第五次通原实验 - 图文

实验4 CVSD编译码系统实验

一、实验目的

1．掌握增量调制编译码的基本原理，并理解实验电路的工作过程； 2．了解不同速率的编译码，以及低速率编译码时的输出波形； 3．学习增量调制编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。

二、实验仪器

1．增量调制编译码模块，位号：D（实物图片如下）

2．时钟与基带数据产生器模块，位号:G（实物图片见第3页） 3．20M双踪示波器1台 4．低频信号源1台（选用） 5．频率计1台（选用） 6．信号连接线3根 7．小平口螺丝刀1只

三、实验原理

增量调制编码每次取样只编一位码，这一位编码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还在减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。输出的“1”、

“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的幅值。

MC34115是单片增量调制大规模集成电路芯片。其内部组成框图分别如图4-1所示， MC34115集成电路内部电路由下列八个部分组成：模拟输入运算放大器、数字输入运算放大器、V—I电压/电流转换运算放大器、积分运算放大器、斜率过载检测电路、斜率极性控制电路、工作状态选择开关电路、Vcc/2稳压电源。

(1) 编码电路工作过程

由图4-1可知，音频模拟输入信号，经过低通滤波器至MC34115的模拟信号输入端，第1引脚。其编码、译码工作方式由MC34115芯片的第15引脚的电平决定（高电平为编码方式、低电平为译码方式）。此时芯片内的模拟输入运算放大器与移位寄存器接通，从第1引脚(ANI)输入的音频模拟信号与2脚(ANF)输入的本地解码信号相减并放大得到误差信号，然后根据该信号极性编成数据信码从第9引脚(DOT)输出。该信码在片内经过3级或4级移位寄存器及检测逻辑电路。检测过去的3位或4位信码中是否为连续“1”或连续“0”的出现。一旦当移位寄存器各级输出为全“1”码或全“0”码时，表明积分运算放大器增益过小，检测逻辑电路从第11引脚(COIN端)输出负极性一致脉冲，经过外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压输入到第3引脚(SYL端)，由内部电路决定，GC端电压与SYL端相同，这相当于量阶控制电压加到第4引脚GC端。该端外接调节电位器，改变此电位器即可改变GC端的输入电流，以此控制积分量阶的大小，从而改变环路增益，展宽动态范围。

第4引脚(GC)输入电流经过V—I变换运算放大器，再经量阶极性控制开关送到积分运算放大器，极性开关则由信码控制。外接积分网络(由电阻、电容组成)与芯片内部积分运算放大器相连，在二次积分网络上得到本地解码信号送回ANF端与输入信号再进行比较，以完成整个编码过程。

该芯片的外围辅助电路由三大部分组成:音节平滑滤波器电路、二次积分网络电路和直流放大器。

12编译码控制 15

自CPU控制电源16话音输入低 通滤波器编 码比较器反相驱动器9编码出参考电平1312音节解 码比较器判决器与斜率过载检测11平滑滤波二次积分网络7－运放＋斜率极性控制－3运放＋电路6Vcc/2参考电压64KHz 132KHz 316KHz 48KHz 64SW02 2514时钟5104直流放大器K201

图4-1 增量调制系统编译码器内部方框图

在没有音频模拟信号输入时，话路是空闲状态，则编码器应能输出稳定的“1”、“0”交替码，这需要一最小积分电流来实现，该电流可通过增大调节电位器来获得。由于极性开关的失配，积分运算放大器与模拟输入运算放大器的电压失调，此电流不能太小，否则无法得到稳定的“l”、“0”交替码。该芯片总环路失调电压约为1.5mv，所以量阶可选择为3mv。当本地积分时间常数1mS时，则最小积分电流取1OμA，就可得到稳定的“l”、“0”交替码。如果输出不要求有稳定的“l”、“0”交替码，量阶可减小到0.lmV，而环路仍可正常工作。

(2) 译码电路工作过程

连接6P03和7P01铆孔，将发端送来的编码数据信号送到7U02(MC34115)芯片的第13引脚，即接收数据输入端。对译码电路，CPU中央控制单元送出低电平至7U02 (MC34115)的15引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通。这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器接收后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第2引脚，而是直接送入后面的积分网络中，再通过低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，话音信号可连接至“接收端滤波放大模块”。

虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制PCM数字系统的音质，但是增量调制电路比较简单，能以较低的数码率进行编码，通常为16～32kbit/s，而且在用于单路数字电话通信时，不需要收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中，如应用在传输数码率较低的军事，野外及保密数字电话等方面。

四、各测量点及可调元件的作用

6W01：积分量阶的大小控制电位器。 7W01：译码输出积分网络调整电位器。

6P01：模拟信号输入铆孔。输入300～3400Hz的模拟信号，若幅度过大，当信号的实际

斜率超过译码器的最大跟踪斜率时，本地译码波形跟踪不上信号的变化，将造成过载噪声。因此信号波形幅度尽量小一些。方法是：改变相应信号源输出幅度的大小。

6TP01：增量调制编码电路的本地译码信号（阶梯波形）输出测试点。波形不好可调节

6W01电位器。

6TP02：一致脉冲信号输出测试点。它随输入信号波形的变化而变化。当编码数字信号出

现三个连0（或三个连1）时，一致脉冲信号输出负电平，直至连0（或连1）现象结束，返回正电平输出。

6P02：增量调制编码时钟输出铆孔，工作频率由时钟与基带数据发生模块拨码器4SW02

控制。4SW02设置为“00100”时，时钟为8K；设置为“00101”：16K；设置为“00110”：32K；设置为“00111”：64K；另外，接收滤波器截止频率默认为2.65KHZ。

6P03：增量调制编码电路输出数字编码信号连接铆孔。 7P01：增量调制译码电路接收编码信号输入铆孔。

7P02：经过二次积分网络后的本地译码波形输出铆孔，可调节7W01电位器。

P03 6P01 6P03 7P01 7P02 P14 P15 DDS 信号源 CVSD 编码 CVSD 译码 信号恢复 滤波器 图4-2 增量调制系统连接示意方框图

五、实验内容及步骤

1．插入有关实验模块：

在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“增量调制编译码模块”，插到底板“G、D”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。 2．信号线连接：

用专用导线将P03、6P01；6P03、7P01；7P02、P14连接，如图4-2。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。 3．加电：

打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。 4．增量调制的编码时钟设定：

拨码器4SW02设置“00110”，即增量调制的编译码时钟为32KHZ（也可设置其它时钟）。 5．正弦波幅度调节及监测：

DDS信号源设置为正弦波状态(通常频率设置为2KHZ)，幅度由W01电位器调节。 6．时钟为32KHZ，正弦波为2KHZ与阶梯波观察：

调节正弦波幅度峰峰值2V左右，双踪示波器探头分别接在测量点6P01和6TP01，观察正弦波及本地译码输出的阶梯波。调整6W01电位器，使阶梯波与正弦波误差越小越好（此时呈现匀称的阶梯波）。若6W01电位器调整不当或正弦波幅度过大，阶梯波可能变成三角波，此时为严重的过载量化失真。调整6W01电位器，使测量点6TP01为匀称的阶梯波。 7．时钟为32KHZ，增量调制编码数据观察：

调节正弦波幅度峰峰值2V左右，双踪示波器探头分别接在测量点6P01和6P03，观察正弦波及增量调制编码器输出数据。并且，调节W01电位器，改变正弦波幅度，增量调制编码器输出数据也作相应变化。严重过载量化失真时，增量调制编码器输出交替的长连“1”、 长连“0”码。

8. 时钟为32KHZ，阶梯波及增量调制编码数据观察：

调节正弦波幅度峰峰值2V左右，双踪示波器探头分别接在测量点6TP01和6P03，观察阶梯波及增量调制编码器输出数据。阶梯波上升，对应“1”码；阶梯波下降，对应“0”码。并且，调节W01电位器，改变正弦波幅度，阶梯波及增量调制编码器输出数据都作相应变化。 9. 时钟为32KHZ，增量调制编码数据及负极性一致脉冲信号输出观察：

双踪示波器探头分别接在测量点6P03和6TP02，观察增量调制编码数据及负极性一致脉冲信号输出。调节W01电位器，改变正弦波幅度，当没有长连 “0”或长连“1”码时，6TP02始终为高电位；当增量调制编码数据出现3个及3个以上长连 “0” 或长连“1”码

时，6TP02为低电位，即产生负极性一致脉冲，并且长连 “0” 或长连“1”个数越多，则负极性一致脉冲宽度也越宽。

10．时钟为32KHZ，编码阶梯波及译码阶梯波观察：

双踪示波器探头分别接在测量点6TP01和7P02，调整7W01电位器，使译码端测量点7P02输出阶梯波形，它应与编码端6TP01阶梯波形相近似。 11.时钟为32KHZ，输入正弦波及译码恢复正弦波观察：

双踪示波器探头分别接在测量点P03和P15观察输入正弦波及译码恢复正弦波，是否有明显失真（收端低通滤波器频率为2.6KHZ，P14为滤波器输入点）。 12．时钟为32KHZ，语音信号增量调制编码、译码试听：

信号连线改接如下：用专用导线将P05（用户电话语音信号发送输出）与6P01（模拟信号的输入）连接；7P02（译码输出的模拟信号）与P14连接，6P03（编码输出）与7P01（译码输入）相连。对着用户电话话筒讲话或按动电话上的数字键，扬声器试听，直观感受增量调制编码译码的效果。

13．时钟为64KHZ，16KHZ，增量调制编码、译码测量：

改变编、译码工作时钟为64KHZ，16KHZ，再重复上述6—13步骤实验，比较不同工作时钟下的通信效果。 14．关机拆线：

实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。

六、实验报告要求

1．根据步骤2中的连线关系，画出实验方框图，并作简要叙述。 2．画出各测量各点波形，结合理论分析说明所发生的各种现象。

3．在通话的质量方面，你认为该实验系统如何改进方能提高话音的质量，及对本实验有何改进意见？

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