PCM编解码芯片控制.docx

1、PCM编解码芯片控制黑龙江科技学院课程设计任务书设计题目： 设计的主要内容： 指导教师： 日 期： 教师评语：评阅成绩： 评阅人： 日 期： 摘要根据设计需求选用了 TP3067芯片作为PCM编译码器，它把编 译码器（Codec）和滤波器（Filter）集成在一个芯片上，功能 比较强。TP3067具有完整的话音到PCM和PCM到话音的A律压扩 编解码功能。它的编码和解码工作既可同时进行，也可异步进行。 编译码器的工作是由时序电路控制的。在编码电路中，进行取样、 量化、编码，译码电路经过译码低通、放大后输出模拟信号，这 两部分集成在一个芯片上就是一个单路编译码器。在一个PCM帧 里，它的译码电路

2、也只能在一个由它自己的时序里，从外部接收 8位PCM码。单路编译码器的发送时序和接收时序可由外部电路 来控制。该设计的核心语言是VHDL，采用MAX+pus U为仿真工具， 分别仿真出帧同步、某一编码时隙、某一解码时隙的帧同步、帧 同步码不匹配、编解码过程的波形。关键词：编译码器，时序电路，编码时隙，帧同步第1章PCM编解码芯片控制概述脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一，本 设计采用了 TP3067作为PCM编解码芯片，利用它的编解码功能， 实现信号的转换。1.1设计背景和目的意义VHDL语言主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。 除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHD

3、L的语言形式和描述风 格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的基本特点 是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路 模块或一个系统）分成外部（或称可是部分，及端口）和内部（或 称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。PCM编解码芯片TP3067是设计无线对讲系统中的一部分，实 现语音信号的编码与解码，使其在可编程逻辑器件生成的时序控 制下实现编译码。通过本课程设计的学习，学生将复习所学的专业知识，使课 堂学习的理论知识应用于实践，使学生具有一定的实践操作能 力，为学生完成毕业设计任务打下基础。本课程设计中，通过VHDL语言的描述，使TP3067编解码芯 片

4、产生时序信号，完成编码和解码的过程。它具有很重要的意义， 他实现了 VHDL语言对语音信号编码和解码这一问题的完成，而 且 VHDL语言设计更加使程序简洁，易懂，明了，程序简练。这 是它的优点。同时该程序还利用MAX+PLUS U进行了仿真，仿真波 形简单、易懂，具有很强的说服能力。1.2设计主要实现的功能利用VHDL设计pcm编码芯片的控制,生成时钟信号,发送时添加 帧同步码，解码时检测帧同步码。以控制编解码的时序实现编解码 功能。 本系统中所有的时隙都是从频率为8. 102MHz的外部时钟信 号频后得到2. 048MHZ的码同步时钟，再经分频分相后得到8KHz的帧 同步时钟。通过时钟信号的

5、抽样、量化、编码和经过信道后的再生、解码 和解调实现语音信号的编码和解码。第2章PCM编解码芯片控制设计思想本课程设计研究了 PCM系统和单片PCM编译码器TP3067，其 中PCM系统包括PCM系统的工作原理和组成；单片PCM编译码器 TP3067包括芯片内部结构和外部接口两部分。并通过VHDL硬件 描述语言对TP3067进行描述，并用MAX+PLUS U仿真出波形。2.1PCM 系统2.1.1PCM 系统工作原理脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一，它 通过抽样、量化和编码，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，然后在信道中进行传输。 接收机将

6、收到的数字信号经再生、译码、平滑后恢复出原始的模 拟信号。话音信号先经过防混叠低通滤波器，得到限带信号，进 行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号，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。考虑到系统时钟频率较高，本系统 利用VHDL设计pcm编码芯片的控制，生成时钟信号，发送时添加 帧同步码，解码时检测帧同步码。以控制编解码的时序实现编解 码功能。2.1.2PCM系统的组成PCM系统由话音输入、低通滤波、抽样、量化、编码、信道、 再生、解码、解调、低通滤波、语音输出组成。其组成框图如图 1所示：图1 PCM组成框图2.2单片PC

7、M编译码器 TP3067221 芯片TP3067简介本课程设计选择了 TP3067芯片作为PCM编译码器，它把编 译码器（Codec）和滤波器（Filter）集成在一个芯片上，功能比 较强，它既可以进行A律变换，也可以进行u律变换，它的数据 既可用固定速率传送，也可用变速率传送，它既可以传输信令帧 也可以选择它传送无信令帧，并且还可以控制它处于低功耗备用 状态，到底使用它的什么功能可由用户通过一些控制来选择。 TP3067可以组成模拟用户线与程控交换设备间的接口，包含有话 音A律编解码器。自调零逻辑。话音输入放大器、RC滤波器、开 关电容低通滤波器、话音推挽功放等功能单元。TP3067具有完整

8、 的话音到PCM和PCM到话音的A律压扩编解码功能。它的编码和 解码工作既可同时进行，也可异步进行。2.2.2芯 片TP3067 工 作原理编译码器的工作是由时序电路控制的。在编码电路中，进行取 样、量化、编码，译码电路经过译码低通、放大后输出模拟信号， 把这两部分集成在一个芯片上就是一个单路编译码器。单路编译码 器变换后的8位PCM码字是在一个时隙中被发送出去，这个时序号是 由A/ D控制电路来决定的，而在其它时隙时编码器是没有输出的。 同样在一个PCM帧里，它的译码电路也只能在一个由它自己的时序 里，从外部接收8位PCM码。单路编译码器的发送时序和接收时序可 由外部电路来控制。只要向A/

9、D控制电路或D/ A控制电路发某种命令 即可控制单路编译码器的发送时序和接收时序号，从而也可以达到 总线交换的目的。不同的单路编译码器对其发送时序和接收时序的 控制方式都有所不同。编译码器一般都有一个PDN降功耗控制端，PDN=l时，编译码能 正常工作，PDN=0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。第3章PCM编解码芯片控制详细设计本章中主要介绍芯片TP3067内部结构，外部接口和各管脚 的说明。同时介绍了程序中的输入输出端口和设置的信号量，并 通过MAX+PLUS II仿真得到波形。3.1芯片TP3067 的结构3.1.1芯片TP3067的内部结构芯片TP3067的

10、内部结构有发送和接收两大部分组成，其具体结构如图2所示：Dx3.1. 2 芯片TP3067的外部接口芯片TP3067的外部接口可分两部分：一部分是模拟接口电路， 它与编译码器中的Fi l t er发生联系，这一部分可控制模拟信号的放 大倍数，另一部分是与处理系统和交换网络的数字接口，它与编译 码器中的Codec发生联系，通过这些数字接口线来实现对编译码器 的控制。其管脚排列如图3所示：图3 TP3067管脚排列图各管脚的说明如表1所示：表1:管脚说明号符号功 能1VPO+接收功率放大器非倒相输出2GNDA模拟地3VPO-接收功率放大器倒相输出4VPI接收功率放大器倒相输入5VFRO接收滤波器的

11、模拟输出6Vcc正电源引脚，Vcc = +5V 5 %7FSR接收的帧同步脉冲，它启动BCLKRo89Dr接收帧数据输入，PCM数据随着FSR前沿移入Dr。BCLKRCLKSEL在FSR的前沿后把数据移入Dr的位时钟，其频率可从 64KHZ 至U 2. 04 8MHz。10MCLKR/PDN接收主时钟。当MCLKR连续联在低电位时，MCLKx被选 用为所有内部定时，当MCLKR连续工作在高电位时，器 件就处于掉电模式。1 1MCLKx发送主时钟，它允许与MCLKR异步，同步工作能实现最 佳性能。12BCLKx把PCM数据从Dx上移出的位时钟，其频率可从64KHZ变 至2. 04 8 MHz，但

12、必须与MCLKx同步。13Dx由FSx启动的三态PCM数据输出14FSx发送帧同步脉冲输入，它启动BCLKx，并使Dx上PCM数 据移出。15TSx开漏输出，在编码器时隙内为低电平脉冲。16ANLB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，发送滤波器和发送前置 放大器输出的连接线被断开，而改为和接收功率放大 器的VPO+输出连接。17GSx发送输入放大器的模拟输出。用来在外部调节增益。18VFxI -发送输入放大器的倒相输入。19VFxI +发送输入放大器的非倒相输入。20Vbb负电源引脚，Vbb=- 5 V 5 %3.2程序中端口和信号量设置输入端口有

13、：CLK为时钟输入，pcm_i n 为pcm波输入接收 通道，t o_Dx接3067编码输出端，i ncode_en为编码允许信号， decode_e n为解码允许信号，code_i n为设定编码帧同步码， code_de为设定解码帧同步码。输出端口有：cp_out 为2. 045MHz时钟输出，pcm_out 为pcm 波输出发送同道，t o_Dr接3067解码输入端，in code为8KHz 编码帧同步信号。Decode为8 KHz解码帧同步信号。设置的信号量有：clk_sys为系统内部时钟信号，s r eg为8 位移位寄存器。3.3程序的仿真结果帧同步时，8. 102MHz的外部时钟信号

14、 cl k分频后得到 2. 048MHz的码同步时钟cp_out，再经分频分相后得到8KHz的帧 同步时钟。In code信号每256个系统时钟周期（cp_out）出现一 次脉冲，启动编码过程。帧同步仿真波形如图4所示：lOO.OhBaoa.Dhs 300.0m 陕 5CO.OH4I. 1 a 1GOOOns 700.0W eCOQnw 9000ns Il11HE0_Dk0in TLl LI 10ru TLTLT110tp_Dr0_TLTLn TLT_IptTlft_DUl11 1 1 L-L iMg Ddecide1J0_l 1 1 1 -I L J 匚code, inH6S65Hl00i/

15、 wcgHDDm11/ cmHD2m)( 02 I 03 J( Di I M K Ea/ crtHO0HD2OOX _ 01 X . ffi I 03 . I 0* X M I 06图4帧同步波形某一编码时隙时，当编码时序参量t i m计数到0时开始编码 过程。编码时隙中，先逐位输出8位的帧同步码；随后输出编码 输出允许信号，使pcm编码芯片输出pcm波，控制芯片取得pcm波 后直接输出。当然这个时序也可以根据芯片的实际速率做适当的 修改。边码结束后pcm芯片的代码输出脚将锁定在高阻状态，为 了避免不定状态引入后级，控制芯片也将输出锁定在高阻态。当 然，为了避免给调制部分引入噪声也可以锁定在低

16、电平。某一编码时隙仿真波形如图5所示：KM.ChS 200.DhS BOO.Onft WQ.ftlS SOO.drW 600 0n6 700.0 阿 EOOQnS 9000flfiitD_DsDr T r TJ 1 1 1 TL-IMO*nDpWft=(lUl1i i i n i iincodo- 01H備图5某一编码时隙某一解码时隙帧同步中，解码部分主要由移位寄存器和同步 码检测，时序控制部分组成。收到的pcm波在系统时钟的控制下 逐位移入移位寄存器，并随时和设定的帧同步码相比较，当两者 相同时输出帧同步信号，并且把随后的8位数据输入到pcm编解 码芯片。为了防止编解码芯片误解码，未检测到帧

17、同步码时输出 为高阻。某一解码帧同步仿真波形如图6所示：他申耳 血：叶 泗卩阳 旳scqdiH 印0卩阳 血卩阳 臥卩砒 goop脂icikwSr-眄10cp_ou1D-LTLTUrLTUrLRji_ruLTLrLTUruruLTLLTLrLTLrLrLTLpcEin0rr1r1* to_DrD厂rjjd/沖H2F浜X空JI苗2B K X )2D1 3E 1H 30:31 :32：37 )( 36 K 壬1 T 3ft B2 sO|dffl33|7； .0H33d? cmH38 0 ；:1 ;2 K 3 )-f 5 I E?；0 :i gAB戈C:0 i E K PI bkE图6某一解码时隙的

18、帧同步过程编解码过程中，Pcm波帧同步码和编解码过程其实是两个相互独立的过程，可以同时进行也可以不同时，主要看系统的设计。仿真时只是为了方便，把编码身成的pcm波复制到解码输入端作为仿真输入。编解码过程仿真波形如图7所示：图7编解码过程参考文献1RichardA.Poisel现代通信原理干扰原理与技术电子工业出版社 20052潘松 王国栋VHDL实用教程电子科技大学出版社20033郭学理网络程序设计武汉大学出版社 20044殷肖川网络编程与开发技术西安交通大学出版社 20055齐洪喜陆颖VHDL电路设计实用教程清华大学出版社2003程序代码：library IE EE;use IE EE. S

19、TD_LO GIC _1164.A LL;use IE EE.STD_LO GIC _ARIT H. ALL;use IE EE. STD_LO GIC _UNSIG NED. ALL; entity pcm_con i sincode_en : in std_logi c;decode_en : in std_l ogi c;code_ in : in std_l ogi c_vector( 7 dow nto 0);-编码帧 同 步码-code_de : in std_logic_vector(7 dow nto0);-解码帧同步码-为避免系统误解码,提高抗干扰能力可以增加帧同步码位数-

20、end pcm_con;architecture Behavi oral of pcm_con issignal clk_sys : std_l ogic; -系统 内部时 钟信号-sig nal sreg: STD_LO GIC_vector(7 dow nto 0); -8 位移位 寄存器- beg incp_out = cl k_sys ; -2. 045M Hz 时钟信 号输出-PROCESS (cl k) -2. 045M Hz 系统时 钟进程-VA RIA B LE tem : INTEGER RANGE 0 TO 1;BEGINI F (clkEVENT A ND clk = 1

21、) THENi f tem =1 then tem : = 0;clk_sys = not clk_sys;t em : = t em + 1;end i f;end i f;END PROCESS; -时钟信号=1/4 外部时钟-PROCESS (cl k_sys) -编码进程-VA RIA B LE tim : INTEGER RANGE 0 TO 255;-时 钟参量-BEGINIF (clk_sysEVENT A ND cl k_sys = 1) THENIF (incode_en = 1) THENIF (tim =255) THENti m: =0;ELS Etim : = tim

22、 + 1;END IF ;-帧同步时钟=系统时钟/256-编码允许信号控制-编码同步脉冲输出-生成8KHz编码同步脉冲-END IF ;I F (incode_en = T) T HENIF (ti m = 7) THENin code = 1;ELS Ein code = O;END IF ;END IF ;END I F;I F (tim = 0) THEN -根据内部时钟参量生成串行的帧同步码- pcm_out = code_in(7);elsif (tim=1) T H EN pcm_out = code_in(6);elsif (tim = 2) T H EN pcm_out = c

23、ode_in(5); elsif (ti m=3) T H EN pcm_out = code_i n(4);elsif (tim = 4) THENpcm_out = code_in(3);elsif (tim = 5) T H ENpcm_out = code_in(2);elsif (tim = 6) T H ENpcm_out = code_in(1);elsif (tim = 7) T H ENpcm_out 7 and tim16) T H ENpcm_out = to_Dx; -根据内部时钟参量 发送八位pcm 码-el seend i f;decode = 1;-检测到帧同步码时输出帧同步脉冲-ent: = 0;decode 7) thent o_D r = Z ; el se-解码时序到来前输出高阻-to_Dr = pcm_in;end i f;-在解码时序中输出pcm波到解码芯片END PROCESS; end Behavioral;