直接送给分接器。2. PCM编译码模块原理本模块的原理方框图图9-2所
3、示，电原理图如图9-3所示(见附录)，模块内部使用+5V和-5V电压，其中-5V电压由-12V电源经7905变换得到。256KHZ8KHz抽样信号SL74096KHZ晶振产生信号SL12048KHZ CLKS1 S2 S3 S4SLBSLA(SL2) SLASLB帧同步信号产生器正弦信号源ASTA-S STA -k. K5SRBPCM-ASRA PCM-BPCM编译码器APCM 编译 STB STB-S码器BK6正弦信号源BSTA-INSTB-IN复接器PCM图9-2 PCM编译码原理方框图该模块上有以下测试点和输入点: BSPCM基群时钟信号(位同步信号)测试点* SL0PCM基群第0个时隙
4、同步信号* SLA信号A的抽样信号及时隙同步信号测试点* SLB信号B的抽样信号及时隙同步信号测试点* SRB信号B译码输出信号测试点* STA输入到编码器A的信号测试点* SRA信号A译码输出信号测试点* STB输入到编码器B的信号测试点* PCMPCM基群信号测试点* PCM-A信号A编码结果测试点* PCM-B信号B编码结果测试点* STA-IN外部音频信号A输入点* STB-IN外部音频信号B输入点本模块上有三个开关 K5、K6和K8, K5、K6用来选择两个编码器的输入信号，开关手柄 处于左边(STA-IN、STB-IN)时选择外部信号、处于右边(STA-S、STB-S)时选择模块内
5、部音频 正弦信号。K8用来选择SLB信号为时隙同步信号SL1、SL2、SL5、SL7中的某一个。图9-2各单元与电路板上元器件之间的对应关系如下：晶振U75:非门 74LS04; CRY1 4096KHZ 晶体分频器 1U78:A: U78:D:触发器 74LS74; U79:计数器 74LS193分频器 2U80:计数器 74LS193; U78:B: U78:D:触发器 74LS74U81:单稳 74LS123; U76:移位寄存器 74LS164-PCM编译码器AU82: PCM编译码集成电路TP3057 (CD22357-PCM编译码器BU83: PCM编译码集成电路TP3057 (C
6、D22357-帧同步信号产生器-正弦信号源U77： 8位数据产生器74HC151; U86:A:与门7408U87:运放 UA741-正弦信号源-复接器U88:运放 UA741U85:或门 74LS32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编译码器提供2.048MHz的时钟信号和8KHz的时隙同步信号。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由于时钟频率为2.048MHz,抽样信号频率为8KHz,故 PCM
7、-A及PCM-B的码速率都是 2.048MB,一帧中有32个时隙，其中1个时隙为PCM编码数据，另外31个时隙都是空时隙。PCM信号码速率也是2.048MB，一帧中的32个时隙中有29个是空时隙，第0时隙为帧同步码 （X 1110010）时隙，第2时隙为信号A的时隙，第1 （或第5、或第7 由开关K8控制）时隙为信号B的时隙。本实验产生的PCM言号类似于PCM基群信号，但第16个时隙没有信令信号，第0时隙中的信号与PCM基群的第0时隙的信号也不完全相同。由于两个PCM编译码器用同一个时钟信号，因而可以对它们进行同步复接（即不需要进行码速调整）o又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对PCM
8、-A和PCM-B进行线或。本模块中用或门74LS32对PCM-A PCM-B及帧同步信号进行复接。在译码之前，不需要对PCMt行分接处理，译码器的时隙同步信号实际上起到了对信号分路的作用。3. TP3057 简介本模块的核心器件是A律PCM编译码集成电路TP3057,它是CMO工艺制造的专用大规 模集成电路，片内带有输出输入话路滤波器，其引脚及内部框图如图9-4、图9-5所示。引脚功能如下:GND(2) GNDv +隔DR DxBCLK /CLKSELEMCLKR/PDNBCLKMCLK图9-4 TP3057引脚图接 -5V电源。接地。 VF ROS RDR(8) MCLKR/PDN(9) M
9、CLKx(10) BCLKx接收部分滤波器模拟信号输出端。接+5V电源。接收部分帧同信号输入端，此信号为8KHz脉冲序列。接收部分PCM码流输入端。接收部分位时钟（同步）信号输入端，此信号将PCM码流在上升 沿后逐位移入DR端。位时钟可以为64KHZ到2.048MHz的任意 频率，或者输入逻辑“1”或“0”电平器以选择1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz用作同步模式的主时钟，此 时发时钟信号BCLK同时作为发时钟和收时钟。接收部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。可以和MCLX异步，但是同步工作时 可 达到最佳状态。当此端接
10、低电平时，所有的内部定时信号都选择 MCLKb号，当此端接高电平时，器件处于省电状态。发送部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。可以和MCLr异步，但是同步工作时 可 达到最佳状态。发送部分位时钟输入端，此信号将PCM码流在FS信号上升沿后 逐位移出DX端，频率可以为64KHz到2.04MHz的任意频率，但 必须与MCLK同步。(11) DX(12) FStLA我致字伐弓9符号比特低通D/A伸波形渔器电R收肘的*低通就 r波）电Hi|蜂次谒近wi? HFSMClXx平滑就its印A阶&波形成8tXA 寄存收费等十收扯宇信号 r4-4-l I
11、 -V4lr4 h s - b- 3 k d K图9-5 TP3057内部方框图rial V E awJir -MCLKn/PDHFSnBCLKn/CLKSEL发送部分PCM码流三态门输出端。发送部分帧同步信号输入端，此信号为8KHz脉冲序列。（13）TS /漏极开路输出端，在编码时隙输出低电平。（14）GSx发送部分增益调整信号输入端。（15）VF xi发送部分放大器反向输入端。(16)VF xi +发送部分放大器正向输入端。TP3057由发送和接收两部分组成，其功能简述如下。发送部分：包括可调增益放大器、抗混淆滤波器、低通滤波器、高通滤波器、压缩A/D转换器。抗混淆滤波器对采样频率提供30
12、dB以上的衰减从而避免了任何片外滤波器的加入。低通滤波器是5阶 的、时钟频率为128MHz高通滤波器是3阶的、时钟频率为32KHz高通滤波器的输出信号送给阶梯 波产生器（采样频率为8KHz）。阶梯波产生器、逐次逼近寄存器（S-AR）、比较器以及符号比特 提取单元等4个部分共同组成一个压缩式A/D转换器。S - A - R输出的并行码经并/串转换后成PCM信号。参考信号源提供各种精确的基准电压，允许编码输入电压最大 幅度为5V叶。发帧同步信号FS为采样信号。每个采样脉冲都使编码器进行两项工作：在8比特位同步信号BCLK的作用下，将采样值进行8位编码并存入逐次逼近寄存器；将前一采样值的编码结果通
13、过输出端DX输出。在8比特位同步信号以后，DX端处于高阻状态。接收部分：包括扩张D/A转换器和低通滤波器。低通滤波器符合AT&T D3/D4标准和CCITT建议。D/A转换器由串/并变换、D/A寄存器组成、D/A阶梯波形成等部分构成。在收帧同步脉冲FSR上升沿及其之后的8个位同步脉冲BCLKF作用下，8比特PCM数据进入接收数据寄存器（即D/A寄 存器），D/A阶梯波单元对8比特PCM数据进行D/A变换并保持变换后的信号形成阶梯 波信号。此 信号被送到时钟频率为128KHZ的开关电容低通滤波器，此低通滤波器对阶梯波进行平滑滤波并对孔径失真（sinx） /x进行补尝。在通信工程中，主要用动态范围和频率特性来说明PCM编译码器的性能。动态范围的定义是译码器输出信噪比大于25dB时允许编码器输入信号幅度的变化范围。PCM编译码器的动态范围应大于图 9-6所示的CCITT建议框架（样板值）。当编码器输入信号幅度超过其动态范围时，出现过载噪声，故编码输入信号幅度过大时量化信噪比急剧下降。TP3057编译码系统不过载输入信号的最大幅度为5V叶。由于采用对数压扩技术，PCM编译码系统可以改善小信号的量化信噪比，TP3057采
