实验六.docx
《实验六.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验六.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
实验六
实验六ADPCM编译码实验
一、实验目的
1.理解自适应差值脉冲编码调制（ADPCM）的工作原理
2.了解ADPCM编译码集成电路MC145532的电路组成和工作原理
3.掌握ADPCM帧结构的特点
4.加深对PCM编译码的理解
二．实验内容：
1.用实验导线搭接ADPCM通信系统完整实验电路。
2.用示波器观察收发帧同步信号与ADPCM编码信号的对应关系。
3.用示波器观察PC编码信号与ADPCM编码信号的对应关系。
4.用示波器观察ADPCM译码输出的PCM波形。
5.用示波器观察最终译码的模拟信号与原始模拟信号的波形。
三、实验仪器
1、信号源模块一块
2、2号模块一块
3、20M双踪示波器一台
4、立体声耳机一副
5、连接线若干
四、实验原理
（1）ADPCM基本原理
在数字通信系统传送与处理过程中，发送、接收、处理的信息是二进制数码，因而它与模拟通信相比，具有抗干扰性强，便于加密，适于处理与集成化，可靠性好等特点。
基于这些特点，使得数字通信业已成为现代通信技术发展的重要方向。
对于电话数字通信，需要对话音进行编码与解码，即进行A/D、D/A变换。
将模拟信号转换为数字信号的方法很多，常用的有：
PCM、CVSD、LPC及它们的改进方法：
DPCM、ADPCM、ADM等。
在分析ADPCM工作原理之前，必须清楚PCM的工作原理才能进行分析，对于PCM的原理分析，这里不在重复，请参阅相关章节。
目前，PCM的数字通信系统已经在大容量数字微波、光纤通信，以及市话网局间中继传输系统中获得广泛的应用，但是现在有PCM编码必须采用64Kbit/s的A律或U律压扩方法，才能符合长途电话传输语音的质量指标，其占用频带要比模拟单边带通信系统宽很多倍。
这样，对于费用昂贵的长途大容量传输，尤其是对于卫星通信系统，采用PCM数字通信方式时的经济性很难和模拟通信相比拟。
因此，人们一直致力于研究压缩数字化语音占用频带的工作，也就是在相同质量指标的条件下，努力降低数字化语音数码率，以提高数字通信系统的频带利用率。
ADPCM是在DPCM基础上逐步发展起来的，DPCM的工作原理请参阅教材有关章节。
它在实现上采用预测技术减少量化编码器输入信号多余度，将差值信号编码以提高效率、降低编码信号速率，这广泛应用于语音和图像信号数字化。
CCITT近年确定了。
64Kb/s---32Kb/s变换体制，将标准PCM码变换为32Kb/sADPCM码，传输后再恢复为64kb/sPCM码，从而使传输信道的容量扩大一倍。
ADPCM中的量化器与预测器均采用自适应方式，即量化器与预测器的参数能根据输入信号的统计特性自适应于最佳式，接近于最佳参数状态。
通常，人们把低于64kb/s数码率的语音编码方法称为语音压缩编码技术，语音压缩编码方法很多，ADPCM是语音压缩编码中复杂度较低的一种方法。
它能在32Kb/s数码率上达到符合64kb/s数码率的语音质量要求，也就是符合长途电话的质量要求。
（2）实验电路介绍
本次实验系统使用的ADPCM专用芯片为MC145532，其时化器与预测器均为自适应方式。
MC145532芯片的管脚分配及内部框图分别如图6—1、图6-2示。
引脚功能如下：
图6—1MC145532管脚定义
图6—2MC145532内部框图
MC145532为MOTOROLA公司的单路PCM→ADPCM码变换器。
它符合CCITTG.721建议和美国T1.301—1987标准，完成单路标准64kb/sPCM码与16（或24、32、64kb/s）ADPCM码之间的相互转换功能。
可以与A律或U律PCM编译码连接，构成ADPCM编译码器，以应用于低速数字电话终端设备与数字通信及程控交换、卫星通信等系统中，电路的基本特性为：
●PCM→ADPCM数据转换速率为64kb/s→5.12Mb/s
●可适应于A律或U律压扩方式，由用户选择
●既可同步工作，亦可异步工作
●具有降功耗功能
●提供简单时隙分配能力
●电源+5V
●功能≤280mW
管脚功能：
●MS——模式选择：
该端接低电平，电路兼容U律压扩方式和D3数据格式；接高电平，兼容A律压扩方式和偶位反相数据格式。
●DDO——解码数据输出：
根据输入ADPCM信号恢复的PCM信号在DDC、DOE信号控制下经该端输出。
该端为三态输出端，在不输出PCM数据时保持高阻状态。
●DOE——解码输出允许：
该端输入上升沿时，请求编码转换器输出PCM信号。
该端输入信号与DIE信号一一对应。
●DDC——解码时钟：
解码时钟从该端输入解码转换器，其下降沿用于锁存DDI端输入的ADPCM数据；上升没用于同步DDO端输出数据。
该时钟频率为64KHZ~5.12MHZ。
●DDI——解码数据输入：
需要进行转换的ADPCM信号在DDC、DIE信号控制下从该庙串行输入编码转换器。
●DIE——解码输入允许：
该端输入信号上升沿表明一个新的ADPCM码字开始从DDI端输入。
当该端信号上升沿出现后，在DDC时钟下降沿控制下，ADPCM码依次进入编码转换器。
该端输入信号频率不超过8KHZ。
●RES——编码转换器复位：
该输入端可与CMOS电平兼容，接低电平时，编码转换器进入降功耗状态。
●PDN——降功耗控制：
该输入端可与CMOS电平兼容，接高电平时，编码转换器进入降功耗状态。
●SPC——信号处理器时钟：
20.48MHZ时钟从该端输入编码转换器，作为片内数字信号处理器主时钟。
该输入端与CMOS电平兼容。
●EIE——编码输入允许：
该端输入信号上升沿表明一个新的PCM码字开始从EDI端输入。
8位PCM码在此后的8个编码时钟下降沿依次输入编码转换器。
该端输入信号频率不超过8KHZ。
●EDI——编码数据输入。
需要进行转换的PCM信号在EDC和EIE端输入信号控制下串行输入编码转换器。
●EDC——编码时钟：
编码时钟从该端输入编码转换器，其下降沿用于锁存EDI端输入的PCM数据；上升没用于同步EDO端输出数据。
该时钟频率为64KHZ~5.12MHZ。
●EOE——编码输出允许：
该端输入上升沿时，请求编码转换器输出ADPCM信号。
该端输入信号与EIE信号一一对应。
●EDO——编码数据输出：
根据EDI端输入PCM数据转换生成的ADPCM信号在EDC、
EOE信号控制下经该端输出。
2．电路基本原理
整个电路实际上是一个数字信处理系统，由中心部件数字信号处理器及外围电路（如输入、输出锁存器；输入、输出寄存器和输入、输出移位寄存器等）组成。
从EDI端串行输入的PCM码，根据一定的算法将其转换为ADPCM码，送到输出锁存器，最后由输出移位寄存器从EDO串行输出。
同样需要变换的ADPCM信号从DDI端口串行输入，经输入移位寄存器变为并行信号送到锁存器，数字信号处理器从锁存器取出数据，按一定的算法恢复出PCM信号送入输出寄存器，最后由输出移位寄存器变为串行信号从DDO输出。
从而实现了PCM~ADPCM信号的转换。
MC145532有两种不同的工作时序，即长帧时序和短帧时序。
在任何情况下这两种时序音的相互倒换均会导致至少一帧的数据失效。
同时，在同一抽样速率下，MC145532还有四种不同的工作速率。
编码输入、编码输出；解码输入和解码输出四级信号可以在EIE、EOE；
DIE和DOE端输入脉冲宽度控制下，相互独立的分别工作于这两种时序和四种速率方式下，
其中短帧时序只适用于速率为32Kbps情况，而长帧时序对四种速率均可适用。
图6-3（a）
和图6-3（b）分别给出了四组信号工作于长帧时序和短帧时序下的波形关系。
下面分别是给于简要说明。
图6-3（a）是编码输入端工作于短帧时序是EDC、EIE、EDI端的波形关系。
当EIE信号保持高电平期间，只有一个编码时钟下降沿出现时，芯片编码输入端工作于短帧时序。
这种方式只适用于转换速率32Kbps情况。
图6-3（b）是编码输入端工作于长帧时序下EDC、EIE、EDI端的波形关系。
编码速率取决于EIE信号维持高电平期间的编码时钟下降沿个数N：
N为5、6、7、8时，编码速率为64Kbps（此时PCM码直接通过编码转换器）。
图6-3（c）是编码输出端工作于短帧时序时的时序关系，LSB宽度仅为半个EDC信号周期。
当EOE信号为高电平期间仅有一个编码时钟下降沿出现时，芯片的编码输出端工作于短帧时序。
ADPCM信号输出速率由该EOE信号对应的EIE脉宽决定，输入数据在一帧内进入芯片，下一帧完成编码转换，再下一帧输出。
图6-3（d）是编码输出端工作于长帧时序时各信号波形关系，此时EOE信号持续高电平期间至少有两个编码时钟下降沿出现。
如果EOE信号高电平在数据输出过程未完成时降脉冲，LSB宽度只有半个EDC周期，该ADPCM数据又重新输出，如此循环直到EOE端降回低电平（如图中编码速率为16Kbps时第二个EOE脉冲）。
图6-3（e）是解码输入端工作于短帧时序时DDC、DIE、DDI信号波形关系。
DIE为高电平期间出现解码时钟下降沿出现，此种情况只适用于解码速率为32Kbps。
图6-3（f）是解码输出端工件于长帧时序时各输入信号波形关系。
解码速率取决DEI为高电平期间出现解码时钟下降沿的个数N：
N为4时解码速率为32Kbps；N为3时，解码速率为24Kbps；N为2时，解码速率为16Kbps;N为5、6、7、8时，解码速率为64Kbps。
图6-3（g）是解码输出端工作于短帧时序时DDC、DDE、DDO信号波形关系，此时DOE信号的高电平持续期间只包含一个解码时钟下降沿。
输入数据在一帧内进入芯片，下一帧完成PCM数据恢复，再下一帧输出。
图6-3（h）是解码输出端工作于长帧时序时各信号波形关系。
此时每帧中至少输出8位PCM数据，每个DOE信号高电平持续期间至少出现两个解码时钟下降沿。
该脉冲宽度可用于扩展LSB宽至一个DDC周期或重复输出PCM数据。
五．输入，输出点参考说明
1.输入点说明：
MCLK:
芯片工作时钟，频率为2.048M
SIN-A:
模拟信号输入点。
BSX:
PCM/ADPCM编码所需时钟信号输入点。
BSR:
PCM/ADPCM解码所需时钟信号输入点。
FSXA:
PCM/ADPCM编码帧同步信号输入点。
FSRA:
PCM/ADPCM解码帧同步信号输入点。
PCMIN_A:
经APPCM解码后的PCM信号输入点。
PCMIN:
PCM编码信号进行ADPCM编码输入点。
ADPCMIN:
ADPCM编码进行解码输入点。
2.输出点说明
PCMOUT_A:
脉冲编码调制信号输出点。
SINOUT_A:
PCM解码信号输出点。
ADPCM:
ADPCM编码信号输出点。
PCMOUT:
ADPCM解码成PCM信号输出点。
耳机1：
耳机插孔
六、实验步骤
2、观测ADPCM编，译码波形。
（1）用示波器测量信号源板上“2K同步正弦波”点，调节信号源板上手调电位器W1使输出信号峰-峰值在3V左右。
（2）将信号源板上S4设CLK1为1001（时钟速率为64K），S5设为为0100（主时钟速率为2.048M）。
（3）关闭系统电源，按下列方式进行连线：
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
2K同步正弦
模块2：
SININ-A
提供音频信号
信号源：
CLK2
模块2：
MCLK
提供W681512工作的主时钟2.048M，
信号源：
CLK1
模块2：
BSX
提供位同步信号64K
信号源：
FS
模块2：
FSXA
提供帧同步信号
模块2：
FSXA
模块2：
FSRA
自环实验，直接将接收帧同步和发送帧同步相连
模块2：
BSX
模块2：
BSR
自环实验，直接将接收位同步和发送位同步相连
模块2：
PCMOUT-A
模块2：
PCMIN
将PCM编码输出进行ADPCM编码
模块2：
ADPCM
模块2：
ADPCMIN
将PCM编码输出结果送入ADPCM译码电路进行译码
模块2：
PCMOUT
模块2：
PCMIN_A
将ADPCM译码输出结果送入PCM译码电路进行译码
（4）用示波器观测ADPCM编码输出信号
按下模块2上的复位开关S1，将示波器CH1接信号源上的FS，CH2接模块2的PCMOUT-A，用CH1作触发，先观测PCM编码后的数据。
再讲示波器的CH2改接到模块2的ADPCM，CH1连线不变，用CH1作触发，观测ADPCM编码后的数据。
比较ADPCM和PCM信号的关系。
（5）用示波器观测ADPCM译码输出信号
示波器的CH1接PCMOUT-A，CH2接PCMOUT，观测这两个信号波形是否相同。
（6）用示波器观测PCM译码输出信号
示波器的CH1接SININ-A，CH2接SINOUT-A，观测这两个信号波形是否相同（有相位差）。
3、从信号源引入非同步正玄波，改变输入正弦信号的频率，使其频率分别大于3400Hz或小于300Hz，观测各输出点的输出波形，记录下来。
4.从信号源引入非同步正玹波，改变输入正玹波信号的频率，使其频率分别大于3400Z或小于300HZ，观察各点的输出波形，记录下来。
5.用麦克风或音乐输出信号代替信号源模板的正玹波，输入模块2的点“SININ-A”,重述上述步骤和观察，记录下来。
6.将信号输出点“SINOUT-A”输出的信号引入“耳机1”，用耳机听出还原出来的声音，与音乐片（麦克风）直接输出的声音比较，判断该通信系统性能的优劣。
7、实验思考题：
1、此实验是用16kpbs、24kbps、32kbps、64kbps中的哪一种方式进行编译码的？
为什么？
1.答：
频率的最大幅度受抽样时钟频率影响，本实验抽样频率为64kHZ，所以能正确编，译码的频率为32kHZ。
2、若系统采用其它方式进行编译码，试画出编译码时序波形图。
2.答：
用 CVSD编译码：
编码波形图：
译码:
3、ADPCM与PCM两种模拟信号转化为数字信号的方法各有什么优点和缺点？
答：
PCM具有抗干扰性，失真小，传输特性稳定远距离传输通过再生中继减小噪声积累等特性；ADPCM综合了APCM的自适应特性和DPCM的差分特性，是一种性能比较好的波形编码。
它的核心想法是：
1.利用自适应改变量化阶的大小，即使用小的量化阶去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值。
2.使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，使实际样本也预测值之间的差值总是最小。
升级会员 