PCM系统课程设计.docx

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PCM系统课程设计

目录

第一章PCM编码器概·········································3

第二章1.1引言················································3

第二章设计原理及步骤·······································4

2.1PCM编码器原理············································4

2.1.1PCM基本工作原理·······································4

2.1.2PCM编译码电路TP3067芯片介绍························6

2.1.3复用与解用部分···········································9

第三章调试分析················································10

第四章小节·····················································11

参考文献

第1章PCM编码器概述

PCM编码又叫脉冲编码调制，数字通信编码方式之一。

主要过程是将话音,图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，量化和编码使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。

1.1引言

近十年来,随着大规模集成电路的飞速发展,已可将话路滤波器和PCM编码器集成在同一芯片上,这使PCM在光纤通信,数字微波通信,卫星通信等数字通信领域中获得了更广泛的应用"然而在某些需要PCM编码器的实际应用中,如数字交换机中的信号音的产生和实现,单靠PCM编解码芯片来完成整个编解码功能,在电路设计和实现上都显得烦琐和笨拙,相反如果运用软件方法来实现PCM编解码芯片的部分功能并与PCM编解码芯片相结合来共同完成整个电路设计上的编解码,不仅设计简单,灵活方便,而且往往可以达到事半功倍的结果。

PCM通信系统采用基带传输的PCM通信系统发送端通常由抽样量化和编码三部分组成,其中量化和编码共同完成模拟到数字（A/D变换）功能信源f（t）经脉冲序列p（t）抽样产生零阶抽样保持信号fs0（t）,它是PAM信号,具有离散时间,连续幅度，量化过程就是将此信号转换成离散时间,离散幅度的多电平数字信号，从数学角度理解,量化是把一个连续幅度值的无限数集合映射到一个离散幅度值有限的集合fD（t）为编码后PCM信号fD（t）经数字-模拟转换（D/A变换）后恢复为PAM信号fs0（t）,再经1/Sa（x）低通补偿滤波器即可重建f（t）。

视频A/D转换器又称编码器,它是将视频模拟信号经过取样,量化,编码三个环节的操作转换成等幅脉冲序列的数字信号。

这一过程称为脉冲编码调制（PCM）,从本质上讲,脉码调制也是一种频谱变换。

如对具有0～fm带宽的原始信号基带,以fs频率对其进行幅度取样,相当于基带对fs及其各次谐波进行调幅,形成许多间隔为fs的双连带信号。

第2章设计原理及步骤

2.1PCM编码器原理

2.1.1PCM基本工作原理

数字程控调度机PCM脉码调制就是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中传输。

脉码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化、编码的过程。

所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。

所谓量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。

一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。

所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。

然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。

由此可见，数字程控调度机脉冲编码调制方式就是一种传递模拟信号的数字通信方式。

PCM的原理如上图所示。

话音信号先经防混叠低通滤波器，进行脉冲抽样，变成重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。

对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有28=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。

为解决均匀量化时小信号量化误差大、音质差的问题，在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，而在大信号时分层疏、量化间隔大，如下图所示。

模拟信号数字化必须经过三个过程，即抽样、量化和编码，以实现话音数字化的脉冲编码调制（PCM，PulseCodingModulation）技术。

1.抽样（Samping）

　　抽样是把模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上离散的抽样信号的过程。

例如，话音信号带宽被限制在0.3～3.4kHz内，用8kHz的抽样频率（fs），就可获得能取代原来连续话音信号的抽样信号。

对一个正弦信号进行抽样获得的抽样信号是一个脉冲幅度调制（PAM）信号，如下图对模拟正弦信号的抽样所示。

对抽样信号进行检波和平滑滤波，即可还原出原来的模拟信号。

2.量化（quantizing）

　　抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值范围内，可有无限多个值。

显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。

为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。

这一过程称为量化。

　　量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模拟信号。

这种量化失真在接收端还原模拟信号时表现为噪声，并称为量化噪声。

量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化级差或间隔越小，量化噪声也越小。

3.编码（Coding）

　　量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、负幅度分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布。

若将有限个量化样值的绝对值从小到大依次排列，并对应地依次赋予一个十进制数字代码（例如，赋予样值0的十进制数字代码为0），在码前以“＋”、“－”号为前缀，来区分样值的正、负，则量化后的抽样信号就转化为按抽样时序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信号。

简单高效的数据系统是二进制码系统，因此，应将十进制数字代码变换成二进制编码。

根据十进制数字代码的总个数，可以确定所需二进制编码的位数，即字长。

这种把量化的抽样信号变换成给定字长的二进制码流的过程称为编码。

　　话音PCM的抽样频率为8kHz，每个量化样值对应一个8位二进制码，故话音数字编码信号的速率为8bits×8kHz＝64kb/s。

量化噪声随量化级数的增多和级差的缩小而减小。

量化级数增多即样值个数增多，就要求更长的二进制编码。

因此，量化噪声随二进制编码的位数增多而减小，即随数字编码信号的速率提高而减小。

自然界中的声音非常复杂，波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM编码。

PCM通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。

2.1.2PCM编译码电路TP3067芯片介绍

1下图是PCM的译码电路方框图。

2.JSQ-31-512型数字程控调度机编译码器电路的设计

我们所使用的编译码器是把Codec和Filter集成在一个芯片上，它的框图见上图所示。

该器件为TP3067。

下图是它的管脚排列图

3.TP3067引脚符号

符号功能

VPO+接收功率放大器的同相输出。

GNDA模拟地，所有信号均以该引脚为参考点。

VPO-接收功率放大器的倒相输出。

VPI接收功率放大器的倒相输入。

VFRO接收滤波器的模拟输出。

VCC正电源引脚，VCC=+5V士5%

FSR接收帧同步脉冲，FSR为8kHz脉冲序列。

DR接收帧数据输入.PCM数据随着FSR前沿移入DR。

BCLKR\CLKSEL在FSR的前沿后把数据移入DR的位时钟，其频率可从64kHz至2.48MHz。

MCLKR\PDN接收主时钟，其频率可以为1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz.

MCLKX送主时钟，其频率可以是1.536MHz，1.544MHz或2.048MHz.它允许与MCLKR异步，同步工作能实现最佳性能。

BCLKXPCM数据从DX上移出的位时钟，频率从64kHz至2.048MHz，必须与MCLKX同步。

DX由FSX启动的三态PCM数据输出。

FSX发送帧同步脉冲输入，它启动BCLKX并使DX上PCM数据移到DX上。

ANLB模拟环回路控制输入，在正常工作时必须置为逻辑“0”，当拉到逻辑“1”时，发送滤波器和前置放大器输出被断开，改为和接收功率放大器的VPO+输出连接。

GSX发送输入放大器的模拟输出。

用来在外部调节增益。

VFXI-发送输入放大器的倒相输入。

VFXI+发送输入放大器的非倒相输入。

VBB负电源引脚，VBB=-5V±5%。

JSQ-31-512型数字程控调度机PCM编译码电路

PCM编译码电路所需的工作时钟为2.048MHz，FSR、FSX的帧同步信号为8KHz窄脉冲,上图是它的电原理图。

在JSQ-31-512型数字程控调度机中选择A-Law变换，以2.048Mbit来传送信息，信息帧为无信令帧，它的发送时序与接收时序直接受FSX和FSR控制。

还有一点，编译码器一般都有一个PDN降功耗控制端，PDN=0时，编译码能正常工作，PDN=1时，编译码器处于低功耗状态，这时编译码器其它功能都不起作用，我们在设计时，可以实现对编译码器的降功耗控制。

2.1.3．复用与解复用部分

第3章调试分析

常用1KHz的正弦信号作为输入信号来测量PCM编译码器的动态范围。

语音信号的抽样信号频率为8KHz，为了不发生频谱混叠，常将语音信号经截止频率为3.4KHz的低通滤波器处理后再进行A/D处理。

语音信号的最低频率一般为300Hz。

TP3057编码器的低通滤波器和高通滤波器决定了编译码系统的频率特性，当输入信号频率超过这两个滤波器的频率范围时，译码输出信号幅度迅速下降。

这就是PCM编译码系统频率特性的含义

第4章小结

刚开始写的时候，无从下手啊。

还是认真看课本和实验指导书吧，要学习原理，主要还是要靠自己钻研出来。

其实知识是要适应社会发展，我们要学会的不仅是现在的知识，更重要的是以后我们在短时间内如何获得我们所要的知识。

世上很多事情，不是因为难以做到，我们才失去信心；相反，是因为我们失去了信心，事情才显得难以做到。

是的，我们得承认，我们还很多很多的东西不知道，但我们可以努力，努力可能得到我们想要的，但是不努力一定得不到；优秀的人到处是，努力的人也随时可以看到，我们可以通过努力使自己变得更优秀。

努力是希望的代价，希望是努力的动力。

参考文献

[l]达新宇.通信原理实验与课程设计.北京:

北京邮电大学出版社.2003

[2]王慕坤.通信原理.-2版。

哈尔滨.哈尔滨工业大学工业出版社.2007.1