PAGE20...程控實驗課程設計報告題目：PCM編碼器與PCM解碼器的MATLAB實現(xiàn)學生姓名：xxx學號：0910406003系別：物理與信息工程系專業(yè)：通信工程指導教師：xxxx2012年6月2日目錄摘要 3關鍵詞 3前言 4一、課程設計的目的 5二、課程設計的內容 5三、課程設計的要求 5四、脈沖編碼調制 64.1PCM原理 6五、模塊設計和仿真圖形分析 85.1PCM編碼器電路設計 85.2編碼部分封裝 105.3PCM解碼器電路設計 115.4解碼部分封裝 125.5有干擾信號的PCM編碼與解碼 135.6無干擾信號的PCM編碼與解碼 16六、心得體會與總結 19摘要本設計結合PCM的抽樣、量化、編碼原理，利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺,完成對脈沖編碼調制系統(tǒng)的建模與仿真分析。用示波器觀察編碼與解碼前后的信號波形;加上各種噪聲源,用誤碼測試模塊測量誤碼率;最后根據運行結果和波形來分析該系統(tǒng)性能。通過本次課程設計，對PCM原理及性能有了更深刻的認識，并進一步掌握MATLAB軟件的使用關鍵詞MATLAB；Simulink仿真平臺；PCM編碼器與解碼器；前言MATLAB是用于算法開發(fā)、數(shù)據可視化、數(shù)據分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，仿真技術得到了廣泛的應用。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活可以滿足從底層到高層不同層次的設計、分析使用，形成多層系統(tǒng)，使系統(tǒng)設計更加簡潔明了等優(yōu)點?；谝陨蟽?yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。Matlab軟件中的simulink具有良好的交互界面，通過分析窗口和示波器模擬等方法，提供一個可視的仿真過程，不僅在工程上得到應用，在數(shù)學領域也得到了公眾的認可，尤其在信號分析、通信系統(tǒng)等領域得到了廣泛的應用。它可以實現(xiàn)復雜的模擬、數(shù)字以及數(shù)模混合電路及各種速率的系統(tǒng)。本次課程設計主要闡述了如何利用simulink實現(xiàn)脈沖編碼調制（PCM）及其譯碼過程。系統(tǒng)主要通過模塊分層實現(xiàn)，主要的模塊有：PCM編碼模塊、PCM譯碼模塊、以及邏輯時鐘控制信號等構成。通過仿真設計電路，分析仿真結果，為最終的硬件的實現(xiàn)提供充分的理論依據。一、課程設計的目的通過本次課程設計的學習我們不僅要能夠加深對在課堂中的理論知識的理解并且鞏固理論課上所學的有關PCM編碼和譯碼的基本的概念、理論和方法。利用Matlab軟件平臺運行，對模塊進行調試、仿真和分析。對結果記性分析，輸出結果應和結論一致，且符合理論。通過這些過程不但可以能鍛煉我們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，而且還能夠通過實驗學習和掌握到書本中不能學習到的實踐知識和經驗。并且能夠通過實驗驗證一些基本的簡單的理論，為以后自己學習工作積累充分的實踐知識和經驗。二、課程設計的內容在本次課程設計中利用Matlab軟件集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺,通過理論分析，設計一個PCM編譯碼系統(tǒng).用示波器觀察編碼與譯碼前后的結果，即在示波器上信號波形，根據運行的數(shù)據和波形來分析該系統(tǒng)性能。結合理論分析驗證結果的正確性。三、課程設計的要求以Matlab的Simulink作為軟件平臺充分利用其提供的通信工具箱和信號處理工具箱中的模塊，充分發(fā)揮Simulink的特點對脈沖編譯碼調制PCM系統(tǒng)進行模型構建。利用Simulink對系統(tǒng)建模設計一個PCM的編譯碼器。輸入模擬的話音信號并且觀察其輸出波形。輸入數(shù)字信號并且觀察期譯碼波形。對系統(tǒng)設計進行仿真演示和結果的分析四、脈沖編碼調制4.1PCM原理數(shù)字信號是對連續(xù)變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生的，稱為PCM（Pulse-codemodulation），即脈沖編碼調制。PCM是實現(xiàn)語音信號數(shù)字化的一種方法，就是把一個時間連續(xù)，取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散，取值離散的數(shù)字信號后在信道中傳輸。脈沖編碼調制就是對模擬信號先抽樣，再對樣值幅度量化，編碼的過程。PCM系統(tǒng)的原理框圖簡要介紹。原理框圖如圖2所示。圖1：PCM原理圖PCM的工作包括：抽樣，量化，編碼。下面分別對它們進行介紹一下：1、抽樣：把連續(xù)信號變?yōu)闀r間軸上離散的信號過程稱為抽樣抽樣必須遵守奈奎斯特抽樣定理。離散信號才可以完全代替連續(xù)信號。2、量化：量化是把幅度連續(xù)變化的模擬量變成用有限為二進制數(shù)字量的過程。量化分為均勻量化和非均勻量化由于均勻量化的缺點所以實際中往往用非均勻量化。在實際中使用的是兩種對數(shù)形式的壓縮特性：A律和U律，U律PCM用于北美和日本，A律PCM用于歐洲和我國，由于A律壓縮實現(xiàn)復雜，常使用13折線法編碼（如圖1）。A律：（我國、歐洲）式中，x為歸一化輸入，y為歸一化輸出，A為壓縮系數(shù)。圖2：A律13折線圖3、編碼：編碼就是把兩戶后的信號變換成代碼，其反過程就成為譯碼。在現(xiàn)有的編碼方法中，若安編碼的速度來分，分為：低速編碼和高速編碼。在實際的PCM設備中，量化和編碼是一起進行的。通信中采用高速編碼方式。編碼器的種類在大體上可歸結為三類：逐次比較型、折疊級聯(lián)型、混合型。五、模塊設計和仿真圖形分析5.1PCM編碼器電路設計圖313折線近似的PCM編碼器測試模型和仿真結果具體參數(shù)設置如下：圖4Saturation圖5Abs圖6A-LawCompressor圖7圖8Quantizer圖9IntegertoBitConverter圖10Mux圖11Display圖12Relay5.2編碼部分封裝選中除Constent及Display的其他模塊，再選中Edit中的CreatSubsystem，對選中部分進行封裝，見圖13.圖13雙擊PCM-code得封裝之后的PCM編碼子系統(tǒng)。見圖14圖145.3PCM解碼器電路設計圖15參數(shù)設置如下：圖16Demux圖17Mux圖18Relay圖19BittoIntegerConverter圖20Gain圖21圖22Product5.4解碼部分封裝模型中In1Out1右端和Display左端的部分封裝為一個PCM解碼子系統(tǒng)備用。封裝之后的圖如下：圖23封裝之后的PCM解碼子系統(tǒng)見圖24.圖245.5有干擾信號的PCM編碼與解碼圖25圖26Zero-Oroder-Holder圖27FrameStatusConversion圖28Buffer圖29BinarySymmetricChannel圖30Buffer1圖31Reshape圖32SineWave圖33Scope1圖34Scope系統(tǒng)總的參數(shù)設置圖35仿真波形圖36Scope圖37Scope15.6無干擾信號的PCM編碼與解碼圖38經過編碼與解碼之后，然后通過低通濾波器，最后在示波器Scope上得出輸出波形，此外，還需注意在通過示波器前需經過ToFrame和Buffer，其中ToFrame是用來形成幀信號，Buffer是緩沖器。各參數(shù)設置如下：圖39sinewave圖40Buffer圖41Display圖42FrameStatusConversion圖43Scope1圖44Scope圖45系統(tǒng)總的參數(shù)的設置AnalogFilterDesign的參數(shù)設置：Designmethod:ButterworthFiltertype:LowpassFilterorder:8Passbandedgefrequency:250*pi無干擾的PCM編碼與解碼其仿真波形圖如下:圖46圖47六、心得體會與總結通過本次課程設計，我教系統(tǒng)地掌握了有關PCM脈沖編碼調制的設計思路和設計方法，主要對MATLAB的仿真方法，開發(fā)環(huán)境等有了一定的了解并對其進行測試和應用。掌握了利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺,完成對脈沖編碼調制系統(tǒng)的建模與仿真分析的基本方法。以前對PCM編碼的了解只是理論層面上的，通過這次課程設計，加深了對理論知識的理解，并對其在實際中的應用有了一定的了解。在課程設計剛開始的時候，由于對MATLAB的使用不太熟悉，覺得無從下手，課程設計進展困難。為此，我借助網絡、圖書等資源，一步一步熟悉MATLAB，并在熟練的同學的幫助下，漸漸摸索找到了方法，我認識到，在以后的學習過程中，要時