实验六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。 3.掌握语音信号PCM编译码系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。 二、实验内容 1.用示波器观察两路音频信号的编码结果，观察P©M基群信号。 2.改变音频信号的幅度，观察和测试译码器输出信号的信噪比变化情况。 3.改变音频信号的频率，观察和测试译码器输出信号幅度变化情况。 三、基本原理 1,点到点PCM多路电话通信原理 脉冲编码调制PC0技术与增最调制（△M0技术己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155B以下的准同步数字系列 (PDH中，国际上存在A解和μ律两种PCM编译码标准系列，在155B以上的同步数字系列 (SDD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悲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6-1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。对于须带系统，广义信道包括传输媒质、调制器、解调器、 发滤波器、收波波器等。 低通滤 波器 码器 图6-1点到点PO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6-1中的收、发 低通滤波器及PC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信号直接送给分接器
实验六 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。 3. 掌握语音信号 PCM 编译码系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。 二、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。 2. 改变音频信号的幅度，观察和测试译码器输出信号的信噪比变化情况。 3. 改变音频信号的频率，观察和测试译码器输出信号幅度变化情况。 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(ΔM)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ΔM。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μ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ΔM 在国际 上无统一标准，但它在通信环境比较恶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 6-1 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。 低通滤 波器 PCM 编 码器 复接器 低通滤 波器 PCM 编 码器 分接器 混合 电路 广 义 信 道 图 6-1 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 6-1 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 信号直接送给分接器
2.PCM编译码模块原理 本模块的原理方框图图6-2所示，电原理图如图93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 SL7 S3 256KHz SLS S2 8K抽样信号S12 +分频器2 1 SLI 晶振 产生信号 2048KHz CLK S1 S2 S3 S SLB SLA(SL2)SLA SLB STA-S :弦信 STA B STB-S K6 液B CM- PCM-B STB-IN 复接器 PCM 图6-2PCM编译码原理方框图 该模块上有以下测试点和输入点： ·BS PCM基群时钟信号（位同步信号）测试点 ·SL0 PC基群第0个时隙同步信号 ·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 ·STE 输入到编码器B的信号测试点 ·pC PCM基群信号测试点 ·PCO-A 信号A编码结果测试点 。pC-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、6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-IM时选择外部信号、处于右边(STA-S、STB-S)时选择模块内部音频
2. PCM 编译码模块原理 本模块的原理方框图图 6-2 所示，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。 4096KHz 晶 振 分频 器 1 分频器 2 帧同步 信号产 生器 正弦信号 源 A S1 S2 S3 S4 PCM 编译 码器 A 复接器 抽样信号 产生信号 PCM 编译 码器 B PCM PCM-A SRB SRA PCM-B S3 256KHz S2 S1 8KHz 2048KHz CLK SLB SLA(SL2) STA-IN K5 SLA SLB ⎪ ⎪ ⎪ ⎭ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ SL7 ⎫ SL5 SL2 SL1 SL0 K8 正弦 信号 源 B STB-IN STB K6 STA-S STA STB-S 图 6-2 PCM 编译码原理方框图 该模块上有以下测试点和输入点： • BS PCM 基群时钟信号(位同步信号)测试点 • SL0 PCM 基群第 0 个时隙同步信号 • 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 • PCM PCM 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)时选择模块内部音频
正弦信号。K8用来选择SLB信号为时隙同步信号SL1、S12、SL5、SL7中的某一个。 图6-2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:CRY1:4096K2晶体 ·分烦器1 U78:A:U78:D:触发器74LS74:U79:计数器74LS193 ,分频默2 U80:计数器74LS193:U78:B:U78:D:触发器74LS74 ·抽样信号产生器 U81:单稳74LS123:U76:移位寄存器74lS164 ·PCM编译码器A U82:PCM编译码集成电路TP3057(CD22357) ·PCM编译码器B U83:PCM编译码集成电路TP3057(CD22357) ·顿同步信号产生器 U77:8位数据产生器74C151:U86:A:与门7408 ·正弦信号源A U87:运放UA741 ·正弦信号源B U88:运放UA741 ·复接器 U85:或门74LS32 品振、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2.048Wz的时钟信号和8Kz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。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2.048Mz,抽样信号频率为8Kz,故PCM-A及PC-B的码速率都是 2.048B,一顿中有32个时恩，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(X1110010)时隙，第2时隙为信号A的时隙，第1（或第5、或第7一由开关K8控 制)时除为信号B的时隙 本实验产生的PCM信号类似于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)。又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对PCW-A和PC-B进行线或 本模块中用或门74LS32对PCMA、PCMB及帧同步信号进行复接。在译码之前，不需要对 PM进行分接处理，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PCW编译码集成电路TP3057,它是CMOS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6-4、图6-5所示。引 脚功能如下：
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 6-2 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 1 U78:A：U78:D：触发器 74LS74；U79：计数器 74LS193 ·分频器 2 U80：计数器 74LS193；U78:B：U78:D：触发器 74LS74 ·抽样信号产生器 U81：单稳 74LS123；U76：移位寄存器 74LS164 ·PCM 编译码器 A U82：PCM 编译码集成电路 TP3057（CD22357） ·PCM 编译码器 B U83：PCM 编译码集成电路 TP3057（CD22357） ·帧同步信号产生器 U77：8 位数据产生器 74HC151；U86:A：与门 7408 ·正弦信号源 A U87：运放 UA741 ·正弦信号源 B U88：运放 UA741 ·复接器 U85：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。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 PCM-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(×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 信号类似于 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)。又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对 PCM-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 PCM 进行分接处理，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 CMOS 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 6-4、图 6-5 所示。引 脚功能如下：
D. WCLK:/PDN- 图6-4TP3057引脚图 ()V 接-5V电源 (2)GND 接地。 (3)F.0 接收部分滤波器模拟信号输出端， (4)V, 接+5V电源。 接收部分帧同信号输入端，此信号为8K脉冲序列 (6)D 接收部分PCM码流输入端。 (7)BCLK-/CLKSEL 接收部分位时钟（同步）信号输入端，此信号将PC码流在FS 上升沿后逐位移入DR端。位时钟可以为64Kz到2.048Mz 的任意频率，或者输入逻辑“1”或“0”电平器以选择 1.536Mz、1.544M2或2.048NM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。 (8)MCLKx/PDN 接收部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536z 1.544Mz或2.048Wz。可以和MCLK异步，但是同步工作时 可达到最佳状态。当此端接低电平时，所有的内部定时信号 都选择CLK信号，当此端接高电平时，器件处于省电状态 (9)MCLKx 发送部分主时钟信号输入瑞，此信号顿率必须为1.536z, L.544Mz或2.048M。可以和MCLK异步，但是同步工作时 可达到最佳状态。 (10)BCLK 发送部分位时钟输入端，此信号将PCM码流在FSx信号上升 沿后逐位移出D,端，频率可以为64Kz到2.04W的任意频 率，但必须与MCLK同步
图 6-4 TP3057 引脚图 (1) V 一 接-5V 电源。 (2) GND 接地。 (3) VFRO 接收部分滤波器模拟信号输出端。 (4) V+ 接+5V 电源。 (5) FSR 接收部分帧同信号输入端，此信号为 8KHz 脉冲序列。 (6) DR 接收部分 PCM 码流输入端。 (7) BCLKR/CLKSEL 接收部分位时钟(同步)信号输入端，此信号将 PCM 码流在 FSR 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 BCLKX同时作为发时钟和收时钟。 (8) MCLKR/PDN 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 MCLKX异步，但是同步工作时 可达到最佳状态。当此端接低电平时，所有的内部定时信号 都选择 MCLKX信号，当此端接高电平时，器件处于省电状态。 (9) MCLKX 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 MCLKR异步，但是同步工作时 可达到最佳状态。 (10) BCLKX 发送部分位时钟输入端，此信号将 PCM 码流在 FSX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 MCLKX同步
象留盘图舞罗 电压 发数字信号 发时钟 收时钟日 CLK/PDN CLK/CLKSEL 收数字值号 图6-5TP3057内部方框图 (11)D 发送部分PC码流三态门输出端 (12)F5: 发送部分帧同步信号输入端，此信号为8z脉冲序列。 (13)1TS. 据极开路输出端，在编码时隙输出低电平。 (14)GS 发送部分增益调整信号输入端。 (15)VEi. 发送部分放大器反向输入端。 (16)VFi+ 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 混淆滤波器对采样须率提供30B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1282。高通滤波器是3阶的、时钟频率为32Kz。高通滤波器的 输出信号送给阶梯波产生器（采样频率为8K）).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+ 发桢同步信号S为采样信号。每个采样脉神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位编码并存入逐次通近寄存器：将前一采样值的编 码结果通过输出端，输出。在8比特位同步信号以后，D,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&TD3/D4标准和CCITT建议
图 6-5 TP3057 内部方框图 (11) DX 发送部分 PCM 码流三态门输出端。 (12) FSX 发送部分帧同步信号输入端，此信号为 8KHz 脉冲序列。 (13) TSX 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) VFXi- 发送部分放大器反向输入端。 (16) VFXi＋ 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 30dB 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·A·R）、 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 5VP-P。 发帧同步信号 FSX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 BCLKX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