1、實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2 PCM編譯碼實(shí)驗(yàn)-、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,理解PCM編譯碼原理及PCM編譯碼性能；2,熟習(xí)PCM編譯碼專(zhuān)用集成芯片的功能和使用方法及各樣時(shí)鐘間的關(guān)系；3,熟習(xí)語(yǔ)音數(shù)字化技術(shù)的主要指標(biāo)及丈量方法。:、實(shí)驗(yàn)原理.抽樣信號(hào)的量化原理模擬信號(hào)抽樣后變?yōu)樵跁r(shí)間隔散的信號(hào)后，一定經(jīng)過(guò)度化才成為數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)的量化分為均勻量化和非均勻量化兩種。把輸入模擬信號(hào)的取值域按等距離切割的量化就稱為均勻量化，每個(gè)量化區(qū)間的量化電平fl號(hào)實(shí)際二堂化誤差W 弋 一r母星化值45均取在各區(qū)間的中點(diǎn)，以下列圖所示。圖2-1均勻量化過(guò)程表示圖均勻量化的主要弊端是不論抽樣值大小怎樣，量化噪聲的均方根值都固定不變。

2、所以，當(dāng)信號(hào)m( t )較小時(shí)，則信號(hào)量化噪聲功率比也很小。這樣，關(guān)于弱信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求。往常把知足信噪比要求的輸入信號(hào)取值范圍定義為動(dòng)向范圍，那么，均勻量化時(shí)的信號(hào)動(dòng)向范圍將遇到較大的限制。為了戰(zhàn)勝這個(gè)弊端，實(shí)質(zhì)中常常采納非均勻量化的方法。非均勻量化是依據(jù)信號(hào)的不一樣區(qū)間來(lái)確立量化間隔的。關(guān)于信號(hào)取值小的區(qū)間，其量化間隔Dv也?。环粗炕g隔就大。非均勻量化與均勻量化對(duì)比，有兩個(gè)突出的長(zhǎng)處：首先，當(dāng)輸入量化器的信號(hào)擁有非均勻散布的概率密度(實(shí)質(zhì)中常常是這樣)時(shí)，非均勻量化器實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)的均方善了小信號(hào)時(shí)的輸出端能夠獲取較高的均勻信號(hào)量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時(shí)

3、，量化噪聲功率根值基本上與信號(hào)抽樣值成比率，所以量化噪聲對(duì)大、小信號(hào)的影響大概同樣，即改 的信噪比。非均勻量化的實(shí)質(zhì)過(guò)程往常是將抽樣值壓縮后再進(jìn)行均勻量化。此刻寬泛采納兩種對(duì)數(shù)實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)壓縮，美國(guó)采納 壓縮律，我國(guó)和歐洲各國(guó)均采納 A壓縮律。本實(shí)驗(yàn)中PCM編碼方式也是采納 A壓縮律。A律壓擴(kuò)特征是連續(xù)曲線，實(shí)質(zhì)中常常都采納近似于 A律函數(shù)規(guī)律的13折線（A=）的壓擴(kuò)特征。這樣，它基本保持連續(xù)壓擴(kuò)特征曲線的長(zhǎng)處，又便于用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，以下列圖所示圖2-2 13折線特征XX表2-1列出了 13折線時(shí)的值與計(jì)算得的值的比較。表2-1 A律和13折線比較y0123456718888888X011

4、111111128按折線分段的X011111111128643216842段落12345678斜率161684211124見(jiàn)，13折線各段落的分界點(diǎn)與A表中第二行的x值是依據(jù) A計(jì)算獲取的，第三行的 x值是13折線分段時(shí)的值?？汕€十分迫近，同時(shí)x按2的哥次切割有益于數(shù)字化。.脈沖編碼調(diào)制的基來(lái)源理實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)量化后的信號(hào)是取值失散的數(shù)字信號(hào),下一步是將這個(gè)數(shù)字信號(hào)編碼。往常把從模擬信號(hào)抽樣、量化，編碼變換成為二進(jìn)制符號(hào)的基本過(guò)程，稱為脈沖編碼調(diào)制(Pulse CodeModulation , PCM)。在13折線法中，不論輸入信號(hào)是正是負(fù)，均用 8位折疊二進(jìn)制碼來(lái)表示輸入信號(hào)的抽樣量化值。

5、此中，用第一位表示量化值的極性，其他七位(第二位至第八位)則表示抽樣量化值的絕對(duì)大小。詳細(xì)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)分別代實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)表8個(gè)段落的起點(diǎn)電平。其他四位表示段內(nèi)碼，它的16 種可能狀態(tài)來(lái)分別代表每一段落的16個(gè)均勻區(qū)分的量化級(jí)。這樣辦理的結(jié)果，使 8個(gè)段落被區(qū)分紅 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 2-2 所示，段內(nèi)碼與16個(gè)量化級(jí)之間的關(guān)系見(jiàn)表 2-3 o上述 編碼方法是把壓縮、量化和編碼合為一體的方法。段落序號(hào)段落碼811171106101510040113 01020011000表2-2段落碼量化級(jí)段內(nèi)碼151111141

6、1101311011211001110111010109100181000701116011050101表2-3段內(nèi)碼. PCM編碼硬件實(shí)現(xiàn)達(dá)成PCM編碼的方式有多種，最常用的是采納集成電路達(dá)成PCM編譯碼，如等，集成電路的長(zhǎng)處是電路簡(jiǎn)單，只要幾個(gè)外頭元件和三種時(shí)鐘即可實(shí)現(xiàn)，不足是沒(méi)法展現(xiàn)編碼的中間過(guò)程，這類(lèi)方法比較合適實(shí)質(zhì)通訊系統(tǒng)。另一種PCM編碼方式是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這類(lèi)方法能分別出PCM編碼的中間過(guò)程，如：帶限、抽樣、量化、編碼的完好過(guò)程，對(duì)學(xué)生理解PCM編碼原理很有幫助；in_,i kTP3057實(shí)現(xiàn)PCM編譯碼，原理框圖以下列圖所示實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)圖2-3 PCM編譯碼框圖實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)

7、集成芯片TP3057達(dá)成PCM編譯碼除了相應(yīng)的外頭電路外，主要需要3種時(shí)鐘，即：編碼時(shí)鐘MCLK、線路時(shí)鐘BCLK、幀脈沖FS。三個(gè)時(shí)鐘需有必定的時(shí)序關(guān)系，不然芯片不可以正常工作：編碼時(shí)鐘MCLK :是一個(gè)定值，2048K ;線路時(shí)鐘 BCLK:是 64K 的 n 倍，即：64K、128K、256K、512K、 1024K、2048K 幾種;幀脈沖FS:是8K,脈寬一定是BCLK的一個(gè)時(shí)鐘周期；. PCM編碼算法實(shí)現(xiàn)(1)鑒于軟件算法達(dá)成 PCM編碼，框圖以下列圖所示:圖2-4 軟件實(shí)現(xiàn) PCM編碼框圖本實(shí)驗(yàn)我們采納軟件方式達(dá)成 PCM編碼、集成芯片TP3057達(dá)成PCM譯碼，目的是希望經(jīng)過(guò)

8、微辦理器和液晶能形象展現(xiàn) PCM編碼的的完好過(guò)程，即：帶限、抽樣、量化、編碼的過(guò)程，便于學(xué) 生理解PCM編碼原理。譯碼采納集成芯片 TP3057的目的是考證軟件編碼能否正確。 軟件PCM編碼原理,A在 律13折線編碼中，正負(fù)萬(wàn)向共電平，所以總的量化電平數(shù)L 25616個(gè)段落，在每一個(gè)段落內(nèi)有16個(gè)均勻散布的量化編碼位數(shù) 8 ，每個(gè)樣值用 8比特代碼1 C C8來(lái)表示，分為三部分。第一位 四位碼C2 C3C4為段落碼, 個(gè)段落的開(kāi)端電平值。Ci1為極性碼，用1和0分別表示信號(hào)的正、負(fù)極性。第二到第表示信號(hào)絕對(duì)值處于那個(gè)段落,3位碼可表示8個(gè)段落，代表了 8上述編碼方法是把非線性壓縮、均勻量化、編

9、碼聯(lián)合為一體的方法。在上述方法中，固然各段內(nèi)的16個(gè)量化級(jí)是均勻的，但因段落長(zhǎng)度不等，故不一樣段落間的量化間隔是不一樣的。當(dāng)輸入信號(hào)小時(shí)，段落小，量化級(jí)間隔??；當(dāng)輸入信號(hào)大時(shí)，段落大，量化級(jí)間隔大。第一、二段最短，歸-化長(zhǎng)度為1/128，再將它平分16段，每-小段長(zhǎng)度為1/ 2048，這就是最小的量化級(jí)13折間隔 。依據(jù)13折線的定義，以最小的量化級(jí)間隔為最小計(jì)量單位，能夠計(jì)算出線A律每個(gè)量化段的電平范圍、開(kāi)端電平1 si、段內(nèi)碼對(duì)應(yīng)電平、各段落內(nèi)量化間隔i。詳細(xì)計(jì)算結(jié)果如表 2-4所示。表2-4 13折線A律有關(guān)參數(shù)表實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)量化段落號(hào)i=18電平范圍()段落碼CCC段落起始電平I s

10、i()間隔i()段內(nèi)碼對(duì)應(yīng)權(quán)值()C C C C 5 6 7 88102420481 1 110246451225612864實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)751210241 1 0512322561281643262565121 0 12561612864321651282561 0 0128864321684641280 1 1644321684332640 1 032216842216320 0 1161842110-160 0 0018421辦理器自帶的12位ADC ,對(duì)應(yīng)的存放器采樣C的本Ci 性碼為負(fù)，用 0表示；米樣值在 20484095 ,第一位 1的極性碼為正，用 1表小。PCM的其他 比特

11、我們經(jīng)過(guò)度化值查表方式產(chǎn)生。STM32同時(shí)將模擬信號(hào)、抽樣脈沖、量化值、編碼值顯示在彩色液晶，學(xué)生能清楚察看到這4個(gè)信號(hào)的互相關(guān)系，以下列圖所示：riliiOt) n ithiui iiiiioof oini iI 01IQDIW HltMIl H圖2-5 PCM編碼顯示上圖豎線表示抽樣地點(diǎn)，圖中上方數(shù)字是量化值，樣值范圍-20482048 ;A圖中下萬(wàn)二進(jìn)制值是律13折線編碼。如量化值：-1600C1 、.量化值為負(fù)值，故極性碼為：0;C C C電平范圍位于10242048 ,段落碼 2 3 4為：111 ,;量化間隔為64,段落開(kāi)端電平為1024, 1600-1024 = 576; 576

12、/64=9 ;段內(nèi)碼 C5C6C7 C8 為：1001那么量化值-1600對(duì)應(yīng)的PCM編碼值為：01111001.實(shí)驗(yàn)框圖說(shuō)明卜列圖為PCM編譯碼原理的實(shí)驗(yàn)原理框圖:PCM承碼：；主O|Ul I實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)PC Mi碼A2圖2-6 PCM 編譯碼流程框圖框圖說(shuō)明：本實(shí)驗(yàn)中需要用到以下功能單元： TOC o 1-5 h z PCM編碼由A2單元達(dá)成，模擬信號(hào)經(jīng)300-3400HZ帶通濾波器后送入算法辦理器進(jìn)行模數(shù)變換，模數(shù)變換精度12位，其AD采樣后量化范圍為0-4095 ,編碼數(shù)據(jù)從2P6輸出；PCM譯碼由A7單元，譯碼數(shù)據(jù)從7TP5輸入，PCM數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼插值濾波，恢復(fù)信號(hào)從7P8輸出。圖中

13、“原始信號(hào)”按鈕用于對(duì)模擬信號(hào)種類(lèi)、頻次、幅度；6.各模塊丈量點(diǎn)說(shuō)明(1)信源編碼模塊-A22P1 :原始信號(hào)的輸入釧孔；2P7:帶限輸出釧孔2P6:編碼輸出2TP9:抽樣脈沖2TP8 : PCM編碼時(shí)鐘.信源譯碼模塊-A77TP5 : PCM譯碼數(shù)據(jù)輸入7TP4 :恢復(fù)譯碼時(shí)鐘7TP2 :恢復(fù)幀同步時(shí)鐘7TP7 : PCM譯碼輸出(濾波前)7P8 : PCM譯碼輸出(濾波后)、實(shí)驗(yàn)任務(wù)實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)PCM編碼原理考證，理解帶限濾波器作用、A律編碼規(guī)則;PCM編譯碼性能丈量，觀察編譯碼電路頻響、時(shí)延、失真、增益等;四、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(1)獲取實(shí)驗(yàn)權(quán)限,從閱讀器進(jìn)入在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；(2)選擇實(shí)驗(yàn)

14、內(nèi)容使用鼠標(biāo)在通訊原理實(shí)驗(yàn)?zāi)夸涍x擇：PCM編譯碼實(shí)驗(yàn),進(jìn)入PCM編譯碼實(shí)驗(yàn)頁(yè)面。PCM編碼原理考證設(shè)置工作參數(shù)設(shè)置原始信號(hào)為：“正弦”，頻次：1KHz,幅度設(shè)置指示為45;PCM串行接口時(shí)序察看輸出時(shí)鐘和幀同步時(shí)隙信號(hào)觀察：用示波器同時(shí)觀察抽樣脈沖信號(hào)2TP9和輸出時(shí)鐘信號(hào)2TP8,觀察時(shí)以2TP9做同步。剖析和掌握 PCM編碼抽樣脈沖信號(hào)與輸出時(shí)鐘的對(duì)應(yīng)關(guān)系(同 步沿、抽樣脈沖寬度等)。(3) PCM串行接口時(shí)序察看c A2TP9和編碼輸出信抽樣時(shí)鐘信號(hào)與 PCM編碼數(shù)據(jù)丈量：用示波器同時(shí)觀察抽樣脈沖信號(hào)號(hào)2P6 ,觀察時(shí)以2TP9做同步。剖析和掌握PCM編碼輸出數(shù)據(jù)與抽樣脈沖信號(hào)(數(shù)據(jù)輸出

15、與 抽樣脈沖沿)及輸出時(shí)鐘的對(duì)應(yīng)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn).廠: uuuwwn于8K.加中g(shù)（4） 在液晶觀察PCM編碼c用鼠標(biāo)點(diǎn)擊 PCM編譯碼框圖（圖）右上角“！ ”號(hào)，液晶屏上會(huì)出現(xiàn)PCM編碼分析圖（下列圖），我們能夠察看模擬信號(hào)、抽樣脈沖、量化值、編碼值等有關(guān)波形和參數(shù)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，研究量化值和編碼值間的對(duì)應(yīng)規(guī)則，即PCM編碼規(guī)則；實(shí)驗(yàn)時(shí)，鼠標(biāo)移至抽樣脈沖上時(shí)，屏幕上顯示該抽樣信號(hào)的PCM編碼值及對(duì)應(yīng)的編碼規(guī)則;PCM編譯碼芯片數(shù)1792 的PCM編碼注：PCM編碼數(shù)據(jù)從抽樣脈沖的下沿開(kāi)始，高位在前，考慮到商用據(jù)偶數(shù)位反轉(zhuǎn)，所以編碼數(shù)據(jù)（2P6）也應(yīng)偶數(shù)位反轉(zhuǎn)，上圖中量化值值反轉(zhuǎn)后為：；（

16、5） PCM編碼輸出數(shù)據(jù)觀察用示波器同時(shí)觀察抽樣脈沖信號(hào)（2TP9）和編碼輸出數(shù)據(jù)端口（2P6）,觀察時(shí)以 2TP9做同步。在示波器上讀出一個(gè)編碼樣點(diǎn)值，弁和液晶上的相應(yīng)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)?？?OPCM譯碼觀察用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖 開(kāi)關(guān)，開(kāi)封閉合，PCM輸出編碼數(shù)據(jù)A7模塊譯碼。用示波器同時(shí)觀察輸入模擬信號(hào)2P7和譯碼器輸出信號(hào)7P8,定性觀察編譯碼前后波形（1KHz、2Vpp）的關(guān)系： 質(zhì)量、電平4.PCM頻次響應(yīng)丈量將測(cè)試信號(hào)電平固定在2Vpp ,調(diào)整測(cè)試信號(hào)頻次，定性的觀察譯碼恢復(fù)出的模擬信號(hào)電平。觀察輸出信號(hào)信電平相對(duì)輸入信號(hào)頻次變化的相對(duì)關(guān)系。用點(diǎn)頻法丈量。丈量頻次范圍：250

17、Hz 4KHz實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)rvwKn .*. r nrr-rcAffkMV4KHz:C6D O 05. PCM譯碼失真丈量3Vpp 。）,用示將測(cè)試信號(hào)頻次固定在1KHz,改變測(cè)試信號(hào)電平（輸入信號(hào)的最大幅度為波器定性的觀察譯碼恢復(fù)出的模擬信號(hào)質(zhì)量（經(jīng)過(guò)示波器對(duì)照編碼前和譯碼后信號(hào)波形光滑度）6. PCM編譯碼系統(tǒng)增益丈量實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn)DDS1產(chǎn)生一個(gè)頻次為 1KHz、電平為2Vpp的正弦波測(cè)試信號(hào)送入信號(hào)測(cè)試端口2P1。用示波器（或電平表）測(cè)輸出信號(hào)端口（7P8）的電平。將收發(fā)電平的倍數(shù)（增益）換算為dB表不。PCMi星馬7.實(shí)驗(yàn)結(jié)束實(shí)驗(yàn)結(jié)束，從閱讀器退出在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.定性描

18、繪PCM編譯碼的特征、編碼規(guī)則，弁填下表。頻次：1KHz幅度：2Vpp樣點(diǎn)1樣點(diǎn)2樣點(diǎn)3樣點(diǎn)4樣點(diǎn)5樣點(diǎn)6樣點(diǎn)7樣點(diǎn)8量化值736992192832544-192-832=992編他值0100100001101010011011112.描繪PCM編碼串行同步接口的時(shí)序關(guān)系3.填下下表，弁畫(huà)出 PCM的頻響特征。輸入頻次（Hz）20050080010002000300034003600輸出幅度（V）4.填下下表，弁畫(huà)出 PCM的動(dòng)向范圍:輸入幅度（V）1.234實(shí)驗(yàn)2PC陋驗(yàn):輸出幅度六、思慮題.輸入信號(hào)為0Vpp時(shí)，PCM編碼數(shù)據(jù)是多少為何PCM編碼數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)有兩個(gè)，00000000和關(guān)于輸入信號(hào)為0Vpp,由于它沒(méi)有正負(fù)極性，也就是說(shuō)，正負(fù)極性都能夠表示，也就是不論是 1仍是0都能夠表示。再考慮絕對(duì)值，OV即是000000。0二者組合起來(lái)就是00000000和.鑒于AD和微辦理器，細(xì)述 PCM編碼流程，實(shí)現(xiàn)方法，對(duì) AD精度要求等；.據(jù)圖回答下列問(wèn)題，已知模擬信號(hào)為三角波，頻次 ，幅度