集成化△M编译码系统

1、集成化M编译码系统 学 院：电气工程学院 专 业：电子信息工程 班 级： 电子081 姓 名： 李春猛 学 号：20084470116 指导老师： 陈和 目录一、实验目的 .3二、实验内容.3三、基本原理.3四、实验仪器.9五、实验内容.9六、实验心得体会.151、 实验目的 1、了解语音信号的M编码过程； 2、验证M的编译码原理； 3、粗略了解M编译码专用集成电路的基本工作原理、外部电路设计原则和一般使用方法； 4、了解语音信号数字化技术的主要指标，学习指标的测试方法。2、 实验内容 1、观察测量M编译码过程中的各种时隙信号 2、观察限带滤波、本地译码、编码、译码和平滑等波形 3、对系统性能

2、指标进行测试和分析 （1）过载特性的测量：在不同频率、不同信号幅度情况下分别测量 （2）系统输出信噪比特性测量 （3）编码动态范围和系统动态范围测量 （4）空载噪声测量 （5）系统幅频特性测量3、 基本原理1、系统组成与电路原理 系统组成的方框图如图所示，它是由定时部分、M编译码器及收、发运放电容滤波器组成的。2、电路原理MC3418简介 MC3418是MOTOLOLA公司生产的通信专用集成电路，它是数字检测音节压扩增量编译码器。它由模拟输入放大器、数字输入运算放大器、电压/电流转换运算放大器、极性开关、工作选择开关和数字检测(移位寄存器和逻辑电路)等部分构成的。 第15脚的工作电平可以控制该

3、片工作于编码状态或译码状态：当第15脚接高电平(VCC/2)时，该片做编码器用；当第15脚接低电平(地)时，该片做译码器用。当单片作为编码器使用时，15脚接高电平，这时工作开关使模拟运放与移位寄存器接通。模拟信号由1脚输入，本地译码信号由2脚输入，运算放大器对它们进行比较并将差值放大。运算放大器输出经电平转换给出数字信码。在14脚输入的时钟后沿时刻，运算放大器输出的结果进入移位寄存器。这一结果也同时接到9脚和极性开关，前者作为数字码输出，后者用来控制流入积分器的电流的极性，积分运算放大器与外接的RC网络构成积分器，受极性开关控制的电流在此积分后累加形成本地译码信号。四级移位寄存器和逻辑电路完成

4、检测功能。当有四个连“1”或连“0”码出现时，从11脚输出一个负极性的一致脉冲，一致脉冲经外接音节滤波器平滑之后得到量阶控制电压，此电压反映了前一段时间内模拟输入信号的平均斜率。量阶控制电压加到第3脚。由内部V/I转换电路决定4脚的电压随3脚的电压变化。当4脚通过外接电阻连接到某一固定电位上，则流入4脚的电流就随3脚的控制电压变化，从而将控制电压的变化转换为控制电流的变化。V/I转换器的输出电流与4脚的输入电流相等。此电流经极性开关送到积分器，因此，积分量阶的大小就随着输入模拟信号的平均斜率而变化。这样就形成了数字检测音节的压扩过程。 在作译码器应用时，第15脚通过一只10K电阻接地，这时数字

5、运算放大器与移位寄存器接通。信码由13脚输入与12脚的阀电平比较，然后经运算放大器整形后送到移位寄存器，经再定时的信码从9脚输出。其后的工作过程则与编码器一样，只是译码信号不再送回第2脚而是送往接收低通滤波器。 单积分电路 MC3418内部仅有积分运算放大器，为完成本地译码过程，需要外接一个网络。用户可以根据自己的需要用外接RC网络接成单积分、双积分、等电路。本实验给出一种单积分电路的实例。积分电路对应的控制电流压缩比应达到258，相当于49dB。最大与最小控制电流分别由4脚外接电阻Rx和Rmin决定。 积分运算放大器的输入阻抗很高，从极性开关的量阶控制电流几乎全部进入电阻R和电容C。网络的阻

6、抗传递函数可以写成： H(s)=(V(s)/(I(s)=-(1/(1/R)+SC) 经整理后得到 -(V(s)/(I(s)=(I/C)/(S+1/(RC)=K/(S+WO ) (1) 其中K=1/C，WO=1/(RC)。一般认为是300Hz。当R10K，C=0.1f时，f0 159Hz。 将式(1)写成时域形式 -I=V/R+C(dv)/dt （2）有关资料指出编码器约在+12dBm(f=1000Hz)处为临界过载，另外，输入信号的最大幅度为4.36V，这时流过积分器的最大电流为 ImaxIcmaxC(dv)/dt0.1×10-6 ×2×1000×4.3

7、6 2.7mA 另一方面，由编码器要求的最小量阶电压可求出当采样率fS =32KHz时，最小控制电流应为 Imin9.6A 音节平滑滤波器 MC3418只具有数字检测功能，为实现压扩作用还需要一外接网络。用户可根据需要接成线性压扩、非线性压扩、复杂推迟压扩等各种形式。本实验只列举一种非线性音节平滑滤波器。 音节平滑滤波器是一个简单的RC滤波电路，电路形式如图所示。集成片MC3418的数字检测器连码一致脉冲信号是由一个集电极开路的晶体管从11脚输出的。所以需要一个外接的集电极负载电阻当晶体管导通时，电容器CS通过电阻RS充电；当晶体管截止时，电容器CS通过电阻RP放电。充电时间常数 CS(RS+

8、RP)。设G为一致脉冲在一个音节时间内占空比的统计值。设第3脚电位为VS，11脚电位为V0，当G值一定时，电路应维持充放电电荷相等。设充电时间为GT，放电时间为(1-G)T，因此有 (VS-V0)/RS)GT(VCC/2-VS)/(RS+RP)(1-G)T （3） 令D=RP/RS，则有 VS=(1+D)V0G+(VCC/2)(1-G)/(1+DG) （4） 其中，VO为晶体管饱和压降，约为0.12V。 音节控制电压为电容CS两端的电压，设它为VCS，因此有 VCS=VCC/2-VS 即 VCS=VCC/2-(1-D)VOG+(VCC/2)(1-G)/(1+DG) （5） 由式(5)可以看出，

9、当RP>>Rs，即D0时有 Vcs(Vcc/2-Vo)G （6） 这时控制电压与G 成线性关系。 将Vo=0.12V，(Vcc/2)6V代入上式，得 Vcs15.98G （7） 当D0，控制电压V与G成非线性关系。设D=3，得 Vcs2=(23.52G)/(1+3G) （8） 上图给出VCS1和VCS2与C的关系曲线，曲线VCS2的斜率大于曲线VCS1的斜率，这就意味着VCS2的压扩特性更接近于理想特性。 语音音节包络的变化范围约为5ms到20ms。取15ms，220ms，这时 2/1=4 2/1=(CS(RS+RP)/(CSRS)=1+D D=3 选CS=0.33F，则RS15.

10、15K，RP=15.15K，取RS=15K，RP=47K得D3.13。 在临界过载时，G达到最小值。对正弦信号可得G0.436，这时控制电压Vcs的最大值约为(计算从略) Vmax4.48V 此值决定了限流电阻Rx1.5K。 定时电路 MC3418编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供，为模拟一个实际的时分多路系统的工作状态，定时部分可给出2048KHz及8路32KHz的定时，定时部分的时间关系如图3-9所示。为确保收、发同步，本实验系统的编码和译码部分公用一个定时源，这是有别于实际情况的。4、 实验仪器双踪同步示波器 20MHz 1台直流稳压电源 +5V -5V +12V 1台低频信号发生器

11、 输出频率范围满足50Hz-8KHz 输出电压范围满足0-5V（峰峰值）1台失真度测试仪 QZ4121测量频率范围满足50Hz-8KHz 测量信噪比范围0- -50dB 1台杂音计 HF5151A 1台 M实验箱 1台数字频率计 测量频率范围50Hz10MHz 1台万用表 1台5、 实验内容 (一)、 时钟部分 主振频率为4096KHz，经分频后得到2048KHz的定时，再经分频分相后得到8路32KHz的定时。用示波器在测试点(1)点观察主振波形，用频率计测量其频率。在(2)、(3)、(4)观察并测量2048KHz和32KHz定时信号。(二)、 发送滤波器在(5)输入频率为1KHz、幅度为2V

12、p-p的音频信号。在(5)观察输入信号，在(6)观察经发送滤波器的输出信号，记下它们的幅度和波形。(三)、 M编码器 在(6)观察经发送滤波器限带后输入编码器的音频信号，在(7)观察本地译码信号。在(8)观察编码输出的数字信号(幅度约为10Vp-p)。以音频信号作为同步信号，观察信码的变化规律。对应正弦波过零处应有连“0”或联“1”码型出现；对应正弦波的波峰和波谷处应有“0”、“1”交替码型出现。(四)、 M译码器 用短线连接(8)(9)，即将编码信号送入译码器。在(9)观察输入译码器的编码信号，在(10)观察译码器输出的有锯齿的模拟信号，并记录波形。(五)、 接收滤波器 在(10)观察滤波器

13、的输入信号。在(11)观察译码器输出的有锯齿的模拟信号经滤波器输出的模拟信号。记下它们的波形和幅度。(六)、 系统性能测试 系统性能有三项指标：动态范围、信噪比和频率特性。 1、动态范围 在满足一定信噪比(S/N)条件下，编译码系统所对应于800Hz(或1000Hz)音频信号的幅度范围定义为动态范围。动态范围应大于电子工业部1982年暂定的标准框架(样板值)。图示给出了这个样板。 在原理部分已经提到，M编译码器允许输入信号的最大幅度为4.36V。为了确保器件的安全使用，本实验在进行动态范围这一指标测试时，不再对输入信号的临界过载进行验证。取输入信号的最大幅度为5Vp-p(注意：信号要由小至大调节)，测出此时的S/N值。然后以10dB间隔衰减输入信号，将测试数据填入下表。 2、信噪比特性 在上一项测试中选择出最佳编码电平(S/N最高，推荐为2Vp-p)。在此电平下测试不同频率下的信噪比值。频率选择在500Hz/1KHz/2KHz/3KHz,将测试数据填入下表。3、频率特性选一合适的输入电平(