差分脉冲编码调制--论文

1、 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第I页 单位代码 学 号 1 分 类 号 密 级 毕业设计(论文)差分脉冲编码调制 院（系）名称远程教育学院 专业名称电子信息工程 学生姓名 指导教师 20 年 6 月 20 日 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第II页 差分脉冲编码调制北京航空航天大学 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第III页北北京京航航空空航航天天大大学学本本科科毕毕业业设设 计计（论文（论文）任任务务书书、毕业设计（论文）题目： 差分脉冲编码调制 、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求 1）什么是差分脉冲编码，分析调制技术的应用与发展 ； 2）分析和了解差分

2、脉冲如何与教育联系在一块，以及编码调制在教育活动中的重要意义与所起作用是什么？ 3）差分脉冲编码调制ADPCM的关键技术有那些 ； 4）如何理解和分析 ADPCM 收端模块、 ADPCM 发端模块、输出信号处理模块和计算机接口模块的定义、本质与特征； 5）分析信号的放大、电平平移、ADC 采样量化、 ADPCM 编码和本地的 ADPCM 解码输出 的关系； 6）如何实现差分脉冲编码调制。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第IV页、毕业设计（论文）工作内容：第一部分 根据任务书的设计要求，收集、检索相关资料。 （2 周）第二部分 整理资料、撰写开题报告，提交指导老师进行修改。开始撰写论文的初

3、稿，做相关实验并获取相关数据。 （3 周）第三部分 与指导老师再次进行对所撰写的论文进行讨论，并做修订，再次核对实验数据，进行论文格式的规范，交稿、打印、装订 。 （4 周）、主要参考资料： 攀昌 信,张甫翊等 .通信原理 .北京 :国防工业 出版社，2001. 杨代华 , 叶敦范 ,王典洪 .单片机原理及应用 .武汉 :中国地质大学 ,2000. 李华等 . MCS-51 系列单片机实用接口技术.北京 :北京航天航空大学出版社 ,1993. 谢自美等 .电子线路设计 实验 测试 .武汉 :华中理工大学出版社 ,2000. 刘光斌等 .单片机系统应用抗干扰技术.北京 :人民邮电出版社 ,200

4、3. 钱能 .C+程序设计教程 .北京 :清华大学出版社 ,1999. 熊歆斌 .Visual C+程序设计培训教程 .北京 :清华大学出版社 ,2002. 李现勇 .Visual C+串口通信技术与工程实践.北京 : 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第V页人民邮电出版社 ,2002. 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第VI页学习中心 专业类别 电子信息工程 学历层次 学生 毕业设计（论文）时间自 2006 年 3 月 30 日至 2006 年 6 月 20 日答辩时间： 年 月 日 成绩 指导教师： 兼职教师或答疑教师（并指出所负责部分）： 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第VI

5、I页本人声明本人声明我声明，本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。作者： 签字： 时间：20 年 月 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第I页差分脉冲编码调制摘 要差分脉冲编码调制 (ADPCM)是一种较常用的编码方法，为辅助通信原理 课程的教学，因而制作了本系统。系统以单片机AT89C51 为核心，在完成ADPCM 调制与解调的基础上，同时设计了一种在线可编程的技术，使学生在做实验时有了更多动手空间。在线可编程ADPCM 实验板的设计与制作分为两大部分，硬件电路的设计实现和软件程序的编写。本系统中的硬件设计包括了：ADPCM 收

6、端模块、 ADPCM 发端模块、输出信号处理模块和计算机接口模块。其中ADPCM 收端模块、 ADPCM 发端模块和输出信号处理模块共同完成DPCM 的调制与解调；计算机接口模块主要描述实验板与计算机之间进行通信的方法，实现在线可编程的要求。ADPCM 发端模块以一片AT89C51 为核心，完成信号的放大与电平平移、ADC 采样量化、 ADPCM 编码和本地的ADPCM 解码输出等功能。 ADPCM 收端模块同样以一片AT89C51 为核心，实现ADPCM 的解码和 DAC 转换输出。 ADPCM 发端模块和收端模块以单片机的串口作为信道进行通信。而输出信号处理模块则对本地ADPCM 解码输出

7、信号和ADPCM 收端模块的解码输出信号进行再处理，以还原为原始信号。本系统中的软件设计包括了：ADPCM 调制与解调的样例程序、计算机端数据发送应用软件、系统实验板数据接收端程序。本系统的设计虽然基本满足了在系统设计前提出的要求，但在硬件电路设计和软件程序设计方面还有很大的扩展空间，在论文的最后部分提出了进一步完善本系统需要做的内容，相信本系统在这些方面完善后，性能指标定会更上一层楼。关键词： DPCM 单片机 串口通信 ADC DAC 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第II页Difference pulse code modulationAbstractDifferential pul

8、se code modulation (ADPCM) is one commonly more used coding method, auxiliary communication principle teaching of course, therefore the author has made this system. The system regards one-chip computer AT89C51 as the core, on the basis of finishing modulation and demodulation by DPCM, designed a kin

9、d of in system programmable technology method, make students touch it in the space more while doing the experiment.The design of in system programmability DPCM experiment board has two major parts, the hardware design of circuit and the design of software.The hardware among this system has been desi

10、gned and included: the module of DPCM to deliver, the module of DPCM to receive, the module to deal with the output signal punish and the computer interface module. The module of the DPCM to deliver, the module of the DPCM to receive and the module to deal with the output signal punish finish the mo

11、dulation and demodulation of DPCM together. The computer interface module describe the experiment board and computer carry on the communication method mainly, realize the request that can be programmed in system.The module of DPCM to deliver regards a slice of AT89C51 as the core, finish signal ampl

12、ify and electricity mediocre to move , ADC sample quantization, DPCM code and local DPCM decode the function of outputting etc. The module of DPCM to receive regard a slice of AT89C51 as core too, realize DPCM decode and DAC is changed and exported. The module of DPCM to deliver go on communication,

13、 using the serial of MCU as the channel with the module of DPCM to receive. 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第III页The software design in this system includes: the example procedure for DPCM modulate, the application software on computer for send demodulated datum, the procedure in the system experiment board for r

14、eceive datum.Though the design of this system has met the request put forward before the system design basically, but circuit design and software design program respect have heavy expansion space very in hardware, last part in thesis is it perfect system this need content that make further to put fo

15、rward, believe after system this perfect in these respects, performance index can attain a yet higher goal definitely.Key Words: DPCM, MCU, ADC, DAC, Serial Communication 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第IV页目 录第 1 章: 引言 .11.1 序言 .11.2 系统设计的目的与意义.61.3 系统设计的要求 .6第 2 章 系统原理分析.82.1 ADPCM 基本原理 .82.2 ADPCIM 专用芯片 MCL4LC

16、5540 介绍 .102.3 对芯片内 16 个字节 RAM 的分析 .18第 3 章 总体方案设计.243.1 模块化设计 .24第 4 章 系统硬件部分的设计实现.264.1 ADPCM 调制与解调部分主要电路的设计与计算.264.1.1 信号放大与电平平移电路.264.1.2 ADC 采样量化电路 .264.1.3 DPCM 调制与解调及信道设计.264.1.4 低通滤波器（LPF）的设计 .284.2 计算接口电路的设计实现 .294.2.1 RS232 接口标准 .294.2.2 RS232 接口电平转换.30第 5 章 系统软件部分的设计实现.315.1 DPCM 调制与解调的样例

17、程序 .315.1.1 DPCM 编码算法实现 .315.1.2 DPCM 发端程序设计.325.1.3 DPCM 收端程序设计.325.2 计算机端数据发送应用软件的设计.335.2.1 MSComm 控件介绍 .345.2.2 目标文件格式说明 .355.2.3 CFileDialog 文件选择对话框的使用 .365.2.4 自定义数据发送应用协议.37 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第V页5.2.5 主干程序的设计实现.385.3 系统数据接收端程序的设计.435.3.1 自定义数据接收应用协议.435.3.2 算法流程设计.44第 6 章 系统调试与分析总结.446.1 系统总体

18、调试过程 .446.2 分析总结 .46附录 1：DPCMP1.ASM .48附录 2：DPCMP1R.ASM .49附录 3：实验板接收数据程序.50附录 4: 电路原理图 .52结束语.53致 谢 .54参考文献.55 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第1页第 1 章: 引言1.1 序言在过去的 30 年中，信号处理技术获得了巨大发展。数字电路设计技术的进步，是促使人们对数字信号处理领域越来越感兴趣的关键技术原因。数字信号处理系统的一个例子是滤波。滤波是一种信号处理操作，其目的是为了处理某个信号，以便利用信号中所包含的信息。滤波器正是这样一种信号处理器件。滤波器的作用是改变输入信号的频

19、率成分，抑制某些频率和加强某些频率。滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器。现在常用的是数字滤波器，所谓数字滤波就是将输入信号序列按规定的算法处理之后得到所希望的序列的过程。常规滤波器具有特定的特性，对于输入信号根据这个滤波器特性产生相应的输出。先有了滤波器构成的权系数，然后决定相应的输出值。对于时不变滤波器而言，其内部参数和结构都是固定的，而如果滤波器是线性的，则其输出信号是输入信号的线性函数。一旦预先给定了滤波器的设计规范，则时不变线性滤波器的设计过程包括三个步骤，即利用有利传输函数对规范做近似，选取适合于算法的相应结构，以及算法的实现形式。当固定的设计规范是未知的，或者采用时不变滤波器不能满足

20、设计规范时，就需要采用自适应滤波器。严格地讲，自适应滤波器是一种非线性滤波器，因此不满足齐次性和叠加性条件。然而如果在某个固定的时刻固定滤波器系数，则输出信号是输入信号的线性函数。自适应滤波器是时变滤波器，因为齐参数在不断变化以满足某个性能要求。从这个意义上讲，可以将自适应滤波器解释为用在线方式完成近似步骤的一种滤波器。一、自适应滤波器的原理与应用 一个给定的滤波器，其权系数可以根据一种算法不断修改，使系统的冲激响应能够满足给定的性能判据。如语音ADPCM(自适应脉冲编码 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第2页调制 )中，线形预测自适应滤波器就要尽量实现误差信号e(n)与输入信号 x(n)

21、的前段时刻 x(n-1)、x(n-2)、等等线形无关。并由此作为判据不断调节滤波器的权系数。总的来讲，自适应滤波器有两个独立的部分：一个按理想模式设计的滤波器；一套自适应算法，用来调节滤波器的权系数使滤波器性能达到要求。如下图-1 所示，其输入信号x(n)通过滤波器产生输出信号y(n)，而自适应算法调节权系数使误差e(n)最小。自适应滤波器的应用有许多，更值的注意的一些应用有：（1）自适应天线系统，其中自适应滤波器用于波束控制，并可以在波束方向图中提供一个零点以便消除不希望的干扰。（2）数字通信接收机，其中自适应滤波器用于信道识别并提供码间串扰的均衡器。（3）自适应噪声的对消技术，其中自适应滤

22、波器用于估计并对消预期信号中的噪声分量。（4）系统建模，其中自适应滤波器用于作为估计未知系统特性的摸型。 二、自适应滤波器的结构体系自适应滤波器的结构可以是IIR 型结构，也可以是FIR 结构。但是在实际应用中都采用FIR 型。其主要原因是FIR 结构的滤波器的自适应技术实现起来容易， FIR 型滤波器仅有可调零点，因此它没有IIR 滤波器因有可调的零点和极点而带来的稳定性问题。而FIR 滤波器的权系数的修正就调节了滤波器的性能。同时保证其稳定性。IIR 滤波器进行自适应处理过程中就会出现极点移出单位圆之外，使滤波器产生不稳定。一个自适应滤波器可以是横向结构，对称横向结构以及格形结构。一般常用

23、的横向形结构的结构如图-2 所示，其输出为 y(n)=H(n)*X(n)= (1) 其中 X(n)=x(n),x(n-1),x(n-N+1)，H(n)=h (n),h (n)h (n)是权系数， n 为时间序列， N 为滤波器的阶数。 三、自适应滤波基础1 相关矩阵 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第3页 通常而言，自适应滤波器在其更新方程中利用k 时刻的输入信号。这些输入信号是如下输入信号向量的元素：x(k) = x0(k)x1(k)xN（k）T正如后面将要指出的，相关矩阵R= Ex(k)xH(k)的特征对于理解大多数自适应滤波算法的特性具有非常重要的作用。因此，研究矩阵R 的主要特性是

24、很重要的相关矩阵的某些特性来自于自适应滤波问题的统计特征，而其他特性则是由线性代数理论得到的。 对于一个给定的输入向量，其自相关矩阵为 =Ex(k)xH(k)其中， xH(k)是 x(k)的 Hermitian 转置，这意味着对x(k)取复数共轭以后再转置，或者相反。矩阵 R 的主要特性如下：1 矩阵 R 是半正定矩阵2 矩阵 R 是 Hermitian 矩阵，即 R=RH 3 如果一个矩阵的主对角元素和任意副对角元素都相等，则该矩阵称为 Toeplitz 矩阵。当输入信号向量是由来自于WSS 过程的某个相同信号的滞后形式所构成的时（即xi(k)=x0(k-i),i=1,2,N） ，矩阵R 是

25、 Toeplitz 矩阵。4 由于 R 是 Hermitian 矩阵，即 R=RH，因此其特征值是大于或者等于零的实数。5 如果 R 是具有不同特征值的Hermitian 矩阵，而且特征向量彼此正交，则存在一个对角酉矩阵Q，即 QHQ=I。6 R 的特征值之和等于R 的迹，且 R 的特征值之积等于R 的行列式。2、维纳滤波器与性能曲面自适应滤波器的算法往往是根据某种判据来设计的。理想信号与滤波器输出之差的平方值的期望误差值最小，并且根据这个判据来修改权系数h(n)。而最速下降法利用性能曲面的梯度来寻找它的最小值，下面先介绍一下维纳滤波器及性能曲面，Wiener 滤波器是最优的线性最小二乘滤波器

26、。它们广泛应用于预测、估计、内插、信号和噪声的过滤等其他领域。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第4页这里所用到的自适应滤波器渐进收敛（在均值意义上）到Wiener 解，从而 Wiener 滤波器理论是很重要的。因此，要理解自适应滤波器就要了解 Wiener 滤波器。一个维纳滤波器，信号x(n)和 y(n)同时输入到滤波器，y(n)中包含一个与 x(n)有关的分量（噪声）和一个与x(n)无关的分量，维纳滤波给出一个与x(n)分量有关的分量的最佳估计y(n)，从 y(n)中扣掉y(n)即为误差 e(n)。y(n)的最佳估计是通过使误差e(n)第二均方值最小实现的。设 FIR 滤波器有 N 个

27、权系数，将其表示成失量H： H= (2)同样，对于第n 个采样输入信号x(n)的当前和过去的N 个值，用矢量 X 表示： X= (3)其误差信号 : e(n)=y(n)-y(n)=y(n)-H X(n) =y(n)- (4)误差的平方为： e(n) =y(n) -2y(n)X (n) H (n)+H (n)X(n)X (n)H(n) 上标 T 表示转置矩阵，设输入信号X(n)与信号 Y(n)都是稳定的，对上式取期望值，得到均方误差J=Ee(n)2=Ey(n)2-2Ey(n)X (n)H(n)+EH (n)X(n)X (n)H(n)= -2P H+H RH (5)其中符号 E 表示期望值， =E

28、y (n)为 y(n)的方差， P=Ey (n)X(n)是长度为 N 的互相关的矢量， R=EX(n)X (n)为 NN 维自相关矩阵。每组权系数 H(n)（n=0,1）对应于曲面上的一个点。曲面的梯度为： H(n) =R (6) 在曲面上的最小点（底部）梯度为0，均方误差 J 最小，滤波器权系数取得最佳值Hopt。为此，使上式等于0，就得到 HoptHopt=R P (7) 假定 R 正定， R 存在，那末 (7)就是矩阵形式的Wiener-Hopf 方 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第5页程。维纳滤波的任务就是用适当的算法来调整权重系数H（0） ，H（1） ，以找出性能曲面上的最佳点

29、。但是在实用中，维纳滤波器有很大局限性，这表现在： (1) 滤波要使用自相关矩阵R 和互相关矢量P。也就是要先验地知道以前和过去N 个输入值，否则就无法使用维纳滤波。 (2) 矩阵反演的运算量很大。(3) 维纳滤波要求R 和 P 都是平稳的。如果R 和 P 不平稳（随时间而变）。由(7)和(5)可以求得有限脉冲响应情况下的最小均方误差。J =Ed (n)-P Hopt (8) 将(7)和(8)代入 (5)式得到最小均方误差的一个有用的式子J= J +(H-Hopt) R(H-Hopt) (9)定义 V 为 H 和 Wiener 解 Hopt 之差V=(H-Hopt) (10) 因此J= J +

30、V RV (11) 将(11)式微分得到梯度的另一种形式 =2RV (12) 对称和正定的输入相关矩阵可以表示成标准形式为 R=QQ =QQ (13)式中 Q 是特征向量矩阵， R 为标准正交模态矩阵，而 为它的特征值对角阵 =diag 2 (14)(11)可以重新表示为J= J + V QQ V (15)定义 V 的一种变换形式为V=Q V (16) 式子 (11)可表示为J= J + V V (17) 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第6页3、最速下降法原理 最速下降法克服了维纳滤波器的运算量大和难以实现。其原理是使得在权向量上的每一步变化都正比于梯度向量的负值： h(n+1)=h(n

31、)-u(n) 0nM-11.2 系统设计的目的与意义通信原理 为通信工程专业的重要专业基础课之一。它所涵盖的知识面相当广泛，对学生的要求比较高。不仅要具备良好的数学知识，而且还应具备其它相关专业领域内的知识，并具有主动探索知识的能力。正因为如此，这门课在教学过程中学生普遍感到课程难度较大，部分概念和过程抽象，不易理解。教师在教学过程中也感到缺乏称手的教具和实验来促进教学过程。所以迫切需要有实践性及针对性强且符合现有实际条件的实验来促进该课程的教学。而差分脉冲编码调制(DPCM)是其中一个重要的知识点，因此，设计了本系统。差分脉冲编码调制DPCM(differential pulse code

32、modulation)是继脉冲编码调制（ PCM）后出现的又一种成熟的语音信号的波形编码方法。现在市场上出售的一般的教学用通信实验箱中包含的DPCM 实验模块，设计都很单一，能让学生动手参与的空间不多。因此，本系统在基于单片机 AT89C51 应用系统的基础上，完成了DPCM 调制与解调的基本硬件和样本程序的制作后，又添入了在线可编程的功能，这样学生可先自己编写程序，再进行硬件的调试和测试，从而从实践中验证DPCM 原理，观察其特性。本系统的设计与制作，从某种意义上， 扩展了学生动手实践的空间，对辅助通信原理 课程的教学有一定的帮助。 1.3 系统设计的要求系统主要针对以下两个方面的要求进行设

33、计：(1) 实现差 值脉冲编码 (ADPCM)的调制与解调 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第7页系统设计出 ADPCM 调制与解调所需的基本硬件环境，并给出样本程序，以此模拟ADPCM 调制与解调的全过程，使做实验的学生通过观察和测试系统给出的测试点，能够进一步加深对ADPCM 调制与解调原理的认识，并对 ADPCM 的误差特性进行简单分析和比较。(2) 实现在线可编程此要求的提出，主要是为提高做实验的学生的实践动手能力，让学生依据系统的硬件结构编写出自己的ADPCM 调制与解调程序，通过在实验板上的运行与测试来验证程序算法设计的可行性与正确性，从而提出改进与修改方案，直至其完善。因此，

34、系统须给出实验板数据下载功能和与计算接口通信功能的设计，以及计算端发送数据的应用软件设计。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第8页第 2 章 系统原理分析2.1 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(可中继再生、防止噪声积累 )，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AD、DA 变换。将模拟信号转换为数字信号；话音编码方法很多，常用的有脉冲编码调制(PCMPulSe Code Modul

35、ation)，增量调制(叫式厶 HDeltaModularion)，线性预测编码 (LPCLinear Prelictive Coding)及它们的改进方法：差值脉冲编码调制(DPCM)，自适应差值脉冲编码调料(ADPCM)与自适应增量调制 (ADM)等，在分析 ADPCM(AdaptiveOfferentialPulseCodeModulatior)工作原理之前，必须搞清楚 PCM 的工作原理才能进行分析，关于PCM 编译码的基本原理及其工作过程参见教材和实验指导书的有关章节，这里不再重复。目前，脉冲编码调制(PCM)的数字通信系统已经在大容量数字微波、光纤通信系统，以及市话网局间中继传输系

36、统中获得广泛的应用。但是现有的 PCM 编码必须采用64Kbits 的 A 律或 Ll 律对数压扩的方法，才能符合长途：岜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，也就是努力在相同质量指标的条件下，降低数字化语音数码串，以提高数字通信系统的频带利用率。自适应差值编码调制(ADPCM)是在差值脉冲编码调制(DPCM)基 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第9页础上逐步发展起来的，ADPCM 的工作原理参见原理

37、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的多余度，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 近几年确定了64Kbs32kbs 的变换体制，将标准的PCM码变换为 32kbs 的 ADPCM 码，传输后再恢复为64Kbs 的 PCM信号，从而使64Kbs 数字话音压缩速率一倍，使传输信道的容易扩大一倍。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参数状态。通常，人们把低于 64Kbs 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，自适应差值脉冲调制(A

38、DPCM)是语音压缩编码中复杂程度较低的一种方法。它能在32kbitS 数码率上达到符合64kbits 数码率的语音质量要求，也就是符合长途电话的质量要求。当以高于奈奎斯特速率对话音或视频信号抽样时，在前后样值间可以看到有明显的相关性，将这些相关样值按通常PCM 系统的方式加以编码时会使得编码信号含有多余信息。如在编码前将这种多余信息去掉，则可得到效率较高的编码信号。为此，可先利用信号X(nts)的相关性对未来样值进行线性预测，预测器通常为抽头延时滤波器(即 FIR 滤波器)如图 211 所示。图 2 一 1 线性预测器的构成线性预测器的预测值为：其中ai 为预测系数，在DPCM 中为常数，

39、北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第10页在 ADPCM 中为自适应主量。 n 为预测阶数。可以根据预测误差能量最小的准则求出预测系数ai 这样， PCM 编码器改为对差值信号e(ntS)=x(nts)一 x(nts)进行量化和编码，以达到ADPCM 编码的目的。2.2 ADPCIM 专用芯片 MCl4LC5540 介绍本次实验系统使用ADPCM 的大规模集成电路专用芯片MCl4LC5540，其时化器与预测器均为自适应方式(1)引脚排列和逻辑图如图22 2-3图 2-2 HCl45540 ADPCM 编译码电路框图(2)MC145540ADPCM 芯片特性l、单一供电方式： 2.75.25V

40、2、低功耗： 5V 时 150mW 功耗下降 0.3mW3V 时 65mW 功耗下降 0.2mW3、低噪声；有差分模拟电路。4、u 律 A 律压扩 PCM 编译码滤波器电路。5、三种速率选择 (32、24、16Kbits)四种算法 ADaM CODEC完全满足 G721、723、726 和 G714 的 PCM 性能。6、通用可编程双音频发生器。7、可编程发送增益调整，接收增益调整与侧音增益调整。8、可提供话筒接口的低噪声、高增益的三端输入运算放大器电路。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第11页9、可直接与扬声器接口、推挽300 负载负抗相匹配。10、可提供振铃接口的推挽300 的驱动电

41、路。ll、可提供低功耗方式：3V 电源送入数字信号处理电路。5V 电源送入模拟信号处理电路。12、在接收端具有噪声突发检测算法。13、有串行控制口和监控内存，可实现微计算机控制。图 2-3 管脚分配图(一)管脚功能简介第 l 引脚 (TCTransmit Gain)：发送增益控制。由第2 引脚(TI)和第 3 引脚 (TI+)输入的音频信号经输入遗放后从该端输出。这是用于设置运算放大器的发送增益的输出端及发送带通滤波器的输入端。第 2 引脚 (TITransmitAnaionglnvertinglnput)：模拟运算放大器反相输入端。这是用于设置运算放大器发送增益的反相输入，增益设背通常是从该

42、脚连接到TG 和从该脚到模拟信号源的两个电阻构成的。第 3 引脚 (TI+一 Transmit：AnalongInput)：模拟运算放大器同相输入端，对于输入增益设置运算放大器，该脚提供了差分与单端回路的转换，这就允许以第22 脚(Vss)为参考点的输入信号以最小的噪声将电平变换为以第4 脚(VAG)为参考点的信号，如果输入信号已经以VAG；脚为参考点，可将该脚与VAG脚相连构成一种反相放大器配置。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第12页第 4 引脚 (VAGAnalongGroundQutput)：模拟地输出端，该端提供一个稳压在 24V 的中值模拟地，输送给第3 引脚，器件内的所有模

43、拟信号处理均以该引脚为参考点，应采用01yf 陶瓷电容使该脚与Vss 去耦。如果所要处理的音频信号是以Vss 为参考点，那么必须采取措施以避免Vss 和 VAc 脚之间的噪声。第 5 引脚 (R0 一 ReceiVeAnalogoutput)：接收模拟信号输出端。这是与数模转换器相连的接收平滑滤波器的正相输出ADPCM 信号经过变换处理后的。模拟音频信号从该端输出。第 6 引脚 (AXOAuxlliary Audio Power lnverting Output)：辅助音频功率信号反相输出端。该端和第7 引脚分别是辅助功率输出，驱动器的同相、反相输出，该辅助功率驱动器能差分驱动一个300Q负载

44、。第 7 引脚 (AXO+一 AuxlliaryAudioPowerOutput)：辅助音频功率信号同相输出端。功能同AXO。第 8 引脚 (VcspDigitalSignal Processor Power Supply qutput)：数字信号处理单元电压输出端。V， ，接片内 V 稳压器的输出端， V稳压器用于向DSP(数字信号处理 )电路和 ADPCM 编译器的其他数字模块提供正电压，电压为3V。使用时应采用 个 0.luF 陶瓷电容使V,与 V 去耦，该脚不能用于驱动外部负载。 第 9 引脚 (VEXTExternal Power Supply lnput)：外部电源输入端。该脚出外

45、加一电源电压输入，电压在2.70V-5.25V 之间，在芯片内部它连接到 VDSP稳压器的输入端、 15V 稳压电荷泵及包括串行控制端和ADPCM 串行数据端在内的所有数字I0 一该脚还与模拟输出驱动器(P0+，PO-，AXO+，AXO-)相连，使用时该脚应采用一个0.1F 陶瓷电容与 VSS去耦。第 10 引脚 (PIPowerAmDlifer Input)：音频功率放大输入端。该端是 PO-放大器的反相输入端，该端必须与第5 引脚或第 6、7 引脚的输出音频功率信号之间相连接，从第11 引脚 (PO-)输出音频功率信号。同时，该端内的运放的放大增益山芯片内的16 个字节的可编程的 北京航空

46、航天大学毕业设计(论文 ) 第13页RAMBR2(b7)控制，后面我们还将介绍芯片的16 个字节的 RAM 存贮器的功能。第 11 引脚 (POPower Amplifer lnverting lnput)：音频功率放大器反相输出端。经过音频功率放大器放大后的信号反相从该脚输出，同样由 BR2 控制增益大小。第 12 引脚 (PO+PowerAmp“ferlnvertinglnput)：音频功率放大器同相输出端， PO+为 P0的翻转信号，与P0构成推挽功放，功能同 P0。第 13 引脚 (，Power Down lnputReset)低功耗PDIRESET输出复位输入端。该脚正常时应为高电平

47、状态，将逻辑0 加到该脚时会强制器件进入低功耗状态，该脚上的一个上升沿会弓1 起器件供电恢复，并强制 ADPCM 进入复位状态。第 14 引脚 (P EN-Serial Control port Enable lnput)串行控制口使能信号输入端。 SCPEN 为低电平时，将选取串行控制端(SCP)传送进出 MCl45540 ADPCM 编译码器的控制和状态信息，为了使信息能进出MCl45540 ADPCM 编译码器，该脚应保持低电平总共16 个SCPCLK 信号周期的时间。 MCl45540 内部的数字信号处理单元必须要由外部 CPU 控制单元对其芯片内的16 个字节的 RAM 进行编程控制

48、，工作，否则，该芯片不工作，但SCPCLK 端、 SCITX端和 SCPRX端一起操作，该端是使能信号输入端。在本实验中山U301(89651)CPU 的 Pl 口的 P1?，P16，P15，P14，同时控制。其时序关系见图 2-31 所示。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第14页图 231 外部 CPU 对 MCl45540 读、写操作时序波形第 15 引脚 (SCP CLKSerial Control Port Clock Input)串行控制口时钟信号输入端。该输入端用于控制进出SCP 接口的数据传输速率。数据从 SCPRX 在 SCP CLK 的上升进入 HCl45540：从 S

49、CPT引脚在SCP CLK 的下降沿移出该器件。SCPCLK 可以介于 04096 之间的任何频率。当SCPEN 为低电平进行SCP 处理。注意，当SCPEN为高电平 (即它可能工作于连续的或突发的模式)时， SCPCLK 不起作用。第 16 引脚 (SCPTXSeriol Contral port Transmit lnput)串行控制口，发送状态字输出端。该端用于从MCl45540ADPCM 编译码器输出控制及状态信息，数据在$CPCLK 下降沿移出 SCPTX，其中最高有效比特位先移出。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第15页第 17 引脚 (SCP RXSerial Contro

50、l Port Receive：Input)串行控制口接收状态字输入端。该端用于向MCl45540 ADPCM 编译码器输入控制及状态信息。数据在SCPCLK 的上升沿移进该器件。当SCPEN 为高电平或数据正在移出SCPTX 时， SCPRX 将不起作用。第 18 引脚 (FSTFrame Sync，Fransmit)发送帧同步信号输入端，当采用长帧同步或短帧同步模式时，该脚接收一个8KHz 时钟信号，用于与 DT 脚的串行 ADPCM 数据输出同步。第 19 引脚 (BCLKTBitClock，Transmit)发送比特时钟信号输入端。当采用长帧同步或短帧同步模式时，该脚接收任何介于6451

51、2KHz 之间的比特时钟频率，本实验中，时钟信号为256KHz的方波信号。第 20 引脚： (DT-Data Transmit)：数据发送端口。 ADPCM 编码输出，该脚受 PST 和 BCLK 控制，其关系见图716 所示，除了输出数据时，该脚呈高阻态。第 21 引脚 (SPCSignal Processor Clock)：数字信号处理单元主时钟输入端。该端需要一个20.48MHz，或 20.736 MHz：的时钟信号作为 DSP 的主肘钟，器件内部将该时钟分频产生PCM 编译码所需的256KHz 时钟，在实验中，由晶振20。48MHz 振荡产生提供给该端。第 22 引脚 (Vss-heg

52、ative Power Supply)：接地端。第 23、24 引脚 (CI-、CI+)电荷泵电容管脚。这两者是与内部稳压电荷泵相连的电容连接端，该泵：用以产生VDD，这两管脚之间应接一个 0.1F 电容，注意如果提供了外部VDD，在电路中不应使用此电容，本实验没有用到。第 25 引脚 (DRData Receive)数据接收端。从DR 端输入ADPCM 待译码的数据，数据以串行格式与FSR 和 BCLKR 同步输入。其时序关系见图716 所示。第 26 引脚 (BCLKR-Bit CLOCK，Receive)接收比特时钟输入端。ADPCM 译码电路时钟信号输入。当采用长帧同步或短帧同步模式时

53、，从BCLKR 脚接收 645120KHz 间的任何比特时钟频率，该脚也可以采用一个外部 256KHz 时钟为器件内的模拟信号处理功能模块提供定序，这 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第16页一功能可以通过SCP BRO(b7)进行选择。第 27 引脚 (FSRFrame SyncReceiVe)接收帧同步时钟信号输入端。当采用长帧同步或短帧同步模式时，FSR 接收一个 8KHz 的时钟信号与 0R 脚的串行 ADPCM 输入数据同步。在长帧或短帧同步模式时， FSR 可与 FST 异步操作。第 28 引脚 (VDD-Positve Dower Supply Fuputaltput)：正电

54、源输入输出端。这是片内稳压电荷泵的正输出和作为器件中模拟部分的正电源输入端。根据提供的电压，该管脚可工作于两种不同的模式：当采用 5v(5)稳压电源 VEXT供电时， VDD作为输入，可以与VEXT外部相连。此时不应使用电荷泵电容CI，并且通过 BRO(b2)关闭电荷泵。这时VEXT和 VDD)可采用同一个0.1F 陶瓷电容与 Vss 去耦。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第17页图 232 ADPCM 信号串行口时序波形图当以 2.705.25V 向 VEXT供电时，比如采用电池供电，应使用电荷泵。此时， VDD作为片内稳压电荷泵的输出，一定不能与VEXT相连。应采用一个0.lF 陶瓷

55、电容使该脚与VSS去耦。在此模式下，VDD不能用于驱动外部负载。关闭电菏泵或揩伺：低功耗状态时，该脚与VEXT内部相连。 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第18页2.3 对芯片内 16 个字节 RAM 的分析表 2-1 列出了 MC145540 内部 16 个字节 RAM 的详细表。下面对其中主要参数作一分析：表 2-1Cl45540 内部 16 个字节 RAM 串行控制寄存器比特设置表。（scp 寄存翠图中有16 个字节寄存器， BR0BR5 和 BR7BR10提供器件的外部控制和状态，BR15 专用于 MCl45540 用以保持屏蔽字的值， BR6、BR11BR14 没定义，保留使用）

56、 。字节B7B6B5B4B3B2B1B0BR0外部256KHZ时钟选择Mu/A 律选择模拟自环I/O 模式（1）I/O 模式（0）电荷泵无效模拟低功耗数字低功耗BR1保留侧音增益（2）侧音增益（1）侧音增益（0）发送静噪发送增益（2）发送增益（1）发送增益（0）BR2RO 参考点选择AXO 使能PO 无效接收滤波器无效PO 静噪模拟接收增益（2）模拟接收增益（1）模拟接收增益（0）BR3数字 RX增益有效数字 RX增益（6）数字 RX增益（5）数字 RX增益（4）数字 RX增益（3）数字 RX增益（2）数字 RX增益（1）数字 RX增益（0）BR4N.B 时间音频参数(7)N.B 时间音频参数

57、(6)N.B 时间音频参数(5)N.B 时间音频参数(4)N.B 时间音频参数(3)N.B 时间音频参数(2)N.B 时间音频参数(1)N.B 时间音频参数(0)BR5N.B 门限(7)/地址参数(1)N.B 门限(6)/地址参数(0)N.B 门限(5)/任意N.B 门限(4)/任意N.B 门限(3)/地址参数(11)N.B 门限(2)/地址参数(10)N.B 门限(1)/地址参数(9)N.B 门限(0)/地址参数(8)BR6保留保留保留保留保留保留保留保留BR7音频参数N.B 检2/6 延时G.726/Mot音频有保留音频 1音频 2 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第19页状态测有效选

58、择orla16Kbs效有效有效BR8软件编码器复位软件编码器复位线性编译码模式高通无效保留保留保留保留BR9编码器PCM(7)编码器PCM(6)编码器PCM(5)编码器PCM4)编码器PCM(3)编码器PCM(2)编码器PCM(1)编码器PCM(0)BR10D/APCM(7)D/APCM(6)D/APCM(5)D/APCM(4)D/APCM(3)D/APCM(2)D/APCM(1)D/APCM(0)BR11保留保留保留保留保留保留保留保留BR12保留保留保留保留保留保留保留保留BR13保留保留保留保留保留保留保留保留BR14保留保留保留保留保留保留保留保留BR15保留保留保留保留保留屏蔽(3)

59、屏蔽(2)屏蔽(1)注：“设置”比特表示向寄存器中写 1“清除”比特表示向寄存器中写 0 BR0 表 2-2B7B6B5B4B3B2B1B0BR0外部256KHZ时钟选择Mu/A律选择模拟自环I/O 模式（1）I/O 模式（0）电荷泵无效模拟低功耗数字低功耗B0 数字电路低功耗：“1”低功耗 “0”非低功耗B1 模拟电路低功耗：“1”低功耗 “0”非低功耗B2 电荷泵使能信号：“1”使用电荷泵“0”关闭电荷泵B3 B4 见表 2-3I/O 模式（1：0）MC145540 模式 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第20页00ADPCM 编译码（CODEC）01PCM 编译码（CODEC）10C

60、CITT Test11Ballery TestB5 模拟信号自环选择：“1”自环 “0”不自环B6 u/A 律选择： “1”选择 A 律 “0”选择 u 律B7 256KHZ 时钟选择：“1”外加 256KHZ 时钟“0”内产生 256KHZ 时钟 BR1 表 2-4B7B6B5B4B3B2B1B0BR1保留侧音增益（2）侧音增益（1）侧音增益（0）发送静噪发送增益（2）发送增益（1）发送增益（0）B0、B1、B2 控制发送增益大小选择见表 7-5B4、B5、B6 控制侧音增益大小选择见表 7-6B3 发送电路和选择开关： “1”发送电路被关闭“0”发送电路被接通表 2-5 送增益控制 表 2