通信課程設(shè)計(jì)---pcm通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　題 目： PCM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　具備通信課程的理論知識(shí)；具備模擬與數(shù)字電路基本電路的設(shè)計(jì)能力；掌握通信電路的設(shè)計(jì)知識(shí)，掌握通信電路的基本調(diào)試方法；自選相關(guān)電子器件；可以使用實(shí)驗(yàn)室

2、儀器調(diào)試。</p><p>　　要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）</p><p>　　1、PCM碼速率128KB，兩路時(shí)分復(fù)用，通信雙方有線(xiàn)連接，</p><p>　　語(yǔ)音信號(hào)無(wú)明顯失真，采用A律壓縮13折線(xiàn)芯片； </p><p>

3、　　2、系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)頻率2.048MHZ，時(shí)隙同步信號(hào)頻率為8KHZ；</p><p>　　3、選用相應(yīng)合適的芯片，設(shè)計(jì)確定電路形式，對(duì)單元電路和整體系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算、仿真驗(yàn)證。</p><p>　　4、進(jìn)行系統(tǒng)仿真，調(diào)試并完成符合要求的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。</p><p><b>　　時(shí)間安排：</b></p><p>　　二

4、十二周一周，其中3天硬件設(shè)計(jì)，2天硬件調(diào)試</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘

5、要I</b></p><p><b>　　1 理論基礎(chǔ)1</b></p><p>　　1.1 PCM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1</p><p>　　1.2 PCM調(diào)制原理1</p><p>　　1.2.1 抽樣1</p><p>　　1.2.2 量化1</p><p&g

6、t;　　1.2.3 編碼4</p><p>　　2 TP3067介紹6</p><p>　　2.1 TP3067功能概述6</p><p>　　2.2 TP3067內(nèi)部邏輯框圖6</p><p>　　2.3 TP3067引腳排列圖與功能7</p><p>　　3 工作原理分析9</p><

7、;p>　　4 實(shí)驗(yàn)電路與仿真11</p><p>　　4.1 電路原理圖11</p><p>　　4.2 仿真電路模塊11</p><p>　　4.2.1 信號(hào)源子系統(tǒng)13</p><p>　　4.2.2 編碼器模塊13</p><p>　　4.2.3 譯碼器模塊14</p><p

8、><b>　　5 仿真結(jié)果16</b></p><p><b>　　心得體會(huì)18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　SystemView 仿真軟件可以實(shí)現(xiàn)多層

9、次的通信系統(tǒng)仿真。脈沖編碼調(diào)制（PCM）是現(xiàn)代語(yǔ)音通信中數(shù)字化的重要編碼方式。利用SystemView 實(shí)現(xiàn)脈沖編碼調(diào)制(PCM)仿真，可以為硬件電路實(shí)現(xiàn)提供理論依據(jù)。本次課程設(shè)計(jì)將通過(guò)仿真展示PCM編碼實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)思路及具體過(guò)程，并加以進(jìn)行分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞: PCM 脈沖編碼 通信系統(tǒng) SystemView </p><p><b>　　1 理論基礎(chǔ)</

10、b></p><p>　　1.1 PCM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　PCM即脈沖編碼調(diào)制，在通信系統(tǒng)中完成將語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化的功能，是把模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)幕痉椒ㄖ?。PCM的實(shí)現(xiàn)主要包括三個(gè)步驟：抽樣、量化和編碼。這三個(gè)步驟分別完成時(shí)間上離散、幅度上離散以及量化信號(hào)的二進(jìn)制表示，把一個(gè)時(shí)間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散、取值離散的數(shù)字信號(hào)，然后在信道中進(jìn)行傳輸。接收機(jī)將收

11、到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)再生、譯碼、平滑后恢復(fù)出原始的模擬信號(hào)。</p><p>　　其過(guò)程表示如圖1.1。</p><p>　　圖1.1 PCM通信過(guò)程原理</p><p>　　1.2 PCM調(diào)制原理</p><p><b>　　1.2.1 抽樣</b></p><p>　　所謂抽樣，就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周

12、期性?huà)呙?，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有信息，也就是說(shuō)能無(wú)失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。</p><p><b>　　1.2.2 量化</b></p><p>　　從數(shù)學(xué)上來(lái)看，量化就是把一個(gè)連續(xù)幅度值的無(wú)限數(shù)集合映射成一個(gè)離散幅度值的有限數(shù)集合。如圖1.2.2-1所示，量化器Q輸出L個(gè)

13、量化值，k=1，2，3，…，L。常稱(chēng)為重建電平或量化電化器輸入信號(hào)幅度落在與平。當(dāng)量化器輸入信號(hào)幅度落在與之間時(shí)，量化器輸出電平為。這個(gè)量化過(guò)程可以表達(dá)為： </p><p>　　這里稱(chēng)為分層電平或判決閾值。通常稱(chēng)為量化間隔。</p><p>　　圖1.2.2-1 模擬信號(hào)的量化</p><p>　　模擬信號(hào)的量化分為均勻量化和非均勻量化。由于均勻量化存在的主要缺

14、點(diǎn)是：無(wú)論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，則信號(hào)量化噪聲功率比也就很小，這樣，對(duì)于弱信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求。通常，把滿(mǎn)足信噪比要求的輸入信號(hào)取值范圍定義為動(dòng)態(tài)范圍，可見(jiàn)，均勻量化時(shí)的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍將受到較大的限制。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際中，往往采用非均勻量化。</p><p>　　非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來(lái)確定量化間隔的。對(duì)于信號(hào)取值小的區(qū)間，其量化間隔也小；

15、反之，量化間隔就大。它與均勻量化相比，有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)輸入量化器的信號(hào)具有非均勻分布的概率密度（實(shí)際中常常是這樣）時(shí)，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號(hào)量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時(shí)，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號(hào)抽樣值成比例。因此量化噪聲對(duì)大、小信號(hào)的影響大致相同，即改善了小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。</p><p>　　實(shí)際中，非均勻量化的實(shí)際方法通常是將抽樣值通過(guò)壓縮再進(jìn)行均勻量化。通常

16、使用的壓縮器中，大多采用對(duì)數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對(duì)數(shù)壓縮律是壓縮律和A壓縮律。美國(guó)采用壓縮律，我國(guó)和歐洲各國(guó)均采用A壓縮律，因此，PCM編碼方式采用的也是A壓縮律。</p><p>　　所謂A壓縮律也就是壓縮器具有如下特性的壓縮律：</p><p>　　A律壓擴(kuò)特性是連續(xù)曲線(xiàn)，A值不同壓擴(kuò)特性亦不同，在電路上實(shí)現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當(dāng)復(fù)雜的。實(shí)際中，往往都采用近似于A律函數(shù)規(guī)律的13折線(xiàn)（

17、A=87.6）的壓擴(kuò)特性。這樣，它基本上保持了連續(xù)壓擴(kuò)特性曲線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，又便于用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)中所用到的PCM編碼正是采用這種壓擴(kuò)特性來(lái)進(jìn)行編碼的。圖1.2.2-2示出了這種壓擴(kuò)特性。</p><p>　　圖1.2.2-2 13A律的量化特性曲線(xiàn)</p><p>　　表1列出了13折線(xiàn)時(shí)的值與計(jì)算值的比較。</p><p><b>　　表 1</

18、b></p><p>　　表1中第二行的值是根據(jù)時(shí)計(jì)算得到的，第三行的值是13折線(xiàn)分段時(shí)的值?？梢?jiàn)，13折線(xiàn)各段落的分界點(diǎn)與曲線(xiàn)十分逼近，同時(shí)按2的冪次分割有利于數(shù)字化。</p><p><b>　　1.2.3 編碼</b></p><p>　　所謂編碼就是把量化后的信號(hào)變換成代碼，其相反的過(guò)程稱(chēng)為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯(cuò)控制編

19、碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。</p><p>　　在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來(lái)分，大致可分為兩大類(lèi)：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類(lèi)。編碼器的種類(lèi)大體上可以歸結(jié)為三類(lèi)：逐次比較型、折疊級(jí)聯(lián)型、混合型。在逐次比較型編碼方式中，無(wú)論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。下面結(jié)合13折線(xiàn)的量化來(lái)加以說(shuō)明。</p><p>　　表2 段落碼

20、 表3 段內(nèi)碼</p><p>　　在13折線(xiàn)法中，無(wú)論輸入信號(hào)是正是負(fù)，均按8段折線(xiàn)（8個(gè)段落）進(jìn)行編碼。若用8位折疊二進(jìn)制碼來(lái)表示輸入信號(hào)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(duì)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(lái)分別代表8個(gè)段落的起點(diǎn)電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的16種可

21、能狀態(tài)來(lái)分別代表每一段落的16個(gè)均勻劃分的量化級(jí)。這樣處理的結(jié)果，8個(gè)段落被劃分成27＝128個(gè)量化級(jí)。段落碼和8個(gè)段落之間的關(guān)系如表2所示；段內(nèi)碼與16個(gè)量化級(jí)之間的關(guān)系見(jiàn)表3。</p><p>　　PCM編譯碼器的實(shí)現(xiàn)可以借鑒單片PCM編碼器集成芯片，如：TP3067A、CD22357等。單芯片工作時(shí)只需給出外圍的時(shí)序電路即可實(shí)現(xiàn)，考慮到實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，仿真時(shí)將PCM編譯碼器分為編碼器和譯碼器模塊分別實(shí)現(xiàn)。<

22、/p><p>　　本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選擇TP3067芯片作為PCM編譯碼器，它把編譯碼器（Codec）和濾波器(Filter)集成在一個(gè)芯片上，功能比較強(qiáng)，它既可以進(jìn)行A律變換，也可以進(jìn)行u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(wú)信令幀，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(hù)通過(guò)一些控制來(lái)選擇。TP3067可以組成模擬用戶(hù)線(xiàn)與程控交換設(shè)備間的接口，包

23、含有話(huà)音A律編解碼器。自調(diào)零邏輯。話(huà)音輸入放大器、RC濾波器、開(kāi)關(guān)電容低通濾波器、話(huà)音推挽功放等功能單元。TP3067具有完整的話(huà)音到PCM和PCM到話(huà)音的A律壓擴(kuò)編解碼功能。它的編碼和解碼工作既可同時(shí)進(jìn)行，也可異步進(jìn)行。</p><p>　　2 TP3067介紹</p><p>　　2.1 TP3067功能概述</p><p>　　TP3067在一個(gè)芯片內(nèi)部集成了

24、編碼電路和譯碼電路，是一個(gè)單路編譯碼器。其編碼速率為2.048MHz，每一幀數(shù)據(jù)為8位，幀同步信號(hào)為8KHz。模擬信號(hào)在編碼電路中，經(jīng)過(guò)抽樣、量化、編碼，最后得到PCM編碼信號(hào)。在單路編譯碼器中，經(jīng)變換后的PCM碼是在一個(gè)時(shí)隙中被發(fā)送出去的，在其他的時(shí)隙中編譯碼器是沒(méi)有輸出的，即對(duì)一個(gè)單路編譯碼器來(lái)說(shuō)，它在一個(gè)PCM幀（32個(gè)時(shí)隙）里，只在一個(gè)特定的時(shí)隙中發(fā)送編碼信號(hào)。同樣，譯碼電路也只是在一個(gè)特定的時(shí)隙（此時(shí)隙應(yīng)與發(fā)送時(shí)隙相同，否則接

25、收不到PCM編碼信號(hào)）里才從外部接收PCM編碼信號(hào)，然后進(jìn)行譯碼，經(jīng)過(guò)帶通濾波器、放大器后輸出。</p><p>　　2.2 TP3067內(nèi)部邏輯框圖</p><p>　　TP3067內(nèi)部邏輯框圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 TP3067內(nèi)部邏輯框圖</p><p>　　2.3 TP3067引腳排列圖與功能</p>

26、;<p>　　TP3067引腳排列如圖2.3-1所示。</p><p>　　圖2.3-1 TP3067引腳排列</p><p>　?。?）VPO+：接收功率放大器的非倒相輸出 </p><p>　?。?）GNDA：模擬地，所有信號(hào)均以該引腳為參考點(diǎn)</p><p>　?。?）VPO-：接收功率放大器的倒相輸出 </p&

27、gt;<p>　?。?）VPI：接收功率放大器的倒相輸入</p><p>　?。?）VFRO：接收濾波器的模擬輸出</p><p>　　（6）Vcc：正電源引腳，Vcc=+5V+5% </p><p>　?。?）FSR：接收幀同步脈沖，它啟動(dòng)BCLKR，于是PCM數(shù)據(jù)移入DR，F(xiàn)SR為8KHz脈沖序列。</p><p>　　

28、（8）DR：接收數(shù)據(jù)幀輸入。PCM數(shù)據(jù)隨著FSR前沿移入DR。</p><p>　?。?）BCLKR/CLKSEL： 在FSR的前沿把輸入移入DR時(shí)位時(shí)鐘，其頻率可以</p><p>　　從64KH至2.048MHz。另一方面它也可能是一個(gè)邏輯輸入，以此為在同步模式中的主時(shí)鐘選擇頻率1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz，BCLKR用在發(fā)送和接收兩個(gè)方向。</p>

29、<p>　　（10）MCLKR/PDN：接收主時(shí)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(yīng)當(dāng)與 MCLKx 同步，當(dāng) MCLKR 連續(xù)連在低電位時(shí)，CLKx 被選用為所有內(nèi)部定時(shí)，當(dāng)MCLKR 連續(xù)工作在高電位時(shí)，器件就處于掉電模式。 </p><p>　?。?1）MCLKx：發(fā)送主時(shí)鐘，其頻率可以是1.536MHz、1.5

30、44MHz 或2.048MHz，它允許與MCLKR 異步，同步工作能實(shí)現(xiàn)最佳性能。 </p><p>　?。?2）BCLKx：把PCM數(shù)據(jù)從Dx 上移出的位時(shí)鐘，其頻率可以從64KHz 至2.048MHz，但必須與MCLKx 同步。 </p><p>　?。?3）Dx：由FSx 啟動(dòng)的三態(tài)PCM數(shù)據(jù)輸出。 </p><p>　?。?4）FSx：發(fā)送幀同步脈沖輸入，它

31、啟動(dòng)BCLKx 并使Dx 上PCM數(shù)據(jù)移出到Dx上。 </p><p>　　（15）TSx：開(kāi)漏輸出。在編碼器時(shí)隙內(nèi)為低脈沖。 </p><p>　　（16）ANLB：模擬環(huán)路控制輸入，在正常工作時(shí)必須置為邏輯“0”，當(dāng)拉到邏輯“1” 時(shí)，發(fā)送濾波器和發(fā)送前置放大器輸出的連接線(xiàn)被斷開(kāi)，而改為和接收功率放大器的VPO+輸出連接。 </p><p>　?。?7）GSx：

32、發(fā)送輸入放大器的模擬輸出，用來(lái)在外部調(diào)節(jié)增益。 </p><p>　?。?8）VFxI - ：發(fā)送輸入放大器的倒相輸入。 </p><p>　?。?9）VFxI + ：發(fā)送輸入放大器的非倒相輸入。</p><p>　　（20）VBB ：負(fù)電源引腳，V BB = -5V+5%。</p><p><b>　　3 工作原理分析</b

33、></p><p>　　在本實(shí)驗(yàn)中我們選擇TP3067進(jìn)行A律變換，以2.048Mbit/s來(lái)傳送信息，信息幀為無(wú)信令幀，它的發(fā)送時(shí)序與接收時(shí)序直接受FSx和FSR控制。</p><p><b>　　系統(tǒng)上電：</b></p><p>　　當(dāng)開(kāi)始上電瞬間，加壓復(fù)位電路啟動(dòng)COMBO并使它處于掉電狀態(tài)，所有非主要電路都失效，而Dx、VFRO

34、、VPO-、VPO+均處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。為了使器件上電，一個(gè)邏輯低電平或時(shí)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FSx和FSr二者的輸入均連續(xù)保持低電平，在最后一個(gè)FSx或FSr脈沖之后相隔2ms左右，器件將進(jìn)入掉電狀態(tài)，一旦第一個(gè)FSx和FSr脈沖出現(xiàn)，上電就會(huì)發(fā)生。三態(tài)數(shù)據(jù)輸出將停留在高阻抗?fàn)顟B(tài)中，一直到第二

35、個(gè)FSx脈沖出現(xiàn)。 </p><p><b>　　系統(tǒng)時(shí)序：</b></p><p>　　幀同步工作：COMBO既可以用短幀，也可以用長(zhǎng)幀同步脈沖。在加電開(kāi)始時(shí)，器件采用短幀模式，在這種模式中，F(xiàn)Sx和FSr這兩個(gè)幀同步脈沖的長(zhǎng)度均為一個(gè)位時(shí)鐘周期。在BCLKx的下降沿當(dāng)FSx為高時(shí)，BCLKx的下一個(gè)上升沿可啟動(dòng)輸出符號(hào)位的三態(tài)輸出Dx的緩沖器，緊隨其后的7個(gè)上升沿

36、以時(shí)鐘送出剩余的7個(gè)位，而下一個(gè)下降沿則阻止Dx輸出。在BCLKR的下降沿當(dāng)FSr為高時(shí)（BCLKx在同步模式），其下一個(gè)下降沿將鎖住符號(hào)位，跟隨其后的7個(gè)下降沿鎖住剩余的7個(gè)保留位。</p><p>　　長(zhǎng)幀同步工作：為了應(yīng)用長(zhǎng)幀模式，F(xiàn)Sx和FSr這兩個(gè)幀同步脈沖的長(zhǎng)度應(yīng)等于或大于位時(shí)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(nèi)保持低電位。隨著FSx或BCLKx的上升沿（無(wú)論哪一個(gè)先到

37、）來(lái)到，Dx三態(tài)輸出緩沖器啟動(dòng)，于是被時(shí)鐘移出的第一比特為符號(hào)位，以后到來(lái)的BCLKx的7個(gè)上升沿以時(shí)鐘移出剩余的7位碼。隨著第8個(gè)上升沿或FSx變低（無(wú)論哪一個(gè)后發(fā)生），Dx輸出由BCLKx的下降沿來(lái)阻塞，在以后8個(gè)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(shù)據(jù)。</p><p>　　編譯碼器的工作是由時(shí)序電路控制的。在編碼電路中，進(jìn)行取樣、量化、編碼，譯碼電路經(jīng)過(guò)譯碼低通

38、、放大后輸出模擬信號(hào)，把這兩部分集成在一個(gè)芯片上就是一個(gè)單路編譯碼器.單路編譯碼器變換后的8位PCM碼字是在一個(gè)時(shí)隙中被發(fā)送出去，這個(gè)時(shí)序號(hào)是由A/D控制電路來(lái)決定的，而在其它時(shí)隙時(shí)編碼器是沒(méi)有輸出的。同樣在一個(gè)PCM幀里，它的譯碼電路也只能在一個(gè)由它自己的時(shí)序里，從外部接收8位PCM碼。單路編譯碼器的發(fā)送時(shí)序和接收時(shí)序可由外部電路來(lái)控制。只要向A/D控制電路或D/A控制電路發(fā)某種命令即可控制單路編譯碼器的發(fā)送時(shí)序和接收時(shí)序號(hào)，從而也可

39、以達(dá)到總線(xiàn)交換的目的。不同的單路編譯碼器對(duì)其發(fā)送時(shí)序和接收時(shí)序的控制方式都有所不同，有些編譯碼器有二種方式，一種是編程法，即給它內(nèi)部的控制電路輸進(jìn)一個(gè)控制字，分配其時(shí)隙；另一種是直接控制，這時(shí)它有兩個(gè)控制端，我們定義為FSx和FSR，它們是周期性的，并且它的周期和多路PCM的幀周期相同，為125μs，這樣，每來(lái)一個(gè)FSx，編譯碼器就輸出一個(gè)PCM碼字，每來(lái)一個(gè)FSR，編譯碼器就從外部輸入一個(gè)PCM碼字。</p><p

40、>　　編譯碼器一般都有一個(gè)PDN降功耗控制端，PDN=l時(shí)，編譯碼能正常工作，PDN=0時(shí)，編譯碼器處于低功耗狀態(tài)，這時(shí)編譯碼器其它功能都不起作用，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，可以接MUC等控制芯片以實(shí)現(xiàn)對(duì)編譯碼器的降功耗控制。</p><p>　　考慮到系統(tǒng)時(shí)鐘頻率較高,本系統(tǒng)利用VHDL設(shè)計(jì)pcm編碼芯片的控制,生成時(shí)鐘信號(hào),發(fā)送時(shí)添加幀同步碼,解碼時(shí)檢測(cè)幀同步碼.以控制編解碼的時(shí)序?qū)崿F(xiàn)編解碼功能. 本系統(tǒng)中所有的時(shí)

41、隙都是從頻率為8.102MHz的外部時(shí)鐘信號(hào)頻后得到2.048MHz的碼同步時(shí)鐘，再經(jīng)分頻分相后得到8KHz的幀同步時(shí)鐘.</p><p>　　幀同步碼的添加是在時(shí)鐘信號(hào)控制下輸出幀同步碼的時(shí)隙中對(duì)預(yù)置幀同步編碼逐位輸出實(shí)現(xiàn)的. 幀同步信號(hào)的提取是用在時(shí)鐘信號(hào)控制下信號(hào)通過(guò)移位寄存器構(gòu)成的并/串轉(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)與與置信號(hào)比較而實(shí)現(xiàn)的，幀同步信號(hào)的頻率為位同步信號(hào)的256分之一。撥碼開(kāi)關(guān)SW1, SW1可分別設(shè)置

42、編解碼時(shí)幀同步碼的碼型。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力減小誤解碼率,可以增加幀同步碼的位數(shù).這里只是為了說(shuō)明原理所以選擇8位。</p><p><b>　　4 實(shí)驗(yàn)電路與仿真</b></p><p><b>　　4.1 電路原理圖</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)電路原理如圖4.1所示</p><p>　

43、　圖4.1 PCM電路原理圖</p><p>　　4.2 仿真電路模塊</p><p>　　整個(gè)電路由信號(hào)源子系統(tǒng)、編碼器模塊和譯碼器模塊構(gòu)成。其總體電路如下圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 仿真總體電路</p><p>　　所有模塊屬性如下表4：</p><p><b>　　表4</b&g

44、t;</p><p>　　4.2.1 信號(hào)源子系統(tǒng)</p><p>　　信號(hào)源子系統(tǒng)由三個(gè)幅度相同、頻率不同的正弦信號(hào)（圖符7、8、9）構(gòu)成，用來(lái)產(chǎn)生信號(hào)，其結(jié)構(gòu)如下圖4.2-1所示：</p><p>　　圖4.2.1 信號(hào)源子系統(tǒng)</p><p>　　4.2.2 編碼器模塊</p><p>　　PCM編碼器模塊主要由

45、低通濾波器（圖符15）、瞬時(shí)壓縮器（圖符16）、A/D轉(zhuǎn)換器（圖符8）、并/串轉(zhuǎn)換器（圖符10）、輸出端子構(gòu)成（圖符9），實(shí)現(xiàn)模型如下圖4.2-2所示:</p><p>　　圖4.2.2 PCM編碼器模塊</p><p>　　信源信號(hào)經(jīng)過(guò) PCM 編碼器低通濾波器（圖符15）完成信號(hào)頻帶過(guò)濾，由于PCM量化采用非均勻量化，還要使用瞬時(shí)壓縮器實(shí)現(xiàn)A律壓縮后再進(jìn)行均勻量化，A/D轉(zhuǎn)換器（圖符8

46、）完成采樣及量化，由于A/D轉(zhuǎn)換器的輸出是并行數(shù)據(jù)，必須通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器（圖符10）完成并/串轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，最后通過(guò)圖符9輸出PCM編碼信號(hào)。</p><p><b>　　組件功能：</b></p><p>　?。?）低通濾波器：為實(shí)現(xiàn)信號(hào)的語(yǔ)音頻率特性，考慮到濾波器在通帶和阻帶之間的過(guò)渡，采用了低通濾波器，而沒(méi)有設(shè)計(jì)帶通濾波器。為實(shí)現(xiàn)信號(hào)在 300Hz－3400Hz

47、的語(yǔ)音頻帶內(nèi)，在這里采用了一個(gè)階數(shù)為3階的切比雪夫?yàn)V波器，其具有在通帶內(nèi)等波紋、阻帶內(nèi)單調(diào)的特性。</p><p>　?。?）瞬時(shí)壓縮器：瞬時(shí)壓縮器（圖符16）使用了我國(guó)現(xiàn)采用A律壓縮，注意在譯碼時(shí)擴(kuò)張器也應(yīng)采用A律解壓。對(duì)比壓縮前后時(shí)域信號(hào)（見(jiàn)圖6, 圖7），明顯看到對(duì)數(shù)壓縮時(shí)小信號(hào)明顯放大，而大信號(hào)被壓縮，從而提高了小信號(hào)的信噪比，這樣可以使用較少位數(shù)的量化滿(mǎn)足語(yǔ)音傳輸?shù)男枰?lt;/p><

48、p>　?。?）A/D 轉(zhuǎn)換器：完成經(jīng)過(guò)瞬時(shí)壓縮后信號(hào)時(shí)間及幅度的離散，通常認(rèn)為語(yǔ)音的頻帶在300Hz－3400Hz，根據(jù)低通采樣定理，采樣頻率應(yīng)大于信號(hào)最高頻率兩倍以上，在這里A/D的采樣頻率為8Hz即可滿(mǎn)足，均勻量化電平數(shù)為256級(jí)量化，編碼用8bit表示，其中第一位為極性表示，這樣產(chǎn)生了64kbit/s的語(yǔ)音壓縮編碼。 </p><p>　　（4）數(shù)據(jù)選擇器：圖符10為帶使能端的8路數(shù)據(jù)選擇器，與74

49、151功能相同，在這里完成A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)的并/串轉(zhuǎn)換，圖符11、12、13為選擇控制端，在這里控制輪流輸出并行數(shù)據(jù)為串行數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器還可以實(shí)現(xiàn)碼速轉(zhuǎn)換功能。</p><p>　　4.2.3 譯碼器模塊</p><p>　　PCM譯碼器是實(shí)現(xiàn)PCM編碼的逆系統(tǒng)。 PCM譯碼器模塊主要由ADC出來(lái)的PCM數(shù)據(jù)輸出端、D/A轉(zhuǎn)換器、瞬時(shí)擴(kuò)張器、低通濾波器構(gòu)成。實(shí)現(xiàn)模型如下圖4.2-3

50、所示：</p><p>　　圖4.2.3 PCM譯碼器模塊</p><p><b>　　組件功能：</b></p><p>　?。?）D/A轉(zhuǎn)換器(圖符1)：用來(lái)實(shí)現(xiàn)與A/D轉(zhuǎn)換相反的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，從而達(dá)到譯碼最基本的要求，也就是最起碼要有步驟。</p><p>　?。?）瞬時(shí)擴(kuò)張器（圖符8）：實(shí)現(xiàn)與瞬時(shí)

51、壓縮器相反的功能，由于采用 A 律壓縮，擴(kuò)張也必須采用A律瞬時(shí)擴(kuò)張器。 </p><p>　?。?）低通濾波器（圖符3）：由于采樣脈沖不可能是理想沖激函數(shù)會(huì)引入孔徑失真，量化時(shí)也會(huì)帶來(lái)量化噪聲，及信號(hào)再生時(shí)引入的定時(shí)抖動(dòng)失真，需要對(duì)再生信號(hào)進(jìn)行幅度及相位的補(bǔ)償，同時(shí)濾除高頻分量，在這里使用與編碼模塊中相同的低通濾波器。 </p><p><b>　　5 仿真結(jié)果&l

52、t;/b></p><p>　　用SystemView軟件進(jìn)行仿真得到下列波形：</p><p><b>　　1 信號(hào)源的波形：</b></p><p>　　2 信號(hào)源經(jīng)壓縮后的波形:</p><p>　　3 PCM編碼的波形：</p><p>　　4 PCM譯碼時(shí)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)化并用A律擴(kuò)張

53、后的輸出波形：</p><p>　　5譯碼后恢復(fù)源信號(hào)的輸出波形：</p><p>　　由以上等波形可以看出：在PCM編碼的過(guò)程中，譯碼輸出的波形具有一定的延遲現(xiàn)象，但其波形基本上不失真地在接收端得到恢復(fù)，傳輸?shù)倪^(guò)程中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的傳輸過(guò)程。</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　在為期不長(zhǎng)的

54、通信原理課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，從選課題查資料，到學(xué)軟件做仿真，再到檢測(cè)與調(diào)試，我都收獲了很多。不光理論知識(shí)得到了強(qiáng)化，實(shí)踐動(dòng)手能力也被大大增強(qiáng)了，此外我對(duì)課程設(shè)計(jì)的流程也更熟稔了。</p><p>　　在知識(shí)方面，我不僅回顧了這個(gè)學(xué)期所學(xué)的通信原理基礎(chǔ)理論知識(shí)，在相關(guān)的知識(shí)方面也得到了拓展與深化。</p><p>　　由于任務(wù)還要求對(duì)仿真軟件進(jìn)行自學(xué)，我們便全身心地投入到軟件的探索之中，并終于由

55、開(kāi)始的一竅不通到現(xiàn)在的初窺門(mén)徑。在SystemView之前，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)了Protel，Proteus與Matlab，以及數(shù)電理論實(shí)驗(yàn)所用的EWB等軟件，它們?cè)谝欢ǖ某潭壬隙加邢嗨浦?。通過(guò)這段時(shí)間的接觸，發(fā)覺(jué)SystemView軟件還是比較好用的。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)通信原理等科目有了更深入細(xì)致的了解。同時(shí)我也深深發(fā)覺(jué)到，僅懂得理論、紙上談兵是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們還需要進(jìn)行更多的實(shí)物制作，或

56、是軟件仿真，因?yàn)楫?dāng)理論運(yùn)用到實(shí)際中時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)很多的問(wèn)題與偏差。所以這次的實(shí)踐是非常合時(shí)并且有意義的。</p><p>　　最后感謝指導(dǎo)教師的悉心教導(dǎo)，謝謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】《通信原理（第六版）》，樊昌信、曹麗娜編著，國(guó)防工業(yè)出版社，2007 </p><p>