1、 實 驗 指 導 書一、 通信原理課程實訓的目的1、掌握詠沖編碼調制與解調的原理。2、掌握脈沖編碼調制與解調系統的動態范圍和頻率特性的定義及測置方法。3、了解脈沖編碼調制信號的頻譜特性。4、了解大規模集成電路TP3067的使用方法。二、通信原理課程實訓的內容通信原理課程實訓的內容包括PCM電路圖的繪制與PCM電路板的調試與制作兩個方面。1、PCM原理講解（一天）2、通信原理PCM電路原理圖的繪制與電路板的設計（一天）3、PCM電路的安裝與測試（二天）4、 撰寫課程設計論文與答辯（一天）三、通信原理課程實訓的成績評定PCM電路圖的繪制與PCM電路板的上芯片資料部分的成績占總成績的30%，PCM電

2、路的制作與調試部分的成績占總成績的30%，課程實訓說明書的撰寫水平和答辯成績占總成績的40%，三部分成績綜合為總成績。總成績按優秀、良好、中等、及格與不及格五個等級評定。成績評定的依據：1、實訓方案的正確性與合理性；2、元件的計算與選擇的正確性；3、PCM電路安裝與調試能力；4、課題的完成情況；5、課程實訓過程中的學習態度、工作作風與合作精神。6、課程實訓說明書的撰寫水平和答辯成績；第一部分 PCM編解碼原理模擬信號進行抽樣后，其抽樣值還是隨信號幅度連續變化的，當這些連續變化的抽樣值通過有噪聲的信道傳輸時，接收端就不能列所發送的抽樣準確地估值。如果發送端用預先規定的有限個電平來表示抽樣值，且電

3、平問輯比干擾噪聲大，則接收端將有可能對所發送的抽樣準確地估值，從而有可能消除隨機噪聲的影響。脈沖編碼調制(PCM)簡稱為脈碼調制，它是一種將模擬語音信號變換成數字信號的編碼方式。脈碼調制的過程如圖1-1所示。 PCM主要包括抽樣、量化與編碼三個過程。抽樣是把時間連續的模擬信號轉換成時間離散、幅度連續的抽樣信號；量化是把時間離敞、幅度連續的抽樣信號轉換成時間離散幅度離散的數字信號；編碼是將量化后的信號編碼形成一個二進制碼組輸出。國際標準化的PCM碼組（電話語音）是八位碼組代表一個抽樣值。編碼后的PCM碼組，經數字信道傳輸，在接收端，用二進制碼組重建模擬信號，在解調過程中，一般采用抽樣保持電路。預

4、濾波是為了把原始語音信號的頻帶限制在300-3400Hz左右，所以預濾波會引入一定的頻帶失真。 圖1-1 PCM脈沖編碼調制圖在整個PCM系統中，重建信號的失真主要來源于量化以及信道估輸誤碼，通常，用信號與盤化噪聲的功率比，即信噪比S/N來表示，國際電報電話咨詢委員會(ITU-T)詳細規定了它的指標，還規定比特率為64kb/s，使用A律或口律編碼律。下面將詳細介紹PCM編碼的整個過程，由于抽樣原理己在前面實驗中詳細討論過，故在此只講述量化及編碼的原理。 第二部分 PCM電路板的制作與調試本實驗采用大規模集成電路TP3067對語音信號進行PCM編、解碼。TP3067在一個芯片內部集成了編碼電路和

5、譯碼電路，是一個單路編譯碼器。其編碼速率為2.048MHz，每一幀數據為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。具體電路圖如圖2-1所示。 圖2-1 脈沖編碼調制電路圖下面對PCM編譯碼

6、專用集成電路TP3067芯片做一些簡單的介紹。圖2-2為TP3067的內部結構方框圖，圖2-3是TP3067的管腳排列圖。 圖2-2 TP3067內部邏輯圖 圖2-3 TP3067管腳圖1TP3067管腳的功能(1)VP0+；接收功率放大器的非倒相輸出(2) GNDA:模擬地，所有信號均以該引腳為參考點(3) VPO-:接收功率放大器的倒相輸出(4) VPI:接收功率放大器的倒相輸入(5) VFRO:接收濾波器的模擬輸出(6) Vcc:正電源引腳，Vcc-+5V+5%(7) FSR:接收幀同步脈沖，它啟動BCLKR，于是PCM數據移入DR，FSR為8KHz脈沖序列。(8)DR：接收數據幀輸入。

7、PCM數據隨著FSR前沿移入DR。(9) BCLKR/CLKSESL:在FSR的前沿把輸入移入DR時位時鐘，其頻率可以從64KHz至2.048MHz。另一方面它也可能是一個邏輯輸入，以此為在同步模式中的主時鐘選擇頻率1.536MHz、1544MHz或2.048MHz，BCLKR用在發送和接收兩個方向。(10) MCLKR/PDN:接收主時鐘，其頻率可以為1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。它允許與MCLKx異步，但為了取得最佳性能應當與MCLKx同步，當MCLKR連續連在低電位時，CLKx被選用為所有內部定時，當MCLKR連續工作在高電位時，器件就處于掉電模式。(11) MC

8、LKx:發送主時鐘，其頻率可以是1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz，它允 許與MCLKR異步，同步工作能實現最佳性能。(12) BCLKx:把PCM數據從Dx上移出的位時鐘，其頻率可以從64KHz至2.048MHz， 但必須與MCLKx同步。(13) Dx:由FSx啟動的三態PCM數據輸出。(14) FSx:發送幀同步脈沖輸入，它啟動BCLKx并使Dx上PCM數據移出到Dx上。(15) TSx：開漏輸出。在編碼器時隙內為低脈沖。(16) ANLB:模擬環路控制輸入，在正常工作時必須置為邏輯“O”，當拉到邏輯“l” 時，發送濾波器和發送前置放大器輸出的連接線被斷開，而改為和接收

9、功率放大器的VPO+輸出連接。(17) GSx:發送輸入放大器的模擬輸出，用來在外部調節增益。(18) VFxl-:發送輸入放大器的倒相輸入。(19) VFxIT:發送輸入放大器的非倒相輸入。(20) VBB:負電源引腳，VBB=-5V+5%。2功能說明 上電當開始上電瞬間，加壓復位電路啟動COMBO并使它處于掉電狀態，所有非主要電路都失效，而Dx、VFRO、VPO-、VPO+均處于高阻抗狀態。為了使器件上電，一個邏輯低電平或時鐘脈沖必須作用在MCLKR/PDN引腳上，并且FSx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MCLKR/PDN引腳電位被拉高。在另一種模式中使F

10、Sx和FSr二者的輸入均連續保持低電平，在最后一個FSx或FSr脈沖之后相隔2ms左右，器件將進入掉電狀態，一旦第一個FSx和FSr脈沖出現，上電就會發生。三態數據輸出將停留在高阻抗狀態中，一直到第二個FSx脈沖出現。同步工作 在同步工作中，對于發送和接收兩個方向應當用相同的主時鐘和位時鐘，在這一模式中，MCLKx上必須有時鐘信號在起作用，而MCLKR/PDN引腳則起了掉電控制作用。MCLKR/PDN上的低電平使器件上電，而高電平則使器件掉電。這兩種情況中，不論發送或接收方向，MCLKx都用作為主時鐘輸入，位時鐘也必須作用在MCLKx上，對于頻率為1.536MHz、1.544MHz或2.048

11、MHz的主時鐘，BCLKR/CLKEL可用來選擇合適的內部分頻器，在1.544MHz工作狀態下，本器件可自動補償每幀內的第193個時鐘脈沖。當BCLKR/CLKSEL引腳上的電平固定時，BCLKx將被選為發送和接收方向兼用的位時鐘。表3-1說明可選用的工作頻率，其值視BCLKx/CLKSEL的狀態而定。在同步模式中，位時鐘BCLKx可以從64KHz變至2.048MHz，但必須與MCLKx同步。每一個FSx脈沖標志著編碼周期的開始，而在BCLKx的正沿上，從前一個編碼周期來的PCM數據從已啟動的Dx輸出中移出。在8個時鐘周期后，三態Dx輸出恢復到高阻抗狀態。隨著FSR脈沖來臨，依賴BCLKx(或

12、在運行中的BCLKR)負沿上的DR輸入，PCM數據被鎖定，FSx和FSR必須與MCLKx或MCLKR同步。表 3-1 主時鐘頻率的選擇 異步工作 在異步工作狀態中，發送和接收時鐘必須獨立設置，MCLK和MCLR必須為2.048MHz，只要把靜態邏輯電平加到MCLKx/PDN引腳上，就能實現這一點。FSx啟動每個編碼周期而且必須與MCLKx和BCLKx保持同步。FSR啟動每一個譯碼周期而且必須與BCLKR同步。BCLKR必須為時鐘信號。列于表8-4中的邏輯電平對于異步模式是不成立的。BCLKx和BCLKR工作頻率可從64KHz變到2.048MHz。短幀同步工作 COMBO既可以用短幀，也可以用長

13、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，FSx和FSr這兩個幀同步脈沖的長度均為一個位時鐘周期。在BCLKx的下降邊沿當FSx為高時，BCLKx的下一個上升邊沿可啟動輸出符號位的三態輸出Dx的緩沖器，緊隨其后的7個上升邊沿以時鐘送出剩余的7個位，而下一個下降邊沿則阻止Dx輸出。在BCLKR的下降邊沿當FSr為高時(BCLKx在同步模式)，其下一個的下降邊沿將鎖住符號位，跟隨其后的7個下降邊沿鎖住剩余的7個保留位。長幀同步工作 為了應用長幀模式，FSx和FSr這兩個幀同步脈沖的長度等于或大于位時鐘周期的三倍。在64KHZ工作狀態中，幀同步脈沖至少要在160ns內保持低電位。隨著

14、FSx或BCLKx的上升沿（無論哪一個先到）來到，Dx三態輸出緩沖器啟動，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FSx變低（無論哪一個后發生），Dx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DR的PCM數據。發送部件 發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l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

15、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2.5V的輸入過載(tmax)。FSx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FSx脈沖下通過Dx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。 接收部件 接收部件包括一個擴展DAC（數模轉換器），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。譯碼器時依照A律( TP3067)設計的，而5階低通濾波器矯正8KHZ抽樣一保持電路所引起的sinx/x衰減。在濾波器后跟隨一個其輸出在VFRO上

16、的2階RC低通后置濾波器。接收部件的增益為l，但利用功率放大器可加大增益。當FSr出現時在后續的8個BCLKR (BCLKx)的下降邊沿，DR輸入端上的數據將被時鐘控制。在譯碼器的終端，譯碼循環就開始了。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u律變換，它的數據既可以固定速率傳送，也可以變速率傳送，它既可以傳輸信令幀也可以選擇它傳送無信令幀，并且還可以控制它處于低功耗備用狀態，到底使用它的什么功能可由用戶通過一些控制來選擇。 在實驗中我們選擇它進行A律變換，以2.048Mbit來傳送信息，信令幀為無信

17、令幀，它的發送時序與接收時序直接受FSx和FSR控制。 還有一點，編譯碼器一般都有一個PDN降功耗控制端，PDN=1時，編譯碼能正常工作，PDN-O，編譯碼器處于低功耗狀態，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。 3、實訓步驟 （1）將信號源模塊、模擬信號數字化模塊、終端模塊、頻譜分析模塊小心地固定在主機 箱中，確保電源接觸良好。 （2）插上電源線，打開主機箱右側的交流開關，再分別按下四個模塊中的開關POWERI、POWER2、S2、S3，對應的發光二極管LEDOOI、LED002、D200、D20

18、1、LED600、 LED300、LED301發光，按一下信號源模塊的復位鍵，四個模塊均開始工作。 （3）將信號源模塊的撥碼開關SW1Ol、SW102設置為0000000 0000001。 （4）將信號源模塊產生的正弦波信號(頻率2.5KH，峰一峰值為3V)從點“S-IN”輸入模擬信號數字化模塊，將信號源模塊的信號輸出點“64K”、“8K”“BS”分別與 模擬信號數字化模塊的信號輸入點“CLKB-IN”、“FRAMB -IN”、“2048K-IN” 連接，觀察信號輸出點“PCMB-OUT”的波形。將該點的信號送入頻譜分析模塊，觀察該點信號的頻譜，記錄下來。 （5）連接“CLKB-IN”和“CL

19、K2-IN”，“FRAMB-IN”和“FRAM2-IN”，連接信號輸 出點“PCMB-OUT”和信號輸入點“PCM2-IN”，觀察信號輸出點“OUT”的波形。將該點的信號送入頻譜分析模塊，觀察該點信號的頻譜，記錄下來。（6）改變輸入正弦信號的幅度，使其峰，峰值分別等于和大于5V（若幅度無法達到5V，可將輸入正弦信號先通過信號源模塊的模擬信號放大通道，再送入模擬信號數字化模塊），將示波器探頭分別接在信號輸出點“OUT”、“PCMB-OUT”上，觀察滿 載和過載時的脈沖幅度調制和解調波形，記錄下來（應可觀察到，當輸入正弦波信號幅度大于5V時，PCM解碼信號中帶有明顯的噪聲）。（7）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“OUT”、“PCMB-OUT”，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解碼信號幅度急劇減小）。（8）用單放機或音頻信號發生器的輸出信號代替信號源模塊的正弦波，從點“S-IN”輸 入模擬信號數